PLC控制技术在梅溪桥闸的应用

关键词：PLC可编程序控制器（Programmable Logic Control）、远程操作（Remote Control）、数字输入DI(Digital Input )、数字输出（Digital output）、模拟输入AI(Analog Input)、模拟输出AO(Analog output) 前言 汕头市梅溪桥闸于1998年重建，由12孔拦河水闸和2座船闸组成，水闸为启闭式闸门，船闸为两扇人字门，汕头市梅溪桥闸重建工程是汕头市重要的水利工程，对韩江流域防洪、防潮、抗涝、抗旱等方面起到重要的作用，特别是水闸自动化控制地实现，在粤东地区率先实现水利现代化迈出了坚实的步伐。 1.技术指标 汕头市梅溪桥闸的重建工作是在高起点、高标准的要求下设计，它造型典雅、气势雄伟。水闸均采用平板式钢板闸门，启闭机为卷扬机式，为实现闸门的自动化控制提供了有利条件。 汕头市梅溪桥闸闸门自动化有以下技术指标： 1)实现12孔闸门的远程控制。 2)闸门开度控制精度为＋１厘米。

图1   梅溪桥闸自动控制系统结构图

3)实现12孔闸门的自动开启、关闭，保持上游水位波动范围为 5厘米。 4)系统故障自诊。 2.系统构成 本系统采用总线分布式控制模式，实现12孔闸门的远程集中控制。系统最高层为计算机监控系统，它包括监控计算机、管理计算机、服务器、集线器，通过Ethernet 网，实现各计算机之间的通讯。控制层内由一台PLC可编程序控制器来完成，它负责12孔闸门的闸位、上下游水位、降雨量等数据的实时采集，通过DH485通讯方式，将采集数据传输给监控计算机，输出模块调解闸门的上下动作。最低层为现场设备，保留现场设备原有的手动操作启闭机功能，同时增设远程接口控制电气回路，接受PLC可编程序控制器的动作。 3.控制模式 3.1 现场手动方式 现场手动方式为控制模式的最高级，任何情况下，当现场控箱上选择现场手动操作时，远程对此闸门的操作无效，此闸门只响应现场箱上操作按钮的动作，该操作方式是原启闭机自带的功能。 3.2 远程点动方式 现场控制模式选择远程控制方式，在监控计算机选择点动操作，用鼠标单击闸门上、或下操作。 3.3 远程手动方式 现场控制模式选择远程控制方式，在监控计算机选择手动操作，用鼠标单击闸门上、下、停操作。 3.4 远程定位方式 现场控制模式选择远程控制方式，在监控计算机上选择定位操作，通过键盘输入闸门开度，鼠标单击定位操作，闸门自动运行至指定开度停止。 3.5 闸门全自动方式 现场控制模式选择远程控制方式，在监控计算机上选择自动方式，设定控制上游水位，鼠标单击自动运行后，12孔闸门进入全自动运行状态。 4.PLC系统的设计 4.1对象分析 本系统控制主对象为闸门，实现闸门的上下停等工作状态。由于远程控制，操作人员不在启闭机现场，所以确保系统安全可靠运行， 系统要知道启闭机以下各参数： 表1  单孔闸门电气控制参数：

4.2 PLC可编程序控制器选型 12孔闸门实现远程控制所需： 数字输入量DI：3X12=36   数字输出量DO：3X12=36 模拟输入量AI：5X12=60 此系统采用美国AB公司的SLC-500系列可编程序控制器，此PLC可编程序控制器为模块式可编程序控制器，可以根据DI、DO、AI点数，来配置模块使用数。 4.3PLC程序设计 采用Rslogix 500 编程软件，用梯形图方式，对闸门控制进行编程，从程序的内容上分三种形式的程序设计。 1）开环程序设计 对闸门的点动操作、手动操作、定位操作都采用开环程序设计方式。点动操作、手动操作为非定量操作，定位操作为给定量操作。由于闸门上、下运行时，闸门的惯性及闸门刹车性能不一样，所以编程时，要考虑定位控制的补偿问题，程序流程如图2。

  图2 闸门开环程序流程图

2）闭环程序设计 为控制上游水位在控制水位，波动范围在 5厘米内，由上游实时水位、控制给定水位、12孔闸门启闭机构成一个环闭控制系统。编程选用SLC-500 CPU处理器中PID功能，输出控制12孔闸门启闭机的工作。由于水闸操作规程中只允许同时开启两孔闸门，且每次开度小于30厘米，先开中间后两边，先关两边后中间的要求，所以程序设计中注意顺序操作编程处理。 3）故障自诊设计 由于本系统为远程集中控制，闸门操作人员不在现场，闸门故障发生，要即时停止启闭机的运行，否则将发生严重事故。 根据对卷扬式启闭机现场测试，总结出以下几方面的故障类型： ①闸门卡死故障 当闸门下降时，水闸下有树木顶住平板钢板闸门，闸门不能继续下降。 ②闸门超时运行故障 远程操作时，每次闸门操作不能连续运行超过一个时间，即表明闸门运行失控。 ③闸门超距运行故障 每次闸门开度不能超过30厘米，开开度过大，违犯闸门操作规程。 ④闸门运行超限故障 闸门一般有闸门道槽，不能超过此高度，否则闸门出槽，此为超限故障。 ⑤闸门过载故障 通过对电机电流的监测，当出现较大电流时，说明电机过载。 ⑥闸门钢丝绳过松故障 由于此启闭机为卷扬机式，当闸门下落时，会出现一边紧一边松，此时闸门要立即立停止。

图3 闸门闭环控制程序流程图

小结： 在水闸计算机监控系统中应用PLC控制技术，对传统的启闭机进行改造，实现水闸自动化控制，特别故障自诊程序的设计，大大提高了系统的安全性和可靠性，系统真正实现全自动的运行，当系统发生故障时，立即停止闸门的运行，同时报警信息在监控计算机中显示，提醒值班人员采取措施。 汕头市梅溪桥闸应用PLC控制技术，实现12孔水闸自动控制，此系统经历2001年“尤特”台风及洪水的考验，运行效果良好，适合大、中型水闸自动化控制技术推广。