摘要：傳統(tǒng)的液壓啟閉機(jī)控制系統(tǒng)通常是采用繼電接觸器線路來控制閘門的運(yùn)行。這種系統(tǒng)的最大缺點就是線路復(fù)雜，維護(hù)工作繁重，操作麻煩，可靠性低，故障率高。故本論文主要淺要討論基于plc的閘門控制系統(tǒng)，水電站閘門的傳統(tǒng)繼電器控制和卷揚(yáng)啟閉機(jī)正反轉(zhuǎn)控制閘門升降的模式；采用plc和液壓控制的模式對閘門進(jìn)行控制。
關(guān)鍵詞：閘門；plc；監(jiān)控系統(tǒng)
在水工建筑物的固定式和移動式機(jī)械中占有重要地位的閘門啟閉機(jī)械，早期以繩毅式、鏈條式、多節(jié)拉桿式為主，但由于其操作的不是自由懸掛的重物，而是沿導(dǎo)向門槽作上下移動或者是繞著支絞作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的閘門。可靠性，安全系數(shù)低，很難精確的控制。
隨著經(jīng)濟(jì)和液壓技術(shù)的不斷發(fā)展，傳動穩(wěn)定的液壓啟閉機(jī)逐步取代了那些比較落后的繩毅式、鏈條式、多節(jié)拉桿式的啟閉機(jī)。作為一種比較完善而又經(jīng)濟(jì)的先進(jìn)的傳動裝置，其動力機(jī)構(gòu)為油缸，由于油缸能夠產(chǎn)生很大的下壓力，所以，當(dāng)采用液壓啟閉機(jī)操作閘門下降時，閘門就無需加重，因此也就可以減少驅(qū)動裝置的額定啟升容量。
一種典型的水閘自動化監(jiān)控系統(tǒng)，其現(xiàn)地控制單元lcu(local control unit)有的采用8位或16位單片機(jī)，致命的缺點是不便于擴(kuò)充；而可編程控制器(programmable logic controller)簡稱plc因其具有邏輯判斷、定時、計數(shù)、記憶和算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、聯(lián)網(wǎng)通信及pid回路調(diào)節(jié)等功能在閘門監(jiān)控系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。plc更符合工業(yè)現(xiàn)場的要求：高可靠性、強(qiáng)抗各種干擾的能力、編程安裝使用簡便、低價格長壽命。
由于傳統(tǒng)的液壓啟閉機(jī)控制系統(tǒng)存在控制線路復(fù)雜，維護(hù)工作繁重，可靠性低，不能對整個水電站進(jìn)行自動控制，遠(yuǎn)程通訊能力欠缺等缺點和局限性，所以越來越不能滿足水電站的生產(chǎn)發(fā)展。
1分布式監(jiān)控系統(tǒng)的介紹
在我國的自動化控制領(lǐng)域中自動化控制系統(tǒng)主要分為分布式監(jiān)控系統(tǒng)和集中式監(jiān)控系統(tǒng)。分布式監(jiān)控系統(tǒng)以控制對象分散為主要特征。以控制對象為單元設(shè)置多套相應(yīng)的裝置，構(gòu)成現(xiàn)地控制單元，完成控制對象的數(shù)據(jù)采集和處理、電機(jī)機(jī)組等主要設(shè)備的控制和調(diào)節(jié)以及裝置的數(shù)據(jù)通信等。每孔閘門或一定數(shù)量的閘門配置一個現(xiàn)地控制單元(local controlunit，簡稱lcu)，每個lcu可構(gòu)成一個獨立的控制回路。其中某一個現(xiàn)場控制單元發(fā)生故障不會影響其他現(xiàn)場控制單元的正常工作。
2分布式系統(tǒng)在閘門監(jiān)控系統(tǒng)中的運(yùn)用
控制系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，一個較標(biāo)準(zhǔn)的plc閘群控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖，其可分為三層式結(jié)構(gòu)：現(xiàn)地控制層、集中控制層和遠(yuǎn)程監(jiān)控層。
現(xiàn)地控制層的每孔閘門配置一個現(xiàn)地plc，收集閘位、水位和各種現(xiàn)場開關(guān)量、模擬量信息并上傳至集控層plc，同時接受集控plc的命令并通過接口執(zhí)行。集控層plc主要目的是作為上位機(jī)和現(xiàn)地plc交互信息的硬件中轉(zhuǎn)站，有著速度快、功能強(qiáng)大和穩(wěn)定性高等特點。集控層上位機(jī)的人機(jī)交互系統(tǒng)一般由相應(yīng)的組態(tài)軟件構(gòu)成，在監(jiān)控閘群系統(tǒng)的同時，肩負(fù)著與遠(yuǎn)程監(jiān)控層交互信息的功能，因此遠(yuǎn)地監(jiān)控層也可通過公眾網(wǎng)絡(luò)或?qū)Ｓ镁W(wǎng)絡(luò)實時監(jiān)測閘群控制的狀況。
具體來說，該控制方案有著以下顯著優(yōu)點：
(1)現(xiàn)地plc功能強(qiáng)大：由于是工業(yè)級產(chǎn)品，現(xiàn)地層plc均為模塊化結(jié)構(gòu)，設(shè)計、安裝、維護(hù)非常方便；且功能強(qiáng)大、穩(wěn)定性高、可擴(kuò)展性強(qiáng)；設(shè)備接口種類的選擇面也很廣。
(2)集控層功能增強(qiáng)：集控層在上位機(jī)和現(xiàn)地plc之間加設(shè)了高性能的主控plc，作為硬件的信息中轉(zhuǎn)站，使得集控層工作更穩(wěn)定；同時，由于分擔(dān)了上位機(jī)的大部分工作，因此上位機(jī)可增加上傳通訊的功能，使得建立更高級的遠(yuǎn)地監(jiān)控層成為現(xiàn)實。
(3)增加了遠(yuǎn)地監(jiān)控層：在閘群控制的發(fā)展方向上，江河流域控制以及跨流域控制是其中重要的一項內(nèi)容。因此，遠(yuǎn)地監(jiān)控層的建立成為必然趨勢，而plc系統(tǒng)的強(qiáng)大功能為其建立打下了堅實的基礎(chǔ)。
3閘門監(jiān)控系統(tǒng)的主從站plc選擇
3.1閘門監(jiān)控系統(tǒng)從站plc的選擇
閘控系統(tǒng)從站plc主要用于接受主站命令和上傳現(xiàn)場信息，因此較強(qiáng)的實時通訊能力是必備的。由于現(xiàn)場的閘位信息、荷重信息和水位信息需要在本地計算和顯示，所以從站plc不能只具備輸入/輸出功能，還必須具有一定的計算能力，即現(xiàn)場智能設(shè)備必須具備cpu單元。另外，由于閘控現(xiàn)場需要一些必要的開關(guān)量輸入/輸出的信號交互，因此如果從站plc能集成一定數(shù)量的dl/do點。
3.2閘控系統(tǒng)的主站plc選擇
閘控系統(tǒng)的主站在整個控制系統(tǒng)中起到了承上啟下的關(guān)鍵中樞作用。對于下級的現(xiàn)地層設(shè)備來說，它負(fù)責(zé)實時收集全部閘門現(xiàn)場設(shè)備的狀態(tài)信息，并下達(dá)相應(yīng)的操作命令；對于上級的上位機(jī)操作系統(tǒng)來說，它負(fù)責(zé)處理各種現(xiàn)場上傳的狀態(tài)信息并將相應(yīng)的信息上傳給上位機(jī)用于顯示和判斷，同時也接受上位機(jī)下達(dá)的命令。因此，在主站plc選擇上，選擇s7-400 系列plc。
4閘門控系統(tǒng)的通訊方式
閘控系統(tǒng)在現(xiàn)場控制層面，采用了porfibus一dp工業(yè)現(xiàn)場總線作為集控層與現(xiàn)地層之間的通訊方式。從站plc通過profibus一dp總線與集中控制層的主站plc采用主——從方式連網(wǎng)通訊，現(xiàn)場各種外圍設(shè)備的狀態(tài)信息均通過從站上傳到主站中，同時主站也通過分布在相應(yīng)閘門旁的從站向現(xiàn)場控制和保護(hù)設(shè)備發(fā)送命令。在集中控制層面，采用的工業(yè)以太網(wǎng)的通訊方式。主站plc通過以太網(wǎng)口直接與上位機(jī)連接，采用以太網(wǎng)通訊的方式與上位機(jī)交互信息。上位機(jī)采用wincc軟件對現(xiàn)地控制層和集中控制層進(jìn)行組態(tài)和建立人機(jī)交互界面。
profibus-dp經(jīng)過優(yōu)化的高速、廉價的通信連接，專為自動控制系統(tǒng)和設(shè)備己分散的i/0之間通信設(shè)計，使用profibus-dp模塊可取代價格昂貴的24v或0～20ma并行信號線。profibus-dp用于分布式控制系統(tǒng)的高速數(shù)據(jù)傳.輸。
profibus-dp的基本功能有：dp主站和dp從站間的循環(huán)用戶數(shù)據(jù)傳送；各dp從站的動態(tài)激活和解除激活；檢查dp從站的組態(tài)；強(qiáng)大的診斷功能，三級診斷信息(本站診斷、模塊診斷、通道診斷)；輸入或輸出的同步；通過總線給dp從站分配地址：保證每個dp從站最大為246字節(jié)的輸入和輸出數(shù)據(jù)：通過總線給dp主站進(jìn)行配置。
與傳統(tǒng)的控制方法相比，profibus 閘門監(jiān)控系統(tǒng)有以下突出優(yōu)點：①用一條電纜實現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備和現(xiàn)場控制了系統(tǒng)的轉(zhuǎn)連以及現(xiàn)場控制了系統(tǒng)和集中控制級系統(tǒng)及中央控制級系統(tǒng)的轉(zhuǎn)連，使用數(shù)字化通信代替了4～20 ma或24v dc信號，增強(qiáng)了現(xiàn)場級信息集成量；②系統(tǒng)的開放性、可操作性、轉(zhuǎn)換性大大增強(qiáng)，不同廠家的產(chǎn)品和專長技術(shù)只要使用同一總線標(biāo)準(zhǔn)，即可進(jìn)行系統(tǒng)集成；③系統(tǒng)的可靠性、可維護(hù)性好，采用profibus連接方式替代一對一的i/ o連接，減少了由接線點造成的不可靠因素，同時系統(tǒng)具有現(xiàn)場級設(shè)備的在線故障診斷、報警、記錄功能，可完成現(xiàn)場設(shè)備的遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)定、修改等參數(shù)化工作，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可維修性；④降低了系統(tǒng)及工程造價
對于大范圍、大規(guī)模i/ o的分布式系統(tǒng)，profibus節(jié)省了大量的線纜，i/o模塊及電纜敷設(shè)工程費用，從而減少了工程成本.綜上所述，profibus現(xiàn)場總線技術(shù)對于閘門監(jiān)控系統(tǒng)提供了可行的解決方案，代表著控制技術(shù)數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展方向，具有廣闊的應(yīng)用前景。
5總結(jié)
本論文主要淺要討論基于plc的閘門控制系統(tǒng)，水電站閘門的傳統(tǒng)繼電器控制和卷揚(yáng)啟閉機(jī)正反轉(zhuǎn)控制閘門升降的模式，采用plc和液壓控制的模式對閘門進(jìn)行控制。
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