以PLC為基礎的控制系統在閘門液壓自動啟閉機上的應用探討

郇樂萌 鮑亮

摘 要：傳統閘門在操作工程中存在著很多問題，其準確度較低，同時很難做到動態控制，為了解決這些問題，本文利用PLC來對于液壓自動啟閉機進行控制，有效地實現了控制自動化與故障的監測，從而優化了控制過程，本文對其進行探討，為其進一步發展打下堅實的基礎。

關鍵詞：PLC；液壓自動啟閉機；控制

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.09.145

1 引言

本文針對傳統閘門人工操作的實時性差、準確性低等缺陷，設計了可編程邏輯控制器（PLC）在液壓啟閉設備中的應用，闡述了系統的硬件和軟件配置，實現了閘門啟閉全過程的自動控制及故障的監測與處理，大大提高了啟閉機的自動化水平。

2 PLC系統概述

2.1 系統結構

S7系列可編程邏輯控制器包括S7-200系列、S7-300系列和S7-400系列。它具有強大的功能，適用于中小型自動化系統。該控制系統應采用西門子S7-300 PLC在德國進行。S7-300系列PLC是西門子公司生產的一種模擬中小型結構可編程控制器。S7-300系列PLC廣泛應用于分布式自動化系統中。它涵蓋機床、機械、電力設施、民用設施、環保設備等自動化控制領域。它可以用來更新和更換繼電器的簡單控制，也可以實現復雜的自動化控制。因此，S7-300系列具有高性能/成本性能。S7-300 PLC是西門子PLC近年來推出的PLC產品之一。模塊化中型PLC系統，滿足中小型控制要求，在工業中得到廣泛應用。許多客戶在設計選型、調試和實際應用中可能遇到各種各樣的問題，下面是S7-300 PLC選型和應用中的一些關鍵問題的分析。

PLC和其他的工業控制裝置相比，優點主要集中于其可靠性較好，同時可移植性也較強。在硬件設計方面，PLC的所有輸入輸出都是采用光耦合的器件，使得內外部電路互不影響，同時plc的電路和輸入輸出回路有著非常多的濾波電路，這樣就可以使得信號諧波不會對其運行造成影響。PLC的操作較為穩定，其所配置的開關電源性能也非常好。在軟件設計方面，PLC程序采用的是循環方式來進行執行的，在循環執行過程當中對輸入進行改變也不會影響到程序的正常運行，PLC程序采用的是面向對象的語言，較為簡單，同時用圖形的方式來進行編譯，還可以進行錯誤的自動檢查，使得程序的正確性大大的提升。同時PLC的用戶程序和系統程序是較為獨立的，用戶很難改動內部的固化程序，這樣就使得其可靠性能非常高。同時可移植性非常強，因為PLC采用單元擴展的形式，讓功能可以模塊化，在需要的時候可以對于輸入輸出模塊進行更換或者加減，這樣就使得我們想給其增加功能的時候，只需要對其進行模塊的增加和程序的簡單改寫，就可以完成不同的控制需求，這樣也使得PLC維護非常的方便。

2.2 工作原理

因為操作系統和軟件方面存在一定的差異，因此PLC的工作過程和我們平常用的計算機是有較多的不同點，PLC的工作過程主要分為輸入采樣、程序執行、通信處理、CPU分析、輸出刷新五個掃描循環，要不斷的對其進行重復掃描。對于線圈來說有兩個狀態，第一是停止狀態，第二是運行狀態。在停止狀態時只能進行內部的處理和通信的服務，在運行狀態時則進行以上五個循環的不斷掃描和重復。輸入采樣是PLC對于輸入進行監測，使得讀入的線圈狀態一直保持到下一次輸入，執行程序是PLC按照用戶程序所編寫的要求來對其狀態進行控制、邏輯計算和數據處理。CPU診斷和分析是CPU對于PLC的硬件模塊進行監控，一旦出現問題立刻報警。通信處理是PLC在對于其進行檢查之后進行通信，將程序傳入到輸出設備，來對其進行控制。輸出刷新是PLC將信號傳入到輸出設備之后進行刷新，讓其線圈的得電失電狀態滿足于用戶所控制的要求，這樣就使得輸出設備能夠做到用戶對其指定的動作。

3 閘門的液壓啟閉機系統原理

3.1 硬件配置

（1）導軌。 S7-300的模塊機架。

（2）被轉換為電源模塊。提供CPU和24V的直流負載電路用的直流電源（信號模塊、傳感器、油門等）。

（3）CPU模塊。CPU所有種類的例子有不同的性能，一些CPU的合并與數字輸入/輸出點和模擬，以及一些CPU簡介等的通信接口。CPU的前面板的狀態故障顯示器，模式開關24V的電源端子，電池箱和存儲器模塊的箱子（不是若干的CPU）。

（4）功能模塊。功能模塊主要用于對時間要求苛刻、存儲器容量要求較大的過程信號處理任務。

（5）計數：計數器模塊。快速/晚送驅動位置控制模塊、電子控制模塊、步進馬達定位模塊，如伺服馬達定位模塊。

3.2 運行流程

該液壓啟閉系統主要由油泵電動機組、弧形閘門液壓缸、油箱等組成。閘門提升和關閉的控制，主要是通過液壓啟閉機電氣控制裝置根據現地或遠方啟/閉閘門命令自動啟動油泵電機組，從而通過活塞桿在油缸中的伸縮帶動閘門關閉或開啟。（1）開啟閘門，空載啟動液壓泵電動機組，延時10秒左右，液壓缸無桿腔油液經34.1單向閥背壓0.4MPa 流回油箱。（2）關閉閘門，空載啟動液壓泵電動機組，延時10秒左右，液壓缸有桿腔油液經23.9-23.10調速閥后流回液壓缸無桿腔，同時壓力油經20.1-20.2溢流閥向液壓缸無桿腔補油，壓力為0.4MPa。

4 總結

PLC的編程語言是較為簡單的，很多計算機知識并不充分的人也能很容易對其進行學習和掌握，因此推廣PLC是非常容易的，PLC不但能滿足順序控制要求，還能夠做到條件和循環的判斷，近年來，其應用范圍不斷擴大，我們也對其進行的其他功能的擴展，這些年為了適應信息技術的發展，PLC的網絡通訊功能也在不斷增強，其在工廠的發展當中將會有更多的應用。

參考文獻：

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