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PLC控制技术在梅溪桥闸的应用

供稿:中国工控网 2003/11/24 0:00:00

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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
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
  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
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。
   

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