PLC控制技术在梅溪桥闸的应用
日期：2010-5-25 21:02:10 点击：
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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。
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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。
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1.技术指标
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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。
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汕头市梅溪桥闸闸门自动化有以下技术指标：
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1）实现12孔闸门的远程控制。
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2）闸门开度控制精度为＋１厘米。
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图1 梅溪桥闸自动控制系统结构图
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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。
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4）系统故障自诊。
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2.系统构成
——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
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。
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3.控制模式
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3.1 现场手动方式
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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。
P_L_C_技_术_网——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
3.2 远程点动方式
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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。
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3.3 远程手动方式
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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。
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3.4 远程定位方式
——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
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。
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3.5 闸门全自动方式
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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。
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4.PLC系统的设计
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4.1对象分析
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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：
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表1 单孔闸门电气控制参数：
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4.2 PLC可编程序控制器选型
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12孔闸门实现远程控制所需：
P.L.C.技.术.网——可编程控制器技术门户
数字输入量DI：3X12=36
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数字输出量DO：3X12=36
——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
模拟输入量AI：5X12=60
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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。
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4.3PLC程序设计
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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。
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1）开环程序设计
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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。
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图2 闸门开环程序流程图
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2）闭环程序设计
P_L_C_技_术_网——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
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。
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3）故障自诊设计
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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。
——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
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：
P_L_C_技_术_网——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
①闸门卡死故障
WWW※PLCJS_COM－PL＃C－技.术_网(可编※程控※制器技术门户)
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。
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②闸门超时运行故障
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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。
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③闸门超距运行故障
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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。
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④闸门运行超限故障
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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。
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⑤闸门过载故障
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通过对电机电流的监测，当出现较大电流时，说明电机过载。
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⑥闸门钢丝绳过松故障
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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。
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图3 闸门闭环控制程序流程图
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小结：
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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。
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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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