PLC在水閘控制系統(tǒng)中的應用

沈錫陵

（無錫城市防洪工程管理處，江蘇無錫214000）

隨著科技的高速發(fā)展，可編程控制器（PLC）已不可或缺地成為水利防汛設施自動化領域的重要組成部分。PLC以順序控制為主，回路調節(jié)為輔，能夠實現(xiàn)記憶、邏輯判斷、計數、算術運算和定時功能，既能控制開關量，也能控制模擬量。PLC通過內部存儲執(zhí)行順序控制、邏輯運算、定時、運算與計數等操作指令，以模擬量或數字量的輸入輸出來控制閘門運行的各種操作。當控制方案需要改進時，只需要修改PLC里的運行程序，便可以實現(xiàn)新的動作過程控制，大大地簡化了電路硬件，減少了人工接線的工作量。PLC系統(tǒng)與外圍設備連接簡便，輸出信號可連接外部負載。因而，采用可編程控制器對提高閘門的運行管理起到了很好的作用，并對防洪排澇工作有積極深遠的影響。

1 水閘自動控制系統(tǒng)構成

水閘自動控制系統(tǒng)由一個閘門開啟度傳感器、GP1312RL/XH和一個工控機（PLC）、啟動柜和卷揚機來實現(xiàn)[1]。閘位計里的絕對值編碼器采集卷揚機的圈數，將數據傳輸給GP1312RL/XH。GP1312RL/XH中設定好閘門上限位、下限位、擱位、脫位的數字信號。到位后將信號觸發(fā)給TWDLCAC220DRF型號的PLC(施耐德TWD系列)。再由PLC來控制電機的正反轉及停止。

1.1 閘門開啟度傳感器

閘門開啟度傳感器采用閘位計。閘位計由傳動部件和編碼器等組成。編碼器的編碼盤隨卷揚機傳動軸轉動作相應比例的旋轉。通過齒輪傳輸，帶動閘位計的傳動輪運行，傳動輪轉動將使編碼器的數據作相應變化，通過SSI同步串聯(lián)信號數據接口將閘位計的數據傳送給GP1312RL/XH，完成閘門開度的數據采集工作。編碼器在工作過程中存在最小值和最大值的圈數銜接問題。為了在工作中避免這數字交替銜接問題。預先要把編碼盤轉到某圈，等GP1312RL/XH通電后要先置位。這樣GP1312RL/XH上的數碼顯示器才能正常顯示范圍內的工作數值。否則，數碼顯示器上的數值和相對應的閘門開啟度不匹配會產生誤動作。

圖1 圈揚機傳動部件

為了防止系統(tǒng)故障和誤動作，在卷揚機的傳動軸上還加裝了兩個限位開關。當閘門運行超過預定位置5～10cm時，裝于傳動軸上的頂桿撞擊限位開關。限位開關的觸點動作，卷揚機電路切換，閘門進入卡位停止運行。卷揚機只能改為反向的下降或上升運行，實現(xiàn)設備的機械限位保護。同時，在現(xiàn)場控制柜上裝設指示燈，限位開關觸點動作的同時，指示燈進行指示，保證在半自動方式下，運行人員可以安全可靠的完成定點控制。

1.2 GP1312RL/XH

GP1312RL/XH在水閘自動化系統(tǒng)中起到閘門運行監(jiān)測、閘門當前位置顯示、PLC輸入信號供給的作用[2]。通過閘位計的SSI同步串聯(lián)信號輸入，將兩路信號輸出。一路通過4-8點開關信號輸出給PLC，另一路通過RS485信號進數碼顯示儀。

設定輸出給PLC的開關信號為：P1閘門上限位、P2閘門擱位、P3閘門脫位、P4閘門下限位。GP1312RL/XH的輸出上限值和下限值其實在產品出廠前已經設定好，在實際運行中如果有變化，可先微調。將Lo改為當前實際下限值，退出設定然后置位，測量下限值。在調整下限值時，上限值也有微量的平移。如有不同，進入設定狀態(tài)BA0調整數值，然后測量上限位和下限位的數值。以上為微調，若無法滿足運行條件，可進行線性化調整。先置位Lo到下限值，進入特別設置狀態(tài)設置BA0調整參數，測量下限值。再置位Lo到上限值，進入特別設置狀態(tài)設置BAC調整參數，測量上限值，都達到要求時再確定退出。

1.3 TWDLCAC220DRF型號的PLC（施耐德TWD系列）

工控機選用國內著名工控機產品TWDLCAC220DRF型號的PLC（施耐德TWD系列），由電源、光電隔離輸入模件、輸出模件組成。控制部件經光電隔離輸入模件采集GP1312RL/XH輸出的開關信號，啟動控制柜內的各種狀態(tài)保護信號和人工操作閘門的控制信號，經輸出模件發(fā)出閘門的啟閉信號，將信號送給卷揚機專用變頻器執(zhí)行，卷揚機動作。

輸入/輸出信號統(tǒng)計：

通過RS232接口將施耐德TWD系列專用軟件TwidoSoft里設計好的梯形圖程序灌入PLC。PLC控制回路具有多級聯(lián)鎖保護，由梯形邏輯進行控制。各單元可獨立實現(xiàn)自動操作與運行。出于對閘門點動運行的頻繁性和安全性考慮，PLC未連接I0.4和I0.5的信號輸入。閘門的點動運行直接由啟動柜電路來實現(xiàn)，并加入電氣互鎖保護來進行閘門運行。這樣既能提高設備的使用壽命，又能提高水閘運行管理的安全系數。

1.4 自動化操作流程及PLC簡易程序

自動開啟：PLC系統(tǒng)I0.1自動上升輸入，按下按鈕閘門自動上升至擱位，卷揚機上升停止并延時2～3秒轉為下降2秒。擱位成功，PLC程序結束，卷揚機停止運行。

自動關閉：PLC系統(tǒng)I0.2自動下降輸入，按下按鈕閘門自動上升至上限位，卷揚機停止轉為下降至擱位。PLC梯形圖重置程序，卷揚機再次上升至脫位，延時2～3秒卷揚機轉為下降至下限位，PLC程序停止，閘門關閉卷揚機停止運行。

簡述PLC自動上升程序[3]（非完整程序）：

2 結語

水閘自動化系統(tǒng)里的PLC程序為閘門通用程序。在運行過程中還應考慮各閘站的水位落差、各閘門閘室的實際大小，根據當前流速和流量來加入注水延時程序進PLC。以減少水流對水工建筑的損害，并對船只的安全通行提供保障。

傳統(tǒng)水閘控制需要靠人工觀察和經驗進行操作，最少需要兩人來運行。水閘自動化系統(tǒng)投運以來提高了設備的使用效率，減輕了職工的勞動強度。其次，為了延長電機的使用壽命，系統(tǒng)采用軟啟動來控制卷揚機的啟動與停止。整個系統(tǒng)還加入機械限位保護、PLC限位控制和電氣互鎖保護，此自動化系統(tǒng)具有極高的安全可靠性、全面的環(huán)境適用性和經久的耐用性，是較為理想的水閘自動化控制方法。

[1]楊棟梁.水閘自動化控制系統(tǒng)[J].中國儀器儀表,2009,(2):82-84,88.

[2]孫平.可編程控制器原理及應用[M].北京:高等教育出版社,2003.

[3]劉利賢.PLC在排澇泵站水閘控制系統(tǒng)中的應用[J].科技信息(科學·教研),2008,(4):27.