PLC可編程控制在引嫩擴建閘控自動化中的應用

葛 新，王越宇

( 黑龍江省引嫩工程管理處，黑龍江 大慶163316)

1 工程概況

北部引嫩擴建工程屬于尼爾基水利樞紐配套項目。工程主要包括: 引嫩渠首樞紐工程( 由土壩、進水閘、泄洪閘、溢流壩、固灘等組成) 、北部引嫩干渠、友誼干渠、大慶干渠、紅旗干渠、東湖干渠以及東城水庫、紅湖水庫，干渠各類進水閘、分水閘、泄水閘、節制閘、抽水站等建筑物。

因PLC 可編程序控制技術具有通用性強，使用方便，可靠性強，抗干擾能力強，編程簡單和操作維護方便等特點，其廣泛應用于水庫，渠道閘門的自動化技術改造上，可提高閘門運行的可靠性和自動化程度。結合北引擴建自動化工程的建設，談一下PLC 控制技術在引嫩擴建自動化建設上的應用以及其重要性。

2 閘門監控系統的概況

引嫩擴建自動化工程包括了自動測量技術，自動控制技術，計算機網絡技術，圖像監控技術，由相關的專用的軟件和通訊網絡組成，它的目的就是當嫩江汛期時能達到“無人值守，有人看護”的要求。要達到這種目的，就要求系統具有更高的安全性和可靠性，才能真正地實現全自動的運行，實現在205處閘門的任何一處發生故障時，要能立即停止閘門的運行，幫助運行人員采取緊急措施，確保閘門的運行安全［1］。系統以PLC 可編程的控制信號，采用原有的常規手動操作啟閉機的功能，同時增設遠程控制電器回路，接受PLC 可編程控制器的控制信號，系統最高層為計算機監控系統，它包括監控計算機、硬盤錄像機、工控機、服務器、集線器、以太局域網實現對現地閘門的監控以及操作。系統通過以太網交換機使各計算機相互聯系，控制由PLC 控制柜完成。PLC 控制柜內除安裝液晶觸摸屏、可編程控制器( PLC) 及電源裝置外，屏內還裝有一套防雷裝置( 電源防雷、室外信號線防雷、室外儀表引入防雷等) 和出口繼電器以及完成現地監控所必需的開關、按鈕、儀表、指示燈等部件和屏體附件等。系統實時采集閘門的位置、工作狀態、啟閉機機械和電氣保護狀態、電源狀態以及有關操作狀態［2］。由于水閘的自動化控制中心在距離渠首和泄洪閘距離較遠的中心調度室監控，所以控制中心須配置2 臺互為熱備的監控主機，以及2 臺閘控專用交換機。監控主機安裝有B/S 架構的工控組態軟件，采用OPC 技術，以毫秒級速度獲取現地控制單元PLC 各種數據。并進行各種運算和事件響應，自動或通過操作員介入向現地控制單元發出各種監控指令。并且監控工作站提供監控對象的模擬動態顯示，實現親臨現場的操控感。現地控制裝置PLC 與觸摸屏通過RS—485 總線相連，LCU 通過通信接口及網絡將有關操作信息傳送至上位機。本工程上位機軟件采用WebAccess，安裝于中央控制室內的操作員站，通過該軟件可以給泄洪閘的PLC 及進水閘的開度荷重儀發送控制命令，實現閘門的升降控制，也可以采集泄洪閘、進水閘諸如閘門開度、荷重等模擬量數據，以實現對閘門的監視，在此不得不提到的一點是該上位機軟件強大的WEB 發布功能，通過組建合適的網絡，能在遠方實現遠程調度，當然，遠程調度需要強大的安全機制，WebAccess 可以靈活設置各種操作的權限級別，可以滿足對整個工程進行合理管理的需要［3］。將采集數據傳輸給監控計算機，輸出模塊控制閘門的動作，這種結構的系統更可靠，在監控中心操作出現故障時，也不影響現地操作。

3 閘門自動化系統監控的設計目標

1) 實現北引工程中205 孔閘門的遠程控制和現地控制相結合。

2) 完成實時數據采集、整編、定時打印報表和運行參數的反饋。

3) 具有閘門防卡死、超差、啟閉機等保護控制和報警功能。在報警條件下( 多媒體音箱應根據告警級別( 故障/事故) 向運行人員至少發出兩種不同的報警音響。要求用中國普通話，具有完整的調音和測試功能過負荷) 。

4) 系統故障自我診斷功能。

5) 測量精度: ±0.5 cm或0.2%。

4 控制模式

4.1 現場手動模式

現場手動模式為控制模式的最高級，任何情況下，當現場PLC 柜選擇現場手動操作時，遠程操作對閘門的操作無效，此閘門只響應現場箱上操作按鈕的動作。

現地測控系統要求具有以下3個功能:

1) 完成對涵閘數據信息的采集和處理，數據信息的顯示則由PLC 相連的觸摸屏來完成。這些信息包括水位，閘位，電壓，電流。

2) 通過觸摸屏和PLC 控制系統實現閘門升降過程的自動化控制。

3) 具有過壓，過流，過載，上下限位能保護功能。

4.2 遠程電腦定位模式

現場控制模式選擇遠程控制模式，在監控計算機上選擇定位操作，用鼠標單擊閘門上、下，停操作，在選擇定位模式時，通過鍵盤輸入閘門開度，鼠標單擊定位操作，閘門自動運行至指定開度停止。

5 網絡層次

在北引渠首中心站組建交換式快速以太網局域網，即采用100BASE—FX 和100BASE—TX 標準組網。

5.1 網絡體系結構

計算機網絡體系結構是指通訊系統的整體設計，為網絡、軟件、協議、存取控制和拓撲提供標準。

根據國際標準化組織( ISO) 提供的開放系統網絡體系結構的參考模型，分析組網的具體情況，協議選擇如下:

1) 高層協議:采用IPX/SPX，TCP/IP 協議

2) 低層協議:采用Ethernet 802.3u、DDN、X.25、PPP 協議。

5.2 網絡拓撲結構

拓撲結構反映了網絡設備之間的連接形式。在網絡規劃中，采用星形總線網絡拓撲結構。

網絡體系結構采用客戶/服務器方式，采用分布式處理客戶端請求的事務。

5.3 網絡安全

北引渠首監控系統根據《電力二次系統安全防護規定》，按照安全分區、網絡專用、橫向隔離、縱向認證的原則，閘門自動控制系統為安全區I、大壩安全自動監測系統及工業電視監視系統為安全區II、廠站級為安全區III。安全區I、II 之間、安全區III 與中心站之間、安全區III 與外部公共因特網之間均設置防火墻實現邏輯隔離，安全區II、III 之間設置專用安全隔離裝置實現單向安全隔離。

6 PLC 在閘門控制的應用和抗電磁干擾的方式

6.1 PLC 控制系統中電磁干擾的主要來源

具體包括:①來自空間的輻射干擾; ②來自系統外引線的干擾;③來自電源的干擾; ④來自信號線引入的干擾; ⑤來自接地系統混亂時的干擾; ⑥來自PLC 系統內部的干擾。

6.2 解決PLC 系統干擾的方法

方法主要有以下2個:

1) 選用隔離性能較好的設備、選用優良的電源，動力線和信號線走線要更加合理等等，也能解決干擾，但是比較煩瑣、不易操作而且成本較高。

2) 利用信號隔離器這種產品解決干擾問題。只要在有干擾的地方，輸入端和輸出端中間加上這種產品，就可有效解決干擾問題。

PLC 閘門控制系統也被充分的運用到了北引渠首和五公里壓力涵的閘門建設中，具體情況為:

在渠首閘上和五公里壓力涵分別安裝兩個和一個PLC 控制柜，控制渠首3 孔閘門，壓力涵的2 孔閘門的開啟和關閉，系統采用總線分布式的控制方式，分為現場控制和集中控制兩級。詳細見圖1。

現地控制級是由每個閘門都安裝的閘門控制單元組成，共3 臺。實現在現場對閘門的手動控制，對水位、閘門開度、閘門運行狀態和錯誤信息的現場采集與監控時，把閘門控制動作信息，閘門運行狀態信息，水文信息通過RS—485 總線，與通信接口傳輸給渠首中心站，監控主機通過監控軟件接收并顯示閘門開度、狀態等信息，對錯誤信息進行報警，并且可以發出指令，控制閘門的運行，同時生成報表。UPS電源用來在停電時為兩級控制系統供電，保證系統不間斷工作。

圖1 系統示意圖

總結:在水閘計算機監控系統中采用PLC 技術，實現水閘自動化監控，特別是故障自診程序的應用，大大的提高了系統的安全性和可靠性，最大限度的減少了工作人員的工作強度和工作危險性。為供水決策支持、實時水量調度、供水信息管理、水費收繳、供水安全與工程安全預警提供了有力保障。為全面實現供水運行管理的信息化，逐步走向數字化、智能化奠定了基礎，加快了引嫩由傳統水利向現代水利、可持續發展水利轉變的進程。

［1］潘偉暉，何建新. 淺談水庫大壩安全監測自動化系統建設［J］治淮，2007(08) :36．

［2］國家電力監管委員會．電力二次系統安全防護規定［S］．北京: 國家電力監管委員會，2005．

［3］鄧則名．電器與可編程序控制器應用技術［M］.北京:機械工業出版社，1996．