閘門自動(dòng)化控制

1、西門子 S7-200PLC 在船閘閘門自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用1. 引言隨著科技發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步 , 在我國的水利事業(yè)中計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于泵站監(jiān)控、船閘監(jiān)控、閘門監(jiān)控、變電站監(jiān)控等方面。在船閘自動(dòng)化監(jiān)控方面，可編程控制器（PLC）技術(shù)較為成熟地應(yīng)用使得船閘監(jiān)控系統(tǒng)也逐漸趨于完善。 PLC具有可靠性高，開發(fā)周期短，使用操作方便、 便于現(xiàn)場(chǎng)編程調(diào)試等特點(diǎn)。 船閘自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)能根據(jù)控制要求手動(dòng)或自動(dòng)啟閉閘門、監(jiān)測(cè)閘室上下游水位及閘室內(nèi)水位、監(jiān)測(cè)各閘門閘位、定開高啟閉閘門、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)。本文根據(jù)中山東河水利船閘自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、調(diào)試、運(yùn)行實(shí)踐，提出船閘自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則和方法。

2、經(jīng)工程的運(yùn)行檢驗(yàn)證明是可行的。2. 船閘閘門自動(dòng)控制系統(tǒng)構(gòu)成2.1系統(tǒng)的組成中山東河水利船閘監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控中心建在水利樞紐監(jiān)控中心室內(nèi)。 系統(tǒng)由一臺(tái)遠(yuǎn)程控制計(jì)算機(jī) ( 操作員站 ) 、一臺(tái)上位機(jī) ( 工程師站 ) 、一臺(tái)網(wǎng)絡(luò)報(bào)警打印機(jī)、 兩套由 PLC可編程控制器組成的現(xiàn)地監(jiān)控單元、 現(xiàn)地操作單元、 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)、 上下游水位傳感器及閘位傳感器等設(shè)備組成。見系統(tǒng)構(gòu)成圖見圖 1：圖 1：東河船閘控制系統(tǒng)方案2.2系統(tǒng)的監(jiān)控范圍 船閘上、下閘首閘門自動(dòng)監(jiān)控； 上、下游及閘室內(nèi)水位自動(dòng)監(jiān)測(cè)； 閘門位置及狀態(tài)的實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測(cè)； 啟閉機(jī)房設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測(cè)； 通航燈的自動(dòng)控制；3. 船閘閘門自

3、動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則與要求（ 1） 實(shí)用性與先進(jìn)性。在方案設(shè)計(jì)中特別強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的實(shí)用性與先進(jìn)性相結(jié)合。 在確保實(shí)用效益的基礎(chǔ)上， 采用成熟的自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、安全防范技術(shù)。（ 2） 可靠性與安全性。根據(jù)水閘技術(shù)管理規(guī)程 SL75-94 、水閘工程管理設(shè)計(jì)規(guī)范SL170-96 等規(guī)范要求，選用合理設(shè)備，設(shè)計(jì)高可靠性的軟、 硬件控制系統(tǒng)， 使船閘的控制更安全可靠。（ 3） 經(jīng)濟(jì)性和可擴(kuò)展性。在滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求的前提下，選用性價(jià)比高的傳感器設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備及通信設(shè)備。所采用的設(shè)備要充分考慮易升級(jí)換代， 并且在升級(jí)時(shí)可以最大限度地保護(hù)原有的硬件設(shè)備和軟件投資。3.2系統(tǒng)主要設(shè)備的選

4、型（ 1） 主回路供電采用帶電分勵(lì)的空氣開關(guān)，可用于現(xiàn)場(chǎng)無人職守的遠(yuǎn)程操作方式。 該裝置動(dòng)作可靠并有過載、欠壓、短路保護(hù)功能，且可以通過控制回路分勵(lì)控制， 增加系統(tǒng)對(duì)電機(jī)的保護(hù)措施。 在現(xiàn)場(chǎng)無人職守情況下， 起到在電機(jī)停機(jī)后接觸器異常觸點(diǎn)粘連情況下，自動(dòng)分?jǐn)嚯姍C(jī)主回路，保護(hù)電機(jī)的作用。（ 2） 閘門啟閉機(jī)主回路的電源通斷采用交流接觸器控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)。（ 3） 控制回路采用 PLC控制。本系統(tǒng)采用的 PLC為德國西門子公司的 S7-200 系列。具體配置如下。 CPU：CPU226(24 點(diǎn) DI，16 點(diǎn) DO)；DI：EM221(8 點(diǎn) ) ；DO：EM222(8 點(diǎn) ) ；AI ：E

5、M231(4路) ；以太網(wǎng)模塊：CP243-1；中文文本顯示器：TD200；編程軟件： STEP 7-Micro/WIN 。該型號(hào)CPU具有 2 個(gè) RS-485 串行通信口。一個(gè)串口采用 Profibus 總線協(xié)議與 TD200顯示器通信，另一個(gè)串口用來編程， 系統(tǒng)通過 CP243-1 的以太網(wǎng)口，采用 TCP/IP 協(xié)議與系統(tǒng)上位機(jī)通信，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程自動(dòng)監(jiān)控。（ 4） 船閘閘門現(xiàn)地監(jiān)控單元的操作面板上有手動(dòng)、自動(dòng)、檢修三檔轉(zhuǎn)換開關(guān)，用來設(shè)置閘門的控制狀態(tài)； 手動(dòng)狀態(tài)時(shí)閘門的上升、 下降、停止由面板上的按鈕控制； 可以通過面板上的中文顯示器查看各閘門的當(dāng)前開啟高度及上下游和閘室內(nèi)的水位值

6、。（ 5） 閘門開度傳感器和船閘上、下游水位傳感器均選用格雷碼機(jī)械編碼式傳感器， 該傳感器數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、穩(wěn)定、誤差小、可靠性高、工作壽命長。（ 6）船閘內(nèi)水位采用康宇測(cè)控儀表KYB900壓力式水位傳感器。 上下游水位考慮到進(jìn)出船只造成的影響，采用的是德國VEGA的超聲波液位計(jì)。輸出 4-20mA 模擬量信號(hào)。3.3主回路與控制回路設(shè)計(jì)船閘分上閘首和下閘首二個(gè)啟閉機(jī)房，各配備一臺(tái)閘門現(xiàn)地監(jiān)控單元。由于上下閘首監(jiān)控單元工作原理相似， 本文僅對(duì)上游監(jiān)控單元做介紹。該系統(tǒng)可采用手動(dòng)控制和自動(dòng)控制二種工作方式，其控制原理說明如下（ 1） 手動(dòng)控制。將控制機(jī)柜面板上的轉(zhuǎn)換開關(guān)置于手動(dòng)位置 , 當(dāng)按下上升按鈕時(shí)

7、，交流接觸器 1 得電，其觸點(diǎn)閉合，啟閉機(jī)電路接通，電機(jī)正轉(zhuǎn)， 閘門上升。 當(dāng)按下停止按鈕或閘門到上限位時(shí)控制回路斷開， 電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)； 當(dāng)按下下降按鈕，交流接觸器 2 得電，其觸點(diǎn)閉合，閘門啟閉機(jī)電路接通，電機(jī)反轉(zhuǎn)，閘門下降。當(dāng)按下停止按鈕或閘門到下限位時(shí)控制回路斷開，電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。（ 2） 自動(dòng)控制。先將控制機(jī)柜面板上的轉(zhuǎn)換開關(guān)置于自動(dòng)位置， 當(dāng)中心控制室需要控制閘門運(yùn)行時(shí)， 由上位機(jī)發(fā)送命令， 當(dāng)命令為上升控制時(shí)， PLC控制相應(yīng)中間繼電器觸點(diǎn)閉合，使交流接觸器1 得電，其觸點(diǎn)閉合， 閘門啟閉機(jī)電路接通，電機(jī)正轉(zhuǎn)，閘門上升。當(dāng)上位機(jī)發(fā)送停止命令或閘門到上限位時(shí)控制回路斷開，電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)；

8、當(dāng)發(fā)送下降命令時(shí)，PLC控制相應(yīng)中間繼電器觸點(diǎn)閉合， 交流接觸器2 得電，其觸點(diǎn)閉合，閘門啟閉機(jī)電路接通，電機(jī)反轉(zhuǎn)， 閘門下降。當(dāng)上位機(jī)發(fā)送停止命令或閘門到下限位時(shí)控制回路斷開，電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。3.4系統(tǒng)功能：3 4 1 現(xiàn)地監(jiān)控單元功能： 接收上位機(jī)調(diào)度運(yùn)行命令， 發(fā)送現(xiàn)場(chǎng)采集的各類設(shè)備運(yùn)行實(shí)時(shí)參數(shù)與狀態(tài)信號(hào)。 根據(jù)上位機(jī)指令可進(jìn)行上、 下扉門、 通航燈的控制。具有安全連鎖功能。 船閘閘門控制范圍為從全關(guān)到全開、 或從全開到全關(guān)。 在中間任何位置可允許進(jìn)行緊急停止操作。 系統(tǒng)具有多重聯(lián)鎖功能，具有開、關(guān)、停故障報(bào)警等功能。 有效地保障了系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的安全運(yùn)行。 根據(jù)上下游水位及通航要求， 對(duì)上下游水位及閘室內(nèi)水位進(jìn)行水位平信號(hào)的檢測(cè)， 并將該信號(hào)與上下閘首及扉門的控制進(jìn)行聯(lián)鎖， 以防誤動(dòng)作。自動(dòng)控制船閘的上行、