基于PLC和云組態(tài)軟件的水閘控制

【摘要】為數(shù)眾多的水閘多分布在野外，交通不便工作環(huán)境惡劣。通過PLC進(jìn)行閘門開啟控制，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制閘門能夠大幅度減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提升水利自動(dòng)化信息化水平。4G網(wǎng)絡(luò)的普及讓這一設(shè)想可以輕松成為現(xiàn)實(shí)。

【關(guān)鍵詞】水閘PLC；組態(tài)

隨著中國(guó)國(guó)力的不斷發(fā)展，實(shí)現(xiàn)水利自動(dòng)化信息化成為當(dāng)前一項(xiàng)重要的工作。新形勢(shì)下，對(duì)閘門的監(jiān)控有了更高的要求，其自動(dòng)化信息化程度的發(fā)展直接影響到農(nóng)業(yè)節(jié)水型社會(huì)的建設(shè)，影響到其經(jīng)濟(jì)效益的發(fā)揮。通過遠(yuǎn)程及時(shí)控制閘門開啟，可以迅速調(diào)節(jié)水量分配，提高供水的精確性，提供灌區(qū)水資源利用效率。同時(shí)自動(dòng)化信息化系統(tǒng)的建設(shè)也降低了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了工作環(huán)境。建設(shè)閘門自動(dòng)化信息化系統(tǒng)已經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)配水現(xiàn)代化的需求，是建設(shè)節(jié)水型農(nóng)業(yè)的必然趨勢(shì)。

一、閘門自動(dòng)化控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成

閘門自動(dòng)化控制系統(tǒng)由兩級(jí)組成，分別是現(xiàn)地監(jiān)控單元及遠(yuǎn)程控制中心。現(xiàn)地控制中心由閘門、啟閉機(jī)、PLC、閘門開度儀、現(xiàn)地控制柜、智能網(wǎng)關(guān)等硬件構(gòu)成。遠(yuǎn)程控制中心配備閘門監(jiān)控主機(jī)，安裝上位組態(tài)軟件。該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)地、遠(yuǎn)程兩級(jí)安全控制，通過組態(tài)軟件，遠(yuǎn)程指令經(jīng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)智能網(wǎng)關(guān)傳遞至PLC， PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)閘門的開啟關(guān)閉等功能，另外閘門的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)經(jīng)過PLC采集后通過智能網(wǎng)關(guān)上傳至云端，供管理者調(diào)度使用。

二、閘門自動(dòng)化系統(tǒng)的詳細(xì)組成

現(xiàn)地控制單元硬件構(gòu)成：現(xiàn)場(chǎng)由PLC、控制柜、太陽(yáng)能電池、閘門開度儀等儀表設(shè)備構(gòu)成。PLC采集電流、電壓、閘門開度等各項(xiàng)參量，并對(duì)機(jī)電設(shè)備進(jìn)行控制。PLC通過智能網(wǎng)關(guān)于上位機(jī)進(jìn)行通訊。

其中，PLC是閘門控制系統(tǒng)的核心。PLC即可編程邏輯控制器，是一種采用一類可編程的存儲(chǔ)器，可執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)等面向用戶的指令，通過數(shù)字或模擬輸入輸出控制生產(chǎn)過程，現(xiàn)在在工業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。PLC器件包括CPU、存儲(chǔ)器、控制面板、輸出輸入接口、電源等等。CPU是PLC的控制中樞，可接收和存儲(chǔ)從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)，執(zhí)行用戶程序，輸出數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)器分為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和用戶程序存儲(chǔ)器，分別存放系統(tǒng)和應(yīng)用軟件。PLC的工作一般分為三個(gè)階段，分別是輸入采樣階段、用戶程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段。

閘門系統(tǒng)軟件由上位組態(tài)軟件編輯生成。可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集功能，通過閘門開度儀采集閘門開度數(shù)據(jù)，通過水位計(jì)采集閘前后水位計(jì)算水位差，利用公式推導(dǎo)出過閘流量。可采集閘門開關(guān)量輸入，閘門行程開關(guān)限位、控制開關(guān)轉(zhuǎn)換、故障信號(hào)等等。可實(shí)現(xiàn)狀態(tài)量采集，操作狀態(tài)，電機(jī)狀態(tài)及閘門行程狀態(tài)。可實(shí)現(xiàn)閘門的控制，開啟閉合，并對(duì)閘門運(yùn)行發(fā)生故障時(shí)進(jìn)行保護(hù)。

閘門的遠(yuǎn)程控制，通過4G網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。PLC通過智能網(wǎng)關(guān)連接公網(wǎng)，接入組態(tài)云平臺(tái)。隨著物聯(lián)網(wǎng)的鋪開，基于云的組態(tài)軟件相繼得到開發(fā)，而4G網(wǎng)絡(luò)的覆蓋，讓以前成本較高的互聯(lián)網(wǎng)接入可以以較低成本得以實(shí)現(xiàn)。組態(tài)與物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)，安全性較高，集成性好，支持移動(dòng)設(shè)備，易開發(fā)成本低。

三、閘門自動(dòng)化控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

傳統(tǒng)的閘門操作方便，但是存在交通不便，缺乏保護(hù)等等缺點(diǎn)。基于PLC和云組態(tài)的閘門控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)閘門的遠(yuǎn)程啟閉，與傳統(tǒng)閘門比較優(yōu)勢(shì)較大。

1、技術(shù)先進(jìn)，穩(wěn)定可靠。該系統(tǒng)采用國(guó)際知名PLC品牌，采用profibus-DP總線，智能網(wǎng)關(guān)通訊、4G網(wǎng)絡(luò)支持，云組態(tài)軟件開發(fā)，數(shù)據(jù)安全性高。

2、多重保護(hù)，功能齊全。相對(duì)于傳統(tǒng)閘門，基于PLC的閘門控制系統(tǒng)，提供了閘門開度限位保護(hù)，電機(jī)過電流電壓保護(hù)等功能更好的確保閘門啟閉過程的安全。閘門開度同閘前后水位差能夠計(jì)算出閘門過閘流量，利于灌區(qū)流量控制。

3、遠(yuǎn)程隨時(shí)操作，調(diào)度及時(shí)。基于云組態(tài)平臺(tái)的閘門控制系統(tǒng)，可以隨時(shí)通過移動(dòng)終端查看閘門運(yùn)行情況，發(fā)送閘門開啟關(guān)閉指令，可以實(shí)時(shí)對(duì)過閘流量進(jìn)行調(diào)控，更加精確的進(jìn)行灌區(qū)調(diào)水控制。

4、安全性能高。該運(yùn)行系統(tǒng)采用業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的EmacScript/W3C等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，所有程序均在沙箱中運(yùn)行，徹底保障程序的安全性。

5、數(shù)據(jù)可存儲(chǔ)性。閘門控制系統(tǒng)可以存儲(chǔ)一個(gè)周期內(nèi)閘門參數(shù)，流量參數(shù)，操作紀(jì)錄。通過匯總歷史數(shù)據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)過閘水量綜合，歷史用水趨勢(shì)等信息的查詢。

6、開放性系統(tǒng)，整合能力強(qiáng)。傳統(tǒng)組態(tài)軟件自成一體，和其他信息整合能力差。云組態(tài)采用完全的Web標(biāo)準(zhǔn)，支持和現(xiàn)有的OA系統(tǒng)，MES系統(tǒng)，整合能力強(qiáng)。

7、可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)

傳統(tǒng)的繼電器閘門控制系統(tǒng)大量使用中間、時(shí)間繼電器，繼電器觸點(diǎn)接觸不良極易造成故障。PLC控制系統(tǒng)用梯形圖代替了中間繼電器和時(shí)間繼電器，硬件原件大大減少，其中接線減少到繼電器控制系統(tǒng)的1/10-1/100，因觸點(diǎn)接觸不良造成的故障大為減少。PLC采取了一系列抗干擾措施，抗干擾能力強(qiáng)，無(wú)故障時(shí)間平均達(dá)到數(shù)萬(wàn)小時(shí)以上，在有強(qiáng)烈干擾的現(xiàn)場(chǎng)被廣泛應(yīng)用，PLC已被廣大用戶公認(rèn)為最可靠的工業(yè)控制設(shè)備之一。