浅谈PLC可编程序技术在希尼尔水库闸控自动化中的应用

摘 要：因PLC可编程序控制技术具有通用性强、使用方便、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单和操作维护方便等特点,其广泛应用于水库、渠道闸门的自动化技术改造上，可提高闸门运行的可靠性和自动化程度。本文结合希尼尔水库闸控自动化系统建设，谈一下PLC可编程序技术在水库闸控自动化中的应用。 关键词：PLC 可编程序技术 闸控自动化 计算机监控 1、前言 一套比较完善的闸门自动化监控系统，是基于在线自动测量技术、自动控制技术、计算机技术、图像监控技术，由相关的专用软件和通讯网络组成，它按“无人值班、有人看护”要求进行系统设计，特别是故障自诊断程序的设计，要求系统具有更高的安全性和可靠性，才能真正实现全自动的运行。系统发生故障时，要能立即停止闸门的运行，同时在监控计算机上显示故障信息，帮助运行人员采取紧急措施，确保闸门的运行安全。 2、工程概况 新疆巴州希尼尔水库位于孔雀河流域的尉犁县境内，是巴州世界银行贷款项目塔里木盆地灌溉与环保二期工程子项目之一。水库北距库尔勒市20km，南距尉犁县城27km，地理坐标位置为东经86°13′～86°18′，北纬41°33′～41°38′。水库从孔雀河第一分水枢纽引水，经库塔干渠总干渠输水，是注入式大（2）型平原水库。一期设计库容为0.98×108m3、最大坝高20m，相应设计水位为913.6m，死库容为0.1×108m3，死水位905.8m，一期水面面积16.74km2。 希尼尔水库工程包括：主、付坝、引水闸、引水渠、放水闸、分水闸（东干渠与西干渠）及附属设施等。坝体为砂砾石均质坝，坝顶宽6m，上游坝坡1∶2.5，下游坝坡1∶2；坝体坝体防渗采取斜铺复合膜（两布一膜）结构，其中膜厚0.75mm，无纺布规格为200g/m2；坝上游护坡设计为砼板护坡，砼板厚15-22cm，混凝土设计标准为C30 W8 F300。坝基防渗，根据地质情况的不同，分别采取PE塑膜、塑性混凝土防渗墙、水泥土防渗墙三种不同形式的防渗方式。 3、希尼尔水库闸门自动监控系统设计 3.1系统设计目标 （1）实现3孔闸门的远程控制和现地控制相结合； （2）完成实时数据采集、水文数据整编、定时打印报表和运行参数； （3）闸门开度控制精度为±1cm； （4）具有闸门防卡死、越位、启闭机过负荷等保护报警功能； （5）系统故障自诊断。 3.2系统概况 系统以PLC可编程序控制器作为现地控制中心，采用原有的常规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可编程程序控制器的动作。系统最高层为计算机监控系统，它包括监控计算机、服务器、集线器、以太局域网，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，它负责闸门开启度、水位（东干渠、西干渠与放水渠）等水文数据的实时采集，由于水闸的自动化控制系统在距离水闸大约700m的水库中心调度室监控，系统的现地PLC控制单元与上位监控计算机的通讯采用光纤通讯，采用直接与Modbus Plus网中的PLC通讯存取信息的方式，将采集数据传输给监控计算机，输出模块控制闸门的动作。这种结构的系统更可靠，在上位机出现故障时，也不影响现地控制的操作。 3.3控制模式 3.3.1远程手动方式 当控制模式选择远程点动方式，在监控计算机选择点动操作，在工控机或上位机上用鼠标单击所需要动作的闸门，进行上、下、停操作。 3.3.2现场手动操作方式 当控制模式选择为现场手动操作方式，则在任何情况下现场控制箱选择现场手动操作时，远程对此闸门的操作无效，现场测控屏上可以进行常规的手动按钮操作方式。 3.4 PLC选型 系统控制对象为闸门，由于远程控制，操作人员不在启闭机现场，为确保系统安全，实现闸门启闭机的上、下、停操作以及显示工作状态，根据系统的要求，PLC主要使用的模块有： ①DI模块用于闸门启闭机的数字量采集，监控系统的运行状态；②DO模块用于继电器输出，控制闸门的运行；③AI模块监控闸门开度以及启闭电动机电压、电流。 根据3孔闸门实现远程控制系统数据采集和监控的特点，选用Modicon Tsx Micro可编程系列控制器，采用模块化结构设计，CPU单元型号可选用TSX37-22，此PLC可编程系控制器是专为OEM而设计的高性能PLC，具有加固性、紧凑性及可扩展性等特点。其开关量I/O最大可至256点，同时具备模拟量I/O、高速计数以及网络通讯等扩展模板。 3.5编程及程序运行 采用施耐德公司的PL7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2种形式的程序设计。 3.5.1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。点动操作、手动操作作为非定量操作，定位操作为给定闸门上、下运行时，闸门的惯性及闸门的刹车性能不一样，所以编程时，要考虑定位控制的补偿问题。 3.5.2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，如闸门故障发生，要及时停止启闭机的运行，并能够对故障信号、事故信号实时报警显示，否则将发生严重事故。启闭机主要有以下的故障类型：①闸门卡死故障。当闸门下降时，水闸下有杂物顶住平板钢板闸门，闸门不能继续下降。②闸门运行超限故障。闸门一般有闸门槽，不能超过此高度，否则闸门出槽，此为超限故障。③闸门过载故障。通过对电机电流的监测，当出现比较大电流时，说明电机过载。 4.结束语 综上所述，PLC是现在应用较多的一种控制装置，不但可代替继电器系统使硬件软化，而且具有运算、通讯、联网等功能。希尼尔水库闸门启闭原来靠人工来控制闸门运行，水闸实现自动化改造后，即由常规在控制箱控制改造为计算机监控，它按照“无人值班、有人看护”原则要求，在系统中应用PLC控制技术进行设计，实现闸门自动化监控，投入的资金少，既减少值班人员，又减轻值班人员的工作强度，实现闸门管理的科学化、现代化，对提高闸门控制的安全性、可靠性、充分发挥水库工程效益，有着重要而又积极的意义。 （由新疆博河流域管理处和巴州希尼尔水库管理处供稿） 参考文献： 1.魏光辉，余芳，罗世良.希尼尔水库闸控自动化系统建设初探[J]. 大坝与安全，2005，（6）. 2.范瑜峰. PLC在大北沟泵站自动监控系统中的应用[J].中国水利水电市场，2005，（11）. 3.熊晓明.PLC在泵站仿真培训系统中的应用[J].中国农村水利水电，2004，（10）. 4.罗维平，向阳. PLC监控系统在自来水厂的应用[J].中国农村水利水电， 2003，（4）. 作者简介： 刘华杰（1978.7-- ）男，新疆伊宁市人，助理工程师，大学本科，2003年毕业于新疆农业大学农业水利工程专业，主要从事水利工程运行管理工作，现在博河流域管理处工作。