PLC技术在水利闸门自动化控制中的应用

2021-12-13王宁渝池浩

电子元器件与信息技术 2021年8期

王宁渝，池浩

（江苏南水科技有限公司，江苏南京 210012）

0 引言

PLC技术被广泛的应用于各行业中，水利事业在发展过过程中，也在不断地提升自身的设备质量，并在不断地创新设备技术，在水利工程事业中，水电站、水库等包括泵站等设备系统中，核心技术为PLC技术，一项水利事业的核心组成部分为水里闸门控制，该部分的控制系统同样也应用的是PLC技术。PLC技术是一项综合的控制设备，主要的依据是互联网技术、自动控制技术等，除此之外，理论基石也包含计算机技术以及通信技术。PLC技术的优势是逻辑被存于储存卡中，想要进行逻辑顺序的更改，只需在更改程序方式，安全性高、运行速度快，设备体积小，占用的空间小，而且设备的抗干扰能力也较强，能够广泛的应用于工业环境中。

随着水利工程事业的发展，闸门自动化技术被广泛应用于近水利工程中，由闸位计、上下游水位计、PLC控制单元、信号传输及中心站控制组成，可根据用户的要求进行闸门的单控和群控。信号传输采用光缆或其它避雷性能良好的传输方式，控制范围达数公里；还具有现场图像监视功能。

1 基于PLC技术的水利闸门自动化控制系统构建

1.1 项目背景

船行灌区水管理信息化系统主要由通信网络系统、基础数据采集及泵闸监控系统、大田农作物灌排智能化调度系统、信息化调度中心建设、灌区信息化管理系统平台等5个子系统组成。水利闸门自动化的最终目的是实现对水利数据信息的实时监控，实现计算终端的自动化控制，减少人工成本的投入，树立闸门自动化控制系统通过在线监测闸门的状态，降图像信息实时传输，通过电脑终端，实时监控水利信息，同步实现水利闸门的远程启闭控制[1-2]。下面以宿城区船行灌区续建配套与节水改造项目2019年度工程信息化泵闸监控系统为例，分析PLC技术在水利闸门中的应用。

1.2 系统结构

泵闸监控系统采用分层分布式监控网络结构，根据闸站的分布、通信网络、以及管理模式，可分为远程控制级、现地集中控制级和手动控制级三层控制级。

控制权限是根据距离设备的远近进行划分的，在控制系统中，越是靠近设备的位置，所需要的控制权限越高，依此可分为手动级、现地级、远程控制级。在设备现场进行手动控制，是控制系统的最低一层的控制，同时也是所有控制层级的基础。三级控制原理如图1所示。

图1 泵闸监控系统结构示意图

本系统的远程控制级共有2处，分别为船行管理处中心站远程集中控制级（配置有2台监控主机）、二支渠管理所分中心远程控制级（配置有1台监控主机）。

现地集中控制级为安放在泵闸站现场的现地控制单元（LCU）。

手动控制级为现场泵站或闸站设备的手动控制柜。

1.3 PLC系统配置

船行灌区闸门监控系统参数较少，因此选用施耐德Modicon M340系列PLC，PLC程序可在编程器上或PC机上进行编写，编程方式有指令码编程和梯形图编程。此项目选用了在PC机上用梯形图进行编程的方式，配置PLC硬件时，选取相应的机架、CPU、电源模块、输入模块、输出模块等。完成PLC的硬件配置后，各机架和模块都有了自己的位置编号，机架从左到右分别为0、1、2、…5.编号的目的是为了辨别各模块的地址，以方便编程时对相应的点好和编码，从而便于识别。

系统软件配置的主要作用是对开关量输入、开关量输出、计数器、RS485数据等进行必要的设定，以满足编程的要求。

进行梯形图编程时，把%I0.1.14作为一个开关量输入点，其中%I0代表开关量的输入，1代表#1槽位，14代表输入模块硬件的具体输入点。TON为延迟接通指令，IN代表启动延迟，PT代表预设延迟时间，Q代表输出。DIUP1代表1#闸门的上升信号。该程序要表达的意思是当%I0.1.14有信号过来时，进过延迟指令0.5s后，把值赋值给PLC内部寄存器中[3]。

2 PLC技术在水利闸门监控系统中的应用

2.1 电机

闸门监控系统可控制平板闸、弧形闸、人形闸，并通过电机拉动闸门掉绳或螺杆作正反向运动实现闸门的上升、下降的。控制闸门的电机主要是三相交流电机，通过改变电源的相序即可改变电机的旋转方向。如图1所示。

2.2 一次回路

在一次回路中，通过正、反转交流接触器1QC、2QC来改变电机的旋转方向，如1QC接三相电源次序为ABC三相，2QC接三相电源次序为CBA。

2.3 二次回路

闸门控制二次回路如图2所示，热继电器的辅助触点RJ1-95，96主要用于电机的过载保护，1TZAN-1，2为电机的手动停止按钮，电机的自动停止靠继电器3JDQ（1，9）来实现。

图2 水利闸门控制二次回路

闸门上升控制方式分为手动和自动，通过一个转换开关进行选择。当转换开关打到手动时，由上升按钮1SSAN-3，4控制电机，使闸门上升；当转换开关打到自动时，由继电器1JDQ（5，9）控制电机，使闸门上升；在闸门的二次回路中设有互锁开关2QC-21，22，用于防止闸门在上升时按下降按钮造成相间短路；二次回路中还设有限位开关上限继电器17JDQ（1，9），当闸门开到最大时，限位开关上限继电器断开，闸门会自动停止。

闸门下降时，控制原理和上升原理相同，运行方向相反。

3 基于PLC技术的水利闸门自动化控制系统调试

3.1 雷达水位计安装调试

（1）将水位计信号传输电缆一端接水位传感器信号输出的圆形插座；另一端接数据采集终端的信号输入插座。注意插接应牢靠。

（2）数据采集终端接收到水位传感器输出的编码，经处理后，在显示屏上显示。查看水位计现场读数与RTU显示的数值应一致。如两者不一致，检查信号传输电缆的两端是否焊接良好。

3.2 磁浮子水位计安装调试

设置时需通电，并配合高精度万用表或者连接到系统上进行调试。

传感器外壳顶端上有两个调节凹位（功能设置S和确认设置E），如图1所示。产品在调节时须使用本公司配备的专用磁性调试螺丝刀进行调节，通过两个调节凹位的设置组合，可以实现多种功能[4-5]。接线端子的产品在调试完毕后，拧紧端盖即可。磁性调试螺丝刀（端部）为带有磁性的调节杆，用于传感器调试设置，调试时只需要把螺丝刀的磁粒轻触凹位即可。

（1）把万用表打到电压档，测量采集模块的供电输出是否约为12V～24V。

（2）检查输出电流信号，把电流输出线从采集模块分离，把万用表打到电流档，测量传感器的电流输出，随着浮球的移动，电流应该是4～20mA的变化。

（3）检查传感器的工作电流，用单独24V电源给传感器供电，再用电流表测量电源线的电流，电流值应该约为40～80mA(电压输出的传感器为50mA)。

（4）把传感器从设备直接拆卸下来（排除现场线路问题），直接接到采集模块上去，按照第(2)点的方式去检测，或者是检查现场线路是否存在问题，确保现场线路正常的情况下进行检测。