PLC和触摸屏在龙岗河橡胶坝控制系统中的应用

摘要：介绍了PLC和触摸屏在橡胶坝控制系统中的应用。分析了橡胶坝控制系统的组成结构、工作过程和PLC梯形图控制流程及触摸屏人机界面。该系统性能可靠、操作方便、自动化程度高、实现无人值守，人机界面直观，有较高应用价值。

关键词：PLC；触摸屏；书脊式橡胶坝；景观；无人值守

1引言

橡胶坝是20世纪50年代末随着高分子合成材料工业的发展而出现的一种新型水工建筑物，具有造价低、节约材料、施工周期短、管理灵活、控制方便、运行稳定等优点。龙岗河一期综合治理工程采用书背式带脊橡胶坝，书背式带脊坝袋形成规则挑流，扬起水花形成较好景观效果。传统橡胶坝在过流时水流整体从橡胶坝坝面流过，在过流时水流带动气体也会引起坝袋震动，对坝袋造成损伤，书背式带脊坝袋背脊处设置挑水坎对水流的挑起，不光解决了震动问题，而且在景观上效果更富动态变化。为了减轻工作人员的负担，提高橡胶坝自动化运行程度，增强系统抗干扰性，实现橡胶坝无人值守，本文介绍采用西门子S7-200和HITECH触摸屏自动控制系统在龙岗河一期综合治理工程中的设计应用。

2 橡胶坝运行概述

该橡胶坝的坝体由空气充胀橡胶坝袋而构成，跨于河道两岸。坝袋的最大高度2m，坝长47m，由一台7.5kW电动机拖动9.17m3/min的罗茨风机进行充气起坝，充、排气管内径0.2m。阀、泵、管路与坝体情况如图1所示。

橡胶坝运行中的常用术语。①机充：开启截止阀门、进气阀和罗茨风机，关闭排气阀、泄压阀向坝袋内充气。②自排：开启排气阀、关闭泄压阀和进气阀，利用坝袋自身的压力将气排出。③溢流：上游水位高于坝袋高度，水从坝袋顶部流过。根据河道水流及橡胶坝自身特点，规定如下橡胶坝运行原则：①正常情况下坝袋和上游水位都维持在一定的高度；②上游水位持续升高至设定塌坝水位时，应当自排；③自排之后，上游水位下降或者泄洪完毕后到正常起坝水位，则自动充坝至正常运行高度。④由于水流冲击或气温波动造成坝内压力波动超幅，坝内气压通过泄气阀或风机自动平衡。

橡膠坝的充气过程采用变频器PID控制，变频器频率根据坝内压力与设定压力差值随动，橡胶坝坝内压力变动较小，降低坝袋充气震动，延长坝袋使用寿命。

3 监控系统设计思想

系统设置了3套相对独立的控制模式：PLC自动控制、远程控制及手动电气控制或者机械控制。①若控制决策由PLC根据用户通过触摸屏控制界面预设参数自动作出，则采用PLC自动控制。PLC超级用户认证后可根据实际需求进行PLC参数修改。②若控制决策仍由PLC程序自动作出，远程监控界面设定PLC控制参数，则该系统为PLC远程自动控制；若控制决策由用户通过远程监控界面直接作出，PLC程序仅起处理而非控制作用，则该系统为远程手动控制。触摸屏控制界面仅起显示作用测量作用。③若控制决策由用户在现场通过按钮直接手动操作控制阀和罗茨风机作出，PLC退出控制，触摸屏界面亦仅起到显示测量值的作用，则该系统为现场手动或者机械控制。

4 PLC在监控系统中的应用

4.1 PLC系统的硬件组成

选用S7-200型可编程逻辑控制器作为本控制系统的核心，通过控制变频器PID调节风机电机风机实现坝内平滑保压，提高功率因数提高用电效率。

整个系统所需要的测量参数包括水位、坝袋内压、阀门状态和液位、气压报警报警。产生的操作有阀门控制，风机控制，自动/远程 /现地转换换。电气柜由一系列的操作按钮、接触器和电源设备等组成。PLC控制系统如图2所示。

4 .2 PLC控制程序设计

橡胶坝自动运行中，主要的给定值为坝内气压保压值、超压报警值、低压报警值、过充回落修正值、塌坝水位、起坝水位。这些参数在编程中起到决定是否需要充、排气的参考作用，因此用户在界面设置时应根据实际情况慎重选择。

PLC控制程序主要包括 3大模块：实时检测模块、决策与控制模块、报警处理模块。程序开始时，对相应的模拟量和数字量进行测量，然后跟设定值比较，作出橡胶坝控制决策，进行阀与罗茨风机的操作。操作后，立即对阀的状态进行检测，并进行相应的处理，一旦发现与控制流程不一致或者设备误动作，则通过蜂鸣器发出报警信息。主控制的流程图如图 3所示。正常情况下，系统一直处于PLC自动控制，触摸屏界面实时显示相应的模拟量、阀状态。PLC自动控制子程序的流程如图 4所示。

当出现紧急情况如需要泄洪或PLC故障时，进行现地控制，控制命令由用户通过控制屏按钮操作发出，接触器直接执行相应的控制。若控制柜或电力出现故障，则直接打开旁通管手动阀门，从旁通管直接排气确保橡胶坝工程设备安全。

5 结束语

该系统的运行情况表明，采用可编程逻辑控制器、触摸屏、变频器后，系统结构简洁明了、无工作噪音、接线简单、修改控制策略容易。所以该系统故障率低，性能稳定可靠，易于维护，能源利用率高，节省人力，从而实现橡胶坝无人值守自动控制，降低了运行成本。

参考文献：

[1]橡胶坝技术规范 .中华人民共和国行业标准 .SL227 -98水利部农村水利司。

[2]毛雪珍，颜文俊。PLC在水电站橡胶坝监控系统中的应用[J]。自动化仪表，2005，26（5）：56.47.

[3]马红旗.触摸屏在PLC中的应用[J].机电一体化，2003，

作者简介：

姬高升（1980-），男，工程师，深圳市深水水务咨询公司监理三部，主要从事机电设备监理工作。