浅谈PLC在彭家道口分洪闸监控系统改造工程中的应用

郑思成

（彭道口水利枢纽管理局 郯城 276111）

1 问题的提出

彭家道口分洪闸位于分沂入沭水道入口处，主要功能是分泄沂河洪水入沭河，通过大官庄水利枢纽东调就近入海，以减轻沂河下游洪水压力。工程建于1974年5月，于2000年12月～2002年7月加固改造，工程按50年一遇洪水设计、100年一遇洪水校核，为大（2）型工程。

监控系统为2002年彭家道口分洪闸加固改造时所建，经过6年来的运行，系统老化，故障频发。存在的问题主要有：系统不稳定，传输速度慢，部分传感器失灵,急需维修更换传感器以及通讯主板；部分启闭机显示运行错误，自动跳出程序，操作运行时，系统反应速度慢。因此应用PLC实施彭家道口分洪闸监控系统改造工程极为必要。

2 PLC简介

国际电工委员会（IEC）对可编程序控制器（Programmable Logic Controller，PLC）的定义是：PLC 是一种数字运算操作电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。

PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来是无法取代的。

3 在彭家道口闸自动控制系统中的应用

3.1 概述

遵循“技术先进、安全可靠、经济实用”的原则，按新的计算机监控系统指导思想进行总体设计和系统配置，把原来落后的仪表控制改为PLC，采用西门子S7系列PLC，以提高系统的可靠性。

a.主控级与LCU采用国际先进的Profibus-DP工业总线。

b.组态软件采用成熟的西门子Wincc 6.0，人机接口功能强，人机界面友好、操作方便。应用软件采用西门子Step7 V5.3编程软件，保证软硬件之间的无缝集成和高可靠运行。

3.2 工程设计布局和系统设备配置设计

3.2.1 设计功能特点

该系统采用全开放、分层、全分布式结构，由位于桥头堡的主控级、中控室（防汛调度中心）的主控级和位于启闭机现场的现地控制单元三部分组成。

3.2.2 系统设备配置设计

主控级设备主要由主控级操作员工作站、现地控制S7—200 PLC控制器、现地按键触摸液晶TD400屏、中控室S7—300PLC等构成。

3.2.3 现地控制单元LCU设计

LCU包括PLC和动力控制。

a.PLC控制柜共20套，配有TD400触摸屏作为现地的人机接口界面等。

b.闸门传感器共19套，闸门开度传感器直接进入PLC输入模块，经S7—200 CPU采集、运算、处理后，由TD400直接显示闸门实际开度。

3.3 系统设计功能

3.3.1 设计概述

主控级完成对各闸门的安全监视和控制以及系统运行管理、运行报表生成与打印、对外通信管理等。现地控制单元主要完成对闸门的数据测量、闸门控制、操作显示及通信等。

3.3.2 设计功能

设计功能分为以下几个过程：

a.19孔闸门开度的远方及现地控制和监视。

b.19孔闸门卷扬运行状态和电量、上下游水位等参数的远方及现地控制、保护和监测。

c.主控级之间及主控级与现地控制单元（LCU）之间的通信（Profibus-DP）等。

3.3.3 运行控制方式设计

a.远方控制过程。中控室主控级对接入该系统的各个闸门及其启闭机进行监控，操作过程有事先提示，闸门位置有实时反映，运行故障能及时报警。

b.现地控制过程。闸门检修期及主控级发生故障等情况下，在LCU控制柜对闸门进行控制，并将控制信号输入PLC传送到操作员工作站以便监视。

c.现地控制单元在PLC发生故障时，启动手动按钮控制系统。现地控制与远方控制相互闭锁，并在现地进行切换，即现地优先。现地控制时，能将控制信号、运行状态信号在现地显示，并送到中控室操作员工作站。远方控制时主控级优先，并在主控级切换。

3.3.4 主控级设计

a.调试实时数据采集与处理。

ⓐ模拟量（启闭机电流、电压及水位等）调试。数据采集方式为定时扫描，处理包括回路断线检测、数字滤波、误差补偿、数据有效性合理性判别、标度换算、越复限判别及报警，最后经格式化处理存入实时数据库；

ⓑ开关量（状态量）调试。开关量包括中断（事件顺序记录，SOE）开关量和非中断开关量。中断开关量指事故信号、断路器分合及重要继电保护的动作信号，系统以中断方式响应并进行优先顺序记录。非中断开关量指中断开关量以外的开关量，包括各类故障信号、设备运行状态、工作方式转换开关位置信号等，系统以定时扫描方式采集。对其处理包括光电隔离、滤波、基准时间补偿、数据有效性合理性判别、启动事件顺序记录、发出事故报警、自动推出画面、自动停机等，最后经格式化处理，存入实时数据库。

b.实时控制设计。操作人员通过操作键盘和鼠标，对闸门进行升、降或中间停机的远方控制；采用现地手动操作、现地自动操作和远方操作三种控制方式，互为闭锁，在现地进行切换操作，且现地优先。

c.安全监视及事件报警设计。

ⓐ运行实时监视。操作人员对系统内各主设备运行状态和运行参数，例如闸门升降过程等进行实时监视；

ⓑ控制及越复限报警记录。监控系统对某些参数以及计算数据进行范围监视，对这些参数量值可预先设定其限制范围，当它们越限及复限时做相应处理；

ⓒ事故顺序记录。当设备工作异常或系统硬件、软件发生故障时，系统将立即以中断方式响应予以记录；自动显示报警语句；启动音响报警；自动推出相关画面；作事故原因分析并提示处理方法。系统将发生的事故及设备的动作情况按其发生的先后顺序记录下来，以便查询与分析。

4 结语

彭家道口分洪闸监控系统改造工程于2008年4月通过竣工验收，2年多时间的运行表明：PLC的成功应用对确保彭家道口分洪闸工程安全、可靠、灵活运用，尤其是2009年7月21日的成功分洪，起到了很大的作用。