施耐德PLC在九曲河枢纽船闸自动化控制中的应用

钱 炜

(九曲河水利枢纽管理处，江苏 丹阳 212300)

1 工程概况

九曲河枢纽工程由净宽2×12 m的节制闸、双向引排流量4×20 m3/s的抽水站和190×12(16)×2.5 m的船闸三座主要水工建筑物及引河、桥梁、管理房等相应的配套工程组成。泵站、节制闸、船闸三座建筑物分别设置独立的微机监控系统和多媒体网络管理系统。三个系统既能相互独立运行，又能相互通信，交换信息联合运行。在枢纽管理处设置微机监控中心和多媒体网络管理中心，对三个系统进行管理、调度、监测，并且具有同上级联网功能。

2 系统结构

以九曲河枢纽船闸为例，船闸上下游各配置1套Scheider的Premium系列PLC，每套PLC系统由一个CPU和I/O模块组成。通过控制液压启闭机来实现对上、下闸首闸门的控制。在下游机房和上游机房控制室各有一台Sixnet的光纤工业以太网交换机，每台工业以太网交换机共有6个电口，通过多模光纤连接：

第一，上游控制室上位机。第二，上游闸门PLC(CPU集成以太网模块)。第三，上游闸门控制柜触摸屏。第四，下游闸门PLC(CPU集成以太网模块)。第五，下游闸门控制柜触摸屏。第六，其余备用。

九曲河枢纽船闸两台工业环网交换机通过冗余光纤与九曲河枢纽船闸监控系统中第三台工业环网交换机组成环型结构网络，网络与外界物理隔离，确保了船闸控制系统安全。通过环型网络实现船闸控制中心集中控制上位机和上、下游机房及现地PLC之间TCP/IP协议的网络通信。由于光纤环网具有线路冗余功能，属于完全工业级的网络产品，电源冗余和环网切换时间≤500 ms等优点，极大地提高了控制系统中网络数据传输的可靠性，同时也保证了数据传输的实时性。

3 具体配置过程

九曲河枢纽船闸的控制系统选用PLC与上位机相结合方式，实现闸门的开启、关闭(即PLC控制油泵的启停)及电磁阀的开启和关闭。

具体配置步骤如下：

设置IP.具体设置情况如下：

上游PLC 192.168.0.12；

上游触摸屏 192.168.0.65

下游PLC 192.168.0.13

下游触摸屏 192.168.0.66

触摸屏的IP设置方法为：在中文面板上选择网络菜单，在出现的参数设置中，IP card中填写IP地址，如192.168.0.65，IP Mask中填写子网掩码，如255.255.255.0。

在PLC硬件组态以太网模块设置中，IP配置栏里设置该PLC的IP地址及子网掩码；

模块实用程序中IO扫描设置为“是”启动IO扫描；IO扫描栏里设置：需要通信的PLC的IP地址，读写数据区起始地址及长度，如表1所示：

图1 通讯配置表Fig.1 Communication configuration

此时，两套PLC在运行过程间通过程序编写可由划定的读写数据区进行数据交流，实现PLC之间通信。

PLC现场监控单元主要功能有：和上位机进行数据交换通信，能准确接收上位机下达的开机、停机、工控调节等指令；同时具有对设备运行参数及设备状态的检测、巡视功能；可以根据上位机发出的控制指令，对设备进行主、辅机开停机、调节闸门开度等操作；并向上位机发送实时操作信息，以便于操作人员分析设备运行状况；同时具有现场、远程操作运行方式的选择切换。在现场运行方式下通过现场操作键盘，可人工输入指令，在现场独立对机组设备进行开、停等操作。现场控制单元是站内控制机组运行的最高一级自动控制单元，即使在上级出现故障时，也能保证机组的正常运行和程序控制的各种操作。因此，考虑到机组高可靠性的要求，系统选用了PLC集成现场控制单元。

图2 船闸上位机操作界面Fig.2 Upper computer operation interface of ship lock

通过对PLC进行编程，可以实现船闸的上下行流程，油泵处于停止状态，4扇人字门处于全关状态，4扇充水门处于全关状态，所有通航信号灯处于红灯状态。

4 结语

施耐德PLC控制闸门，调试简单，运行安全可靠，维修方便，节约能耗，大幅度减轻对启闭机的冲击，从而延长其使用寿命，大幅度提高了经济效益。采用以太网通信的方式，避免了传统模拟量因干扰问题带来的不精确，甚至干扰严重时带来的操作失败。在上位机画面中显示启闭机在控制方式运行下的电流、电压、运行时间、故障报警等各种信息，有效地帮助船闸操作人员判断启闭机的工作状态。本研究者所参加的船闸技术改造项目采用这一设计，自2006年通航运行至今，稳定可靠，经济效益显著。

PLC在水利枢纽工程中得到广泛的应用，主要是因为PLC具有一种具有实时控制、调度、管理等功能与一体的多功能控制系统，它的可扩展性、可靠性、安全性，为九曲河枢纽船闸控制运行提供技术保障，大大提高了船闸运行及管理的现代化水平，充分发挥了船闸运行的经济效益及社会效益。