施耐德PLC在九曲河樞紐船閘自動化控制中的應用

錢 煒

(九曲河水利樞紐管理處，江蘇 丹陽 212300)

1 工程概況

九曲河樞紐工程由凈寬2×12 m的節制閘、雙向引排流量4×20 m3/s的抽水站和190×12(16)×2.5 m的船閘三座主要水工建筑物及引河、橋梁、管理房等相應的配套工程組成。泵站、節制閘、船閘三座建筑物分別設置獨立的微機監控系統和多媒體網絡管理系統。三個系統既能相互獨立運行，又能相互通信，交換信息聯合運行。在樞紐管理處設置微機監控中心和多媒體網絡管理中心，對三個系統進行管理、調度、監測，并且具有同上級聯網功能。

2 系統結構

以九曲河樞紐船閘為例，船閘上下游各配置1套Scheider的Premium系列PLC，每套PLC系統由一個CPU和I/O模塊組成。通過控制液壓啟閉機來實現對上、下閘首閘門的控制。在下游機房和上游機房控制室各有一臺Sixnet的光纖工業以太網交換機，每臺工業以太網交換機共有6個電口，通過多模光纖連接：

第一，上游控制室上位機。第二，上游閘門PLC(CPU集成以太網模塊)。第三，上游閘門控制柜觸摸屏。第四，下游閘門PLC(CPU集成以太網模塊)。第五，下游閘門控制柜觸摸屏。第六，其余備用。

九曲河樞紐船閘兩臺工業環網交換機通過冗余光纖與九曲河樞紐船閘監控系統中第三臺工業環網交換機組成環型結構網絡，網絡與外界物理隔離，確保了船閘控制系統安全。通過環型網絡實現船閘控制中心集中控制上位機和上、下游機房及現地PLC之間TCP/IP協議的網絡通信。由于光纖環網具有線路冗余功能，屬于完全工業級的網絡產品，電源冗余和環網切換時間≤500 ms等優點，極大地提高了控制系統中網絡數據傳輸的可靠性，同時也保證了數據傳輸的實時性。

3 具體配置過程

九曲河樞紐船閘的控制系統選用PLC與上位機相結合方式，實現閘門的開啟、關閉(即PLC控制油泵的啟停)及電磁閥的開啟和關閉。

具體配置步驟如下：

設置IP.具體設置情況如下：

上游PLC 192.168.0.12；

上游觸摸屏 192.168.0.65

下游PLC 192.168.0.13

下游觸摸屏 192.168.0.66

觸摸屏的IP設置方法為：在中文面板上選擇網絡菜單，在出現的參數設置中，IP card中填寫IP地址，如192.168.0.65，IP Mask中填寫子網掩碼，如255.255.255.0。

在PLC硬件組態以太網模塊設置中，IP配置欄里設置該PLC的IP地址及子網掩碼；

模塊實用程序中IO掃描設置為“是”啟動IO掃描；IO掃描欄里設置：需要通信的PLC的IP地址，讀寫數據區起始地址及長度，如表1所示：

圖1 通訊配置表Fig.1 Communication configuration

此時，兩套PLC在運行過程間通過程序編寫可由劃定的讀寫數據區進行數據交流，實現PLC之間通信。

PLC現場監控單元主要功能有：和上位機進行數據交換通信，能準確接收上位機下達的開機、停機、工控調節等指令；同時具有對設備運行參數及設備狀態的檢測、巡視功能；可以根據上位機發出的控制指令，對設備進行主、輔機開停機、調節閘門開度等操作；并向上位機發送實時操作信息，以便于操作人員分析設備運行狀況；同時具有現場、遠程操作運行方式的選擇切換。在現場運行方式下通過現場操作鍵盤，可人工輸入指令，在現場獨立對機組設備進行開、停等操作。現場控制單元是站內控制機組運行的最高一級自動控制單元，即使在上級出現故障時，也能保證機組的正常運行和程序控制的各種操作。因此，考慮到機組高可靠性的要求，系統選用了PLC集成現場控制單元。

圖2 船閘上位機操作界面Fig.2 Upper computer operation interface of ship lock

通過對PLC進行編程，可以實現船閘的上下行流程，油泵處于停止狀態，4扇人字門處于全關狀態，4扇充水門處于全關狀態，所有通航信號燈處于紅燈狀態。

4 結語

施耐德PLC控制閘門，調試簡單，運行安全可靠，維修方便，節約能耗，大幅度減輕對啟閉機的沖擊，從而延長其使用壽命，大幅度提高了經濟效益。采用以太網通信的方式，避免了傳統模擬量因干擾問題帶來的不精確，甚至干擾嚴重時帶來的操作失敗。在上位機畫面中顯示啟閉機在控制方式運行下的電流、電壓、運行時間、故障報警等各種信息，有效地幫助船閘操作人員判斷啟閉機的工作狀態。本研究者所參加的船閘技術改造項目采用這一設計，自2006年通航運行至今，穩定可靠，經濟效益顯著。

PLC在水利樞紐工程中得到廣泛的應用，主要是因為PLC具有一種具有實時控制、調度、管理等功能與一體的多功能控制系統，它的可擴展性、可靠性、安全性，為九曲河樞紐船閘控制運行提供技術保障，大大提高了船閘運行及管理的現代化水平，充分發揮了船閘運行的經濟效益及社會效益。