PLC控制技術在梅溪橋閘的應用

關鍵詞：PLC可編程序控制器（Programmable Logic Control）、遠程操作（Remote Control）、數(shù)字輸入DI(Digital Input )、數(shù)字輸出（Digital output）、模擬輸入AI(Analog Input)、模擬輸出AO(Analog output) 前言 汕頭市梅溪橋閘于1998年重建，由12孔攔河水閘和2座船閘組成，水閘為啟閉式閘門，船閘為兩扇人字門，汕頭市梅溪橋閘重建工程是汕頭市重要的水利工程，對韓江流域防洪、防潮、抗?jié)?、抗旱等方面起到重要的作用，特別是水閘自動化控制地實現(xiàn)，在粵東地區(qū)率先實現(xiàn)水利現(xiàn)代化邁出了堅實的步伐。 1.技術指標 汕頭市梅溪橋閘的重建工作是在高起點、高標準的要求下設計，它造型典雅、氣勢雄偉。水閘均采用平板式鋼板閘門，啟閉機為卷揚機式，為實現(xiàn)閘門的自動化控制提供了有利條件。 汕頭市梅溪橋閘閘門自動化有以下技術指標： 1)實現(xiàn)12孔閘門的遠程控制。 2)閘門開度控制精度為＋１厘米。

圖1   梅溪橋閘自動控制系統(tǒng)結構圖

3)實現(xiàn)12孔閘門的自動開啟、關閉，保持上游水位波動范圍為 5厘米。 4)系統(tǒng)故障自診。 2.系統(tǒng)構成 本系統(tǒng)采用總線分布式控制模式，實現(xiàn)12孔閘門的遠程集中控制。系統(tǒng)最高層為計算機監(jiān)控系統(tǒng)，它包括監(jiān)控計算機、管理計算機、服務器、集線器，通過Ethernet 網(wǎng)，實現(xiàn)各計算機之間的通訊?？刂茖觾?nèi)由一臺PLC可編程序控制器來完成，它負責12孔閘門的閘位、上下游水位、降雨量等數(shù)據(jù)的實時采集，通過DH485通訊方式，將采集數(shù)據(jù)傳輸給監(jiān)控計算機，輸出模塊調(diào)解閘門的上下動作。最低層為現(xiàn)場設備，保留現(xiàn)場設備原有的手動操作啟閉機功能，同時增設遠程接口控制電氣回路，接受PLC可編程序控制器的動作。 3.控制模式 3.1 現(xiàn)場手動方式 現(xiàn)場手動方式為控制模式的最高級，任何情況下，當現(xiàn)場控箱上選擇現(xiàn)場手動操作時，遠程對此閘門的操作無效，此閘門只響應現(xiàn)場箱上操作按鈕的動作，該操作方式是原啟閉機自帶的功能。 3.2 遠程點動方式 現(xiàn)場控制模式選擇遠程控制方式，在監(jiān)控計算機選擇點動操作，用鼠標單擊閘門上、或下操作。 3.3 遠程手動方式 現(xiàn)場控制模式選擇遠程控制方式，在監(jiān)控計算機選擇手動操作，用鼠標單擊閘門上、下、停操作。 3.4 遠程定位方式 現(xiàn)場控制模式選擇遠程控制方式，在監(jiān)控計算機上選擇定位操作，通過鍵盤輸入閘門開度，鼠標單擊定位操作，閘門自動運行至指定開度停止。 3.5 閘門全自動方式 現(xiàn)場控制模式選擇遠程控制方式，在監(jiān)控計算機上選擇自動方式，設定控制上游水位，鼠標單擊自動運行后，12孔閘門進入全自動運行狀態(tài)。 4.PLC系統(tǒng)的設計 4.1對象分析 本系統(tǒng)控制主對象為閘門，實現(xiàn)閘門的上下停等工作狀態(tài)。由于遠程控制，操作人員不在啟閉機現(xiàn)場，所以確保系統(tǒng)安全可靠運行， 系統(tǒng)要知道啟閉機以下各參數(shù)： 表1  單孔閘門電氣控制參數(shù)：

4.2 PLC可編程序控制器選型 12孔閘門實現(xiàn)遠程控制所需： 數(shù)字輸入量DI：3X12=36   數(shù)字輸出量DO：3X12=36 模擬輸入量AI：5X12=60 此系統(tǒng)采用美國AB公司的SLC-500系列可編程序控制器，此PLC可編程序控制器為模塊式可編程序控制器，可以根據(jù)DI、DO、AI點數(shù)，來配置模塊使用數(shù)。 4.3PLC程序設計 采用Rslogix 500 編程軟件，用梯形圖方式，對閘門控制進行編程，從程序的內(nèi)容上分三種形式的程序設計。 1）開環(huán)程序設計 對閘門的點動操作、手動操作、定位操作都采用開環(huán)程序設計方式。點動操作、手動操作為非定量操作，定位操作為給定量操作。由于閘門上、下運行時，閘門的慣性及閘門剎車性能不一樣，所以編程時，要考慮定位控制的補償問題，程序流程如圖2。

  圖2 閘門開環(huán)程序流程圖

2）閉環(huán)程序設計 為控制上游水位在控制水位，波動范圍在 5厘米內(nèi)，由上游實時水位、控制給定水位、12孔閘門啟閉機構成一個環(huán)閉控制系統(tǒng)。編程選用SLC-500 CPU處理器中PID功能，輸出控制12孔閘門啟閉機的工作。由于水閘操作規(guī)程中只允許同時開啟兩孔閘門，且每次開度小于30厘米，先開中間后兩邊，先關兩邊后中間的要求，所以程序設計中注意順序操作編程處理。 3）故障自診設計 由于本系統(tǒng)為遠程集中控制，閘門操作人員不在現(xiàn)場，閘門故障發(fā)生，要即時停止啟閉機的運行，否則將發(fā)生嚴重事故。 根據(jù)對卷揚式啟閉機現(xiàn)場測試，總結出以下幾方面的故障類型： ①閘門卡死故障 當閘門下降時，水閘下有樹木頂住平板鋼板閘門，閘門不能繼續(xù)下降。 ②閘門超時運行故障 遠程操作時，每次閘門操作不能連續(xù)運行超過一個時間，即表明閘門運行失控。 ③閘門超距運行故障 每次閘門開度不能超過30厘米，開開度過大，違犯閘門操作規(guī)程。 ④閘門運行超限故障 閘門一般有閘門道槽，不能超過此高度，否則閘門出槽，此為超限故障。 ⑤閘門過載故障 通過對電機電流的監(jiān)測，當出現(xiàn)較大電流時，說明電機過載。 ⑥閘門鋼絲繩過松故障 由于此啟閉機為卷揚機式，當閘門下落時，會出現(xiàn)一邊緊一邊松，此時閘門要立即立停止。

圖3 閘門閉環(huán)控制程序流程圖

小結： 在水閘計算機監(jiān)控系統(tǒng)中應用PLC控制技術，對傳統(tǒng)的啟閉機進行改造，實現(xiàn)水閘自動化控制，特別故障自診程序的設計，大大提高了系統(tǒng)的安全性和可靠性，系統(tǒng)真正實現(xiàn)全自動的運行，當系統(tǒng)發(fā)生故障時，立即停止閘門的運行，同時報警信息在監(jiān)控計算機中顯示，提醒值班人員采取措施。 汕頭市梅溪橋閘應用PLC控制技術，實現(xiàn)12孔水閘自動控制，此系統(tǒng)經(jīng)歷2001年“尤特”臺風及洪水的考驗，運行效果良好，適合大、中型水閘自動化控制技術推廣。