SunyPLC250模塊式小型可編程邏輯控制器在橋閘自動(dòng)控制中的應(yīng)用

水利是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)和命脈，橋閘對(duì)大江大河及其流域起著防洪、排澇、抗旱、灌溉和航運(yùn)的作用，是關(guān)系國(guó)計(jì)民生的重要設(shè)施。近些年來(lái)，由于氣候異常、旱澇交替、水情復(fù)雜，全國(guó)各地每年都出現(xiàn)多起洪水災(zāi)害。雖然水利部門加強(qiáng)了水情監(jiān)測(cè)，制定了嚴(yán)格的水利樞紐工程控制運(yùn)行辦法，以調(diào)度控制閘上蓄水位，但由于橋閘控制的自動(dòng)化水平不高，導(dǎo)致經(jīng)常出現(xiàn)險(xiǎn)情甚至發(fā)生災(zāi)害。

1. 概述

浙大中自公司技術(shù)人員依靠其豐富的控制技術(shù)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，利用自主研發(fā)的SunyPLC250模塊式小型可編程邏輯控制器，對(duì)橋閘控制提出了自己獨(dú)特的解決方案。方案的實(shí)施，使得水利能夠?qū)嵭薪y(tǒng)一調(diào)度和管理，確保壩上引水量和枯季下泄流量，發(fā)揮了巨大的工程效益，在實(shí)現(xiàn)水利現(xiàn)代化方面邁出了堅(jiān)實(shí)的步伐。

某橋閘共包括8個(gè)攔河水閘和2座船閘。水閘為啟閉式閘門，船閘為兩扇人字門，原設(shè)計(jì)為人工操作。在經(jīng)歷了2004年的一次洪峰之后，水利部門決定按照高起點(diǎn)、高標(biāo)準(zhǔn)的要求，采用SunyPLC250模塊式小型可編程邏輯控制器實(shí)現(xiàn)水閘的自動(dòng)控制。根據(jù)橋閘的實(shí)際情況，提出如下監(jiān)控要求。

1.1. 生產(chǎn)監(jiān)視

模擬量：閘門位置、閘門上游水位以及電機(jī)的電流、電壓等。
開(kāi)關(guān)量：運(yùn)行狀態(tài)（上-下-停、就地-遙控）。

1.2. 設(shè)備操作

手動(dòng)：可用鼠標(biāo)和鍵盤在上位機(jī)對(duì)閘門進(jìn)行遠(yuǎn)程點(diǎn)動(dòng)或連動(dòng)操作。
自動(dòng)：閘門可根據(jù)設(shè)定值自動(dòng)調(diào)整閘門位置，進(jìn)而控制上游水位。
就地：具備就地/遠(yuǎn)程切換功能，一切操作均為現(xiàn)場(chǎng)優(yōu)先。

1.3. 安全保護(hù)

當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行異常時(shí)，能夠自動(dòng)停止設(shè)備運(yùn)行，達(dá)到保護(hù)設(shè)備安全的目的。

2. 系統(tǒng)構(gòu)成

SunyPLC250模塊式小型可編程邏輯控制器負(fù)責(zé)閘門有關(guān)參數(shù)（閘門位置、水位、電機(jī)狀態(tài)等）進(jìn)行采集并按照預(yù)定算法進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，一方面將運(yùn)算結(jié)果輸送給執(zhí)行器使閘門或啟閉機(jī)產(chǎn)生相應(yīng)動(dòng)作（開(kāi)/關(guān)、啟/停），另一方面將相關(guān)信息通過(guò)ModbusRTU總線發(fā)送到上位機(jī)進(jìn)行顯示，供操作員監(jiān)視和管理。每臺(tái)啟閉機(jī)的I/O點(diǎn)如下表所示：

名稱 類型 數(shù)量 備注
電機(jī)參數(shù) AI 2 電流、電壓
閘門位置 AI 1 位置
閘門狀態(tài) DI 2 上、下
控制狀態(tài) DI 1 就地/遙控
電機(jī)操作 DO 2 上、下

3. 控制方案

控制算法的設(shè)計(jì)采用SunyPRG編程軟件完成，該軟件支持IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的五種控制語(yǔ)言。需要強(qiáng)調(diào)的是，SunyPRG編程軟件引進(jìn)了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，使編程人員不再被枯燥乏味的地址所困擾。多種仿真手段大大方便了程序檢查，使工程周期縮短30％以上。

3.1. 閘門操作

對(duì)啟閉機(jī)的操作來(lái)說(shuō)，點(diǎn)動(dòng)、手動(dòng)操作為非定量操作，而定位操則為定量操作。由于閘門運(yùn)行時(shí)的慣性及剎車性能不一樣，所以編程時(shí)，要考慮定位控制的補(bǔ)償問(wèn)題。下圖為簡(jiǎn)化的啟閉機(jī)控制組態(tài)梯形圖。

根據(jù)水閘操作規(guī)程，對(duì)閘門的啟閉順序是：“開(kāi)閘時(shí)先中間后兩邊，關(guān)閘時(shí)先兩邊后中間”，所以程序設(shè)計(jì)中應(yīng)注意順序操作編程的處理。

3.2. 水位調(diào)節(jié)

為了使上游水位控制在設(shè)定范圍內(nèi)，構(gòu)建一個(gè)由SunyPLC250、水位測(cè)量和啟閉機(jī)組成的單回路PID閉環(huán)控制器

在實(shí)際運(yùn)行中，無(wú)論手動(dòng)還是自動(dòng)，只允許同時(shí)開(kāi)啟兩孔閘門，且每次開(kāi)度不允許超過(guò)三十厘米，因此設(shè)計(jì)本控制方案時(shí)，必須考慮八孔閘門的相互關(guān)聯(lián)。

3.3. 聯(lián)鎖保護(hù)

遠(yuǎn)程監(jiān)控的實(shí)現(xiàn)減少了操作人員的現(xiàn)場(chǎng)操作時(shí)間，只需定期巡檢。但在巡檢間隔期間，如果閘門故障了發(fā)生，需要及時(shí)停止啟閉機(jī)，否則將發(fā)生嚴(yán)重事故。一般啟閉機(jī)有以下幾種故障類型：

閘門卡死：閘門下降時(shí)，被水閘下的雜物頂住，無(wú)法繼續(xù)下降。
閘門超限：閘門不能超過(guò)導(dǎo)槽高度，否則閘門出槽。
電機(jī)過(guò)載：正常啟閉時(shí)如果電流過(guò)大，說(shuō)明電機(jī)過(guò)載。
超時(shí)運(yùn)行：每次閘門操作不能連續(xù)運(yùn)行超過(guò)某一設(shè)定時(shí)間，否則表示閘門失控。
超距運(yùn)行：每次閘門開(kāi)度不能超過(guò)30厘米。

由于測(cè)量點(diǎn)數(shù)和手段的限制，用SunyPLC250可編程邏輯控制器實(shí)現(xiàn)上述故障的檢測(cè)存在一定難度。在工程實(shí)施中，我們通過(guò)與閘門操作工的深入探討和現(xiàn)場(chǎng)檢視，總結(jié)引起閘門故障的原因和條件，設(shè)計(jì)出了“智能軟測(cè)量”故障判定算法。該算法能夠根據(jù)現(xiàn)有測(cè)量結(jié)果、計(jì)時(shí)器和操作等信息總結(jié)出閘門運(yùn)行狀態(tài)，向操作工提供參考。

4. 人機(jī)界面

上位機(jī)人機(jī)界面采用浙大中自公司的SunyTech工業(yè)控制應(yīng)用軟件平臺(tái)繪制，該軟件內(nèi)置多種通訊協(xié)議，可以通過(guò)ModbusRTU與SunyPLC250進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。另外，該軟件支持的OPC功能也為將來(lái)水利統(tǒng)一調(diào)度和管理的實(shí)現(xiàn)提供了條件。

下圖示出了一號(hào)閘門監(jiān)控流程圖。

5. 結(jié)束語(yǔ)

在2005年的雨季，該控制系統(tǒng)的應(yīng)用對(duì)流域泄洪防災(zāi)起到了至關(guān)重要的作用。

SunyPLC250模塊式可編程邏輯控制器水閘監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用，大大提高了閘門自動(dòng)化程度，改善了工人的勞動(dòng)條件，減輕了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。聯(lián)鎖保護(hù)功能使設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，能夠立即停止閘門的運(yùn)行，同時(shí)在監(jiān)控計(jì)算機(jī)中顯示報(bào)警信息，提醒操作人員采取應(yīng)對(duì)措施。