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基于PLC的黃河引黃涵閘現(xiàn)地監(jiān)控系統(tǒng)

時(shí)間:2007-04-12 10:41:00來(lái)源:shixiang

導(dǎo)語(yǔ):?本文介紹了將PLC用于黃河引黃涵閘現(xiàn)地監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)化改造中的方法
摘 要  本文介紹了將PLC用于黃河引黃涵閘現(xiàn)地監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)化改造中的方法,并提出PLC控制系統(tǒng)與涵閘傳統(tǒng)的按鈕-接觸器手動(dòng)控制系統(tǒng)相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)了閘門啟閉的手動(dòng)控制/PLC控制的切換。文章從系統(tǒng)主要功能、系統(tǒng)組成、系統(tǒng)設(shè)計(jì)等角度對(duì)PLC監(jiān)控系統(tǒng)加以闡述,并對(duì)關(guān)鍵問(wèn)題提出了解決辦法。該系統(tǒng)具有較高的安全性與可靠性,功能強(qiáng)大,是涵閘現(xiàn)地監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)化改造的一種較好的方法,已在山東黃河5座引黃閘上得到了應(yīng)用。 關(guān)鍵詞  PLC 監(jiān)控系統(tǒng) 自動(dòng)化改造 閘門啟閉 切換 1.引言 現(xiàn)地監(jiān)控系統(tǒng)是黃河引黃涵閘工作現(xiàn)場(chǎng)的核心環(huán)節(jié),其安全可靠的運(yùn)行是涵閘正常高效工作的保證。在引黃涵閘傳統(tǒng)的現(xiàn)地監(jiān)控制系統(tǒng)中,控制功能是采用按鈕-接觸器線路,通過(guò)按鈕操作從硬件上實(shí)現(xiàn)啟閘和閉閘的。由于電氣觸點(diǎn)數(shù)量多,控制手段落后,難以達(dá)到所期望的閘門開(kāi)度;而工作現(xiàn)場(chǎng)的參數(shù)測(cè)量手段也極其落后,基本上是采用一些簡(jiǎn)單的機(jī)械測(cè)量機(jī)構(gòu),有的數(shù)據(jù)甚至要依靠操作人員憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行估算。黃河水量的調(diào)度管理主要依靠行政手段和傳統(tǒng)的調(diào)度方法憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行,工作效率不高。這顯然無(wú)法滿足黃河水資源可持續(xù)利用的要求。 使用可編程控制器(PLC)是工業(yè)自動(dòng)化的重要手段,本文提出采用PLC對(duì)引黃涵閘傳統(tǒng)的現(xiàn)地監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化改造,并保留原有手動(dòng)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了涵閘手動(dòng)控制/PLC自動(dòng)控制的切換。改造完成后的系統(tǒng),即PLC監(jiān)控系統(tǒng)主要控制邏輯由PLC實(shí)現(xiàn),通過(guò)控制程序從軟件上實(shí)現(xiàn)啟閉閘,可靠性高;工作現(xiàn)場(chǎng)的參數(shù)測(cè)量則采用精密的傳感器,將測(cè)量的信息實(shí)時(shí)地傳給PLC進(jìn)行處理,從而得到我們需要的數(shù)據(jù),準(zhǔn)確性高。該系統(tǒng)的組成為模塊化結(jié)構(gòu),采用可編程序的控制器,一旦工作現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生變化,只需修改控制程序即可,系統(tǒng)維護(hù)也變得十分方便。 PLC現(xiàn)地監(jiān)控系統(tǒng)的建成有利于對(duì)涵閘進(jìn)行安全可靠的控制,有利于對(duì)黃河水資源進(jìn)行科學(xué)的調(diào)度管理。同時(shí),它也是實(shí)現(xiàn)黃河引黃涵閘遠(yuǎn)程監(jiān)控的基礎(chǔ)。 2.PLC監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能及系統(tǒng)組成 2.1 系統(tǒng)主要功能 (1)完成對(duì)涵閘基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息的采集和處理,數(shù)據(jù)信息的顯示則由和PLC相連的觸摸屏來(lái)完成。這些信息包括水位、閘位、電壓、電流等。 (2)通過(guò)觸摸屏和PLC控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)閘門升降過(guò)程的自動(dòng)化控制。 (3)具有過(guò)壓、過(guò)流、過(guò)載、上下限位等保護(hù)功能。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)過(guò)壓、過(guò)流、過(guò)載、到達(dá)上下限位等故障時(shí),一方面通過(guò)PLC控制程序?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)關(guān)閘,另一方面給出報(bào)警指示信息,使控制間的操作人員能及時(shí)采取相應(yīng)措施。 (4)本系統(tǒng)的控制部分是將傳統(tǒng)的手動(dòng)控制回路和PLC自動(dòng)控制回路相結(jié)合,現(xiàn)地操作人員通過(guò)一組切換開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制/PLC控制方式的轉(zhuǎn)換。在手動(dòng)控制方式下,現(xiàn)地操作人員通過(guò)按鈕啟閉閘門;在PLC控制方式下,借助觸摸屏可以實(shí)現(xiàn)閘門的自動(dòng)啟閉控制。 2.2 系統(tǒng)組成 涵閘PLC監(jiān)控系統(tǒng)由控制核心設(shè)備——帶以太網(wǎng)接口的可編程邏輯控制器(PLC)、綜合顯示控制屏(觸摸屏)、電氣主回路設(shè)備、控制回路設(shè)備、自動(dòng)化元器件等裝置構(gòu)成。本系統(tǒng)采用施耐德Momentum系列PLC。 涵閘啟閉機(jī)電氣主回路設(shè)備、控制回路設(shè)備包括啟閉機(jī)、交流接觸器線圈、繼電器等電氣與執(zhí)行機(jī)構(gòu)。自動(dòng)化元件主要包括閘位計(jì)、荷重傳感器和水位計(jì)等。 采用觸摸屏來(lái)操作和顯示有關(guān)參數(shù)。觸摸屏和PLC之間通過(guò)RS485接口通信。以下是涵閘PLC現(xiàn)地監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)示意圖(圖1):
3.PLC監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 3.1 輸入輸出點(diǎn)分析 以二孔涵閘為例,工作現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)關(guān)輸入量有手動(dòng)控制/PLC控制信號(hào)、上下限位信號(hào)、接觸器和斷路器輔助觸點(diǎn)的狀態(tài)信號(hào)等。模擬量輸入信號(hào)有水位、荷重、電壓、電流、溫濕度等。開(kāi)關(guān)輸出量為控制中間繼電器及驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警器的信號(hào)。 3.2 涵閘電氣主回路設(shè)計(jì)圖 電氣主回路的的核心部分是用兩組接觸器觸點(diǎn)來(lái)控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn),從而實(shí)現(xiàn)涵閘閘門的上升和下降。主回路上的斷路器帶有分勵(lì)脫扣線圈,可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的緊急停機(jī)。電路設(shè)計(jì)圖如下(圖2):
3.3 涵閘電氣控制回路設(shè)計(jì)圖 控制回路的電源是經(jīng)UPS穩(wěn)壓后的220V交流電??刂苹芈飞嫌幸粋€(gè)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān),它可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制/PLC控制的切換??刂齐姍C(jī)的兩組接觸器線圈KM1和KM2的常閉觸點(diǎn)是互鎖的,這種互鎖的方式可以避免因按鈕的誤動(dòng)作造成上升和下降接觸器線圈同時(shí)接通而產(chǎn)生的主回路短路故障??刂苹芈穲D如下(圖3):
3.4 PLC回路設(shè)計(jì)圖 根據(jù)上述的I/O點(diǎn)分析,PLC回路圖設(shè)計(jì)如下(圖4):
4.PLC監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 軟件要實(shí)現(xiàn)的功能除了對(duì)工作現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集和處理外,最核心的環(huán)節(jié)就是閘門啟閉的控制邏輯了。閘門的自動(dòng)啟閉是通過(guò)比較閘位(即閘門高度)設(shè)定值和閘位當(dāng)前值后,操作員給出上升或下降控制指令,由控制程序?qū)崿F(xiàn)的。閘門在上升或下降之前,系統(tǒng)給出10秒的聲光報(bào)警信號(hào)。以下是閘門啟閉的邏輯框圖:
根據(jù)系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)要求以及閘門啟閉的邏輯框圖,可以編寫出實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)要求的984LL程序(程序在Concept組態(tài)環(huán)境下編寫,是一種梯形邏輯)。以下是監(jiān)控系統(tǒng)部分控制程序。 4.1 當(dāng)前閘位檢測(cè) 閘位計(jì)采用倍加福公司生產(chǎn)的絕對(duì)編碼器。該編碼器是多圈絕對(duì)值型。單圈的位置信息有13位,圈數(shù)信息有12位。共25位,如下所示:
由于25位數(shù)據(jù)信息被PLC讀取后,占用PLC的2個(gè)字(32 bits)的內(nèi)存。檢測(cè)閘位的關(guān)鍵在于對(duì)上述25位數(shù)據(jù)信息的處理。在精度允許的情況下,可以考慮采用移位的方法,將圈數(shù)信息和位置信息移到一個(gè)字的內(nèi)存里,這樣方便了處理。以下的程序中,地址400411和400412的內(nèi)存中存放的圈數(shù)和位置信息整體右移了5位,這樣圈數(shù)和位置信息都放進(jìn)了地址400412的內(nèi)存中,圈數(shù)8位,位置8位。這樣處理雖然丟失了一些信息,但是對(duì)閘位檢測(cè)來(lái)說(shuō),依然可以達(dá)到很高的精度,而且極大地方便了處理。經(jīng)處理后,當(dāng)前閘位存放在地址為400112的內(nèi)存中。閘位檢測(cè)及處理程序如下:
4.2當(dāng)前閘位與閘位設(shè)定值的比較 實(shí)現(xiàn)PLC對(duì)閘門自動(dòng)啟閉的控制,其關(guān)鍵是當(dāng)前閘位和設(shè)定閘位的實(shí)時(shí)比較。以下程序中,閘位設(shè)定值放在地址為400111的內(nèi)存中,它是通過(guò)觸摸屏輸入的,當(dāng)前閘位在400112中。其比較結(jié)果將輔助線圈000111和000112置位,這些輔助線圈常開(kāi)觸點(diǎn)的狀態(tài)即為閘門上升或下降的控制指令信息。當(dāng)閘位當(dāng)前值與設(shè)定值相等時(shí),線圈被復(fù)位,閘門停止動(dòng)作。圖中的000710、000316等地址存放的是系統(tǒng)輔助觸點(diǎn)的狀態(tài)值,比如限位開(kāi)關(guān)的狀態(tài)等。
5.關(guān)鍵問(wèn)題的解決 5.1 手動(dòng)/PLC控制的切換 PLC與傳統(tǒng)手動(dòng)控制系統(tǒng)的銜接方法是,在手動(dòng)回路與PLC控制回路之間設(shè)置切換開(kāi)關(guān)?,F(xiàn)地自動(dòng)啟閉閘門時(shí)采用PLC自動(dòng)控制系統(tǒng);當(dāng)PLC控制系統(tǒng)發(fā)生故障或者有其他特殊因素時(shí)采用手動(dòng)控制系統(tǒng). 5.2 安全的保護(hù)機(jī)制 現(xiàn)地監(jiān)控系統(tǒng)除了有過(guò)壓、過(guò)流、過(guò)載及限位保護(hù)外,還應(yīng)在主回路設(shè)置帶分勵(lì)脫扣線圈的斷路器,保證在緊急情況下能使系統(tǒng)緊急斷電。同時(shí),兩組接觸器輔助觸點(diǎn)的狀態(tài)可作為開(kāi)關(guān)輸入量接入PLC。通過(guò)判斷接觸器當(dāng)前狀態(tài)的合法性,可大大減少接觸器故障引發(fā)的事故。 5.3 穩(wěn)壓及信號(hào)的防雷措施 為了保證PLC控制系統(tǒng)安全、可靠的的運(yùn)行,對(duì)系統(tǒng)供電電源應(yīng)采取穩(wěn)壓措施,對(duì)輸入信號(hào)應(yīng)采取防雷措施。 5.4 程序的調(diào)試和保存 監(jiān)控系統(tǒng)能否安全可靠運(yùn)行,硬件配置很重要,軟件同樣很重要。在PLC監(jiān)控系統(tǒng)中,為了達(dá)到設(shè)計(jì)要求,程序需要反復(fù)調(diào)試。程序調(diào)試完畢后,為了避免控制程序在系統(tǒng)斷電后丟失,一定要將程序?qū)戇M(jìn)PLC的FLASH存儲(chǔ)器中. 6.結(jié)束語(yǔ) 與傳統(tǒng)按鈕-接觸器手動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)合,采用PLC實(shí)現(xiàn)涵閘啟閉的自動(dòng)控制,增加控制功能,提高系統(tǒng)性能,實(shí)現(xiàn)高效自動(dòng)化生產(chǎn),其關(guān)鍵是充分發(fā)揮PLC的優(yōu)勢(shì),利用其綜合監(jiān)控機(jī)制,解決好通信、保護(hù)等問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)手動(dòng)控制/PLC自動(dòng)控制的良好切換,提高整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的綜合性能,達(dá)到高效生產(chǎn)的目的。 參考文獻(xiàn) [1] 郭宗仁,吳亦鋒,郭永.可編程序控制器應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)及通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù).人民郵電出版社. [2] 王永華,王東云等.現(xiàn)代電氣及可編程控制技術(shù).北京航空航天大學(xué)出版社.2002 [3] 施耐德電氣公司.Modicon Concept 2.0編程軟件用戶手冊(cè). [4] 施耐德電氣公司.Momentum I/O基板和通訊適配器.
Application and Research Of PLC For Automatic Reform In Local Observing and Controlling System Of Gate of Yellow River Sluice
Dong Haibing
Elect..& Info. Eng , Hunan Institute of Technology , 衡陽(yáng) 421001
Abstract This Paper introduces a method of PLC applied In Local Observing and Controlling System Of Gate of Yellow River Sluice, at the same time, it indicates the combination of the controlling system of PLC and the manual system of traditional pushbutton-relay, which achieves the switch of raising and falling Gate of Yellow River Sluice between manual system and PLC system. In this Paper, Observing and Controlling system of PLC is set forth by expounding typical function, segments and designing of system. On the other hand, the resolvent of sixty-four-dollar question is brought forward. This system is a very safe, reliable and powerful system, which indicates a good method of Automatic Reform In Local Observing and Controlling System Of Gate of Yellow River Sluice. This system came true in 5 Gates of Yellow River Sluice in Shandong Province at present. Keywords PLC Observing and Controlling System Automatic Reform Raising and Falling Gate of Yellow River Sluice Switch 作者簡(jiǎn)介: 董海兵(1980-),男,湖北蘄春人,重慶大學(xué)光電技術(shù)及系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室碩士研究生畢業(yè),現(xiàn)任湖南工學(xué)院教師。主要從事自動(dòng)控制、光電技術(shù)等方面的研究工作。

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