PLC在水闸启闭系统中的应用（刘长明）

中图分类号664+.9 文献标志码B 文章编号1673 - 4637 ( 2007) 05 - 0026 - 02

随着水务设备自动化建设的不断创新, 越来越多的水务工程运用各种高新技术成果, 建立自动化系统,为水务设施的科学管理提供了现代化手段, 这对保证水务设施的安全有着重要意义。PLC 控制器在水闸启闭系统中的应用, 使闸门自动化监控、管理迈上了一个崭新的台阶。

1 工作原理

PLC 控制器即可编程序控制器, 英文为Programmable Logic Controller。PLC 的器件包括CPU板、内存、控制面板、电源、输入及输出接口等。

PLC 的CPU 内有指示程序存储地址的程序计数器, 在程序运行过程中, 每执行1 步该计数器自动加1, 程序从起始步( 步序号为零) 起依次执行到最终步( 通常为END 指令) , 然后再返回起始步循环运算。PLC每完成1 次循环操作所需的时间称为1 个扫描周期。

不同型号的PLC, 循环扫描周期在1 /s 到几十/s 之间。PLC 控制器采用可编程序的存储器, 在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时及计数、运算等操作指令, 并通过数字式或模拟式的输入及输出接口,控制设备运行。

2 应用实例

以官厅水库为例。官厅水库新闸门井的弧形工作闸门尺寸7.5 m×5.5 m, 额定启门力2 ×800 kN, 启闭扬程9 m。事故平板闸门尺寸为7.5 m×5.5 m, 额定启门力2 000 kN, 启闭扬程55 m, 弧形工作闸门和事故平板闸门各1 扇, 均采用PLC 控制。

根据水闸的运行要求, PLC 控制器在水闸启闭系统中对闸门进行实时监控及管理。PLC 按照工作要求执行指令, 把辅助设备采集到的数据进行运算处理,并在触摸屏上显示。PLC 控制器执行指令的过程是一个随着时间而不断重复的数据采集运算处理过程, 从而实现闸门实时监控。PLC 控制器的运行程序是以水闸的运行要求为依据, 来源于电脑编程, 并通过数据线下载传输到PLC 控制器。

PLC 控制器的数据采集设备包括载荷传感器和轴角编码器。载荷传感器安装在启闭机的平衡滑轮轴的轴承处, 利用压电效应采集闸门运行中的受力数据,并传输给变送器, 由变送器把数据转换成标准电信号, 最后传输给PLC 控制器的数据模块以此来完成载荷的实时监控。PLC 控制运行中, 当荷载达到90%额定启门力时, PLC 控制器发出预警信号; 当荷载达到100%额定启门力时, PLC 控制器发出延时报警信号;当荷载达到105 %额定启门力时, PLC 控制器切断主回路, 启闭机停止运行。PLC 控制器的额定载荷的设定为: 额定荷载= 额定启门力/ 钢丝绳组数。官厅水库弧形闸门额定荷载为120 kN。

轴角编码器安装在钢丝绳滚筒的轴头处并与钢丝绳滚筒同步运转, 轴角编码器利用光电扫描原理采集闸门运行中的开度数值, 传输给PLC 控制器的数据模块以此实现开度的实时显示。PLC 控制器的数据显示及执行指令的设备为触摸屏又称显示面板。水闸采用PLC 控制器监控是建立在传统闸门控制设备基础之上的新科技成果, 且保留传统闸门控制的所有功能。

3 PLC 控制器的优点

传统闸门控制操作简单, 无法实现闸门实时监控。闸门的启闭及停止由3 个相应的手动按钮来完成。在数据显示方面只有电压表及电流表数值, 无法确定闸门的准确高度。只有靠测量钢丝绳上升及下降的长度来确定, 而且数据误差大, 常常依靠闸门多次控制运行才能确定闸门规定开度的流量。传统闸门控制运行中的安全保护设备也很简单, 限位开关控制闸门的上下极限开度, 容断器及继电器是短路和过流过载的主要设备。

与传统闸门控制对比, PLC 控制器具有以下特性。

(1) 技术先进、稳定可靠。该自动化控制系统使用的profibus - DP 现场总线、通讯网络、可编程控制器及组态软件均经过严格测试, 可以保证系统稳定可靠地运行。

(2) 实现远程监控。PLC 控制器在水闸启闭系统中, 通过网络传输, 可以实现远程监控。

(3) 界面直观, 操作简单。控制中心采用全中文界面, 使用触摸屏视窗, 使操作更加人性化, 可在触摸屏视窗上设定闸门开度, 系统执行自动运行指令。表现为闸门在上升、下降的过程中, 触摸屏上能够显示出闸门实时开度数值、载荷数值及闸门运行中的实时位置图, 便于闸门控制系统操作人员直观掌握闸门启闭状态信息。

(4) 存储功能。PLC 控制器具有系统的存储功能,可通过触摸屏视窗上的菜单指令, 记忆闸门每次的运行参数。

(5) 适用性强, 抗干扰能力强。PLC 控制器除了逻辑处理功能以外, 现代PLC 大多具有完善的数据运算能力, 可用于各种数字控制领域。

(6) 开放性。该系统采用的现场总线是国际通用的具有开放协议的现场总线和接口, 同时各控制站均留有I /O 余量, 以便于以后系统的改造和扩展。

(7) 安全性。PLC 控制器具有全面安全保护体系。如果要执行闸门运行任务, 必须先进入菜单执行解锁指令, 输入密码后方可进行其他指令, 同时在电脑编程中设定闸门的额定扬程值及额定启门力值, 下载到PLC 控制器的运行程序中, 使系统的电路及设备获得故障自我诊断保护。PLC 带有硬件故障自我检测功能,出现故障时可及时发出警报信息。对闸门启闭设备的安全运行提供有利保障。

4 影响PLC 控制器应用的因素

PLC 控制器在水利工程的应用, 作为一种高新技术成果, 逐渐得到人们的认同。但是, 在其应用的过程中, 也受到一些因素的影响, 存在着一定的问题。

同样以官厅水库为例, 新闸门井位于输水泄洪洞下游86 m 处, 输水泄洪洞的腐蚀性气体严重, 并且湿度较大, 新闸门井与输水泄洪洞环境相似, 尤其在暑期, 该情况尤为严重。PLC 控制器和其他辅助设备在这种恶劣的工作环境下受到腐蚀, 工作人员积极想办法, 并增设一些其他设施来改善环境, 尽量减少对该设备的不利影响, 起到了必要的维护作用。

北方地区冬季在没有任何取暖设施的情况下, 闸室内温度过低, 会对PLC 控制器的应用有一定的约束作用。作为现场应用的设备, 周围环境中如有粉尘、磁场、雷电等, 也对PLC 控制器的应用产生不良影响。PLC 控制器在应用初期将会遇到一些问题, 应当尽快采取措施, 避免事故发生, 使设备处在安全的待运行状态。

5 结语

PLC 控制器在官厅水库闸门启闭系统中经过初期应用, 已显示出对闸门自动化监控的优势。它使闸门运行管理工作提高了效率, 降低了对闸门监控的难度,为水务工程的安全管理提供保障。PLC 控制器的种类和型号繁多, 针对不同设备, 根据设备的功能选用最符合要求的PLC 控制器的种类和型号非常重要。在科技不断发展的今天, PLC 控制器的功能将会更加强大和完善, 并在今后水务工程领域的应用将会更加普及,为水务工程电器设备的科学管理、可靠运行而更好地服务。

作者简介: 刘长明( 1977 — ) , 男, 助理工程师。

来源：《北京水务》2007.5