PLC在閘門液壓啟閉系統(tǒng)中的開發(fā)應(yīng)用

胡翠 王小平

摘 要：針對(duì)傳統(tǒng)閘門人工操作的實(shí)時(shí)性差、準(zhǔn)確性低等缺陷，設(shè)計(jì)了可編程邏輯控制器（PLC）在江門某水閘弧形門液壓啟閉設(shè)備中的應(yīng)用，闡述了系統(tǒng)的硬件和軟件配置，實(shí)現(xiàn)了閘門啟閉全過程的自動(dòng)控制及故障的監(jiān)測與處理，大大提高了啟閉機(jī)的自動(dòng)化水平。

關(guān)鍵詞：弧形閘門；液壓啟閉機(jī)；PLC；自動(dòng)監(jiān)測

1 概述

江門某水閘位于江門市蓬江區(qū)北街江門水道入口與西江交匯處，是一座以防洪、排澇為主，兼顧航運(yùn)、交通與灌溉的重要中型水閘。該水閘有四孔分洪孔，每孔孔口寬12m，高5.5m，由弧形鋼閘門控制，閘門尺寸為11.92m×5.6m（寬×高），采用QHLY-2×250-5.5液壓啟閉機(jī)進(jìn)行啟閉控制。每孔分洪孔的弧形閘門設(shè)有一套雙缸液壓啟閉設(shè)備，文章以其中一孔為對(duì)象，詳細(xì)闡述了如何利用PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)弧形閘門的啟閉控制，并對(duì)閘位、水位及相關(guān)故障情況實(shí)時(shí)采集監(jiān)測，從而取代人工現(xiàn)場觀測收集數(shù)據(jù)、報(bào)告運(yùn)行[1]的傳統(tǒng)方法，提高了執(zhí)行效率和整體可靠性。

2 閘門的液壓啟閉機(jī)系統(tǒng)原理

以1#泄洪孔的液壓啟閉機(jī)[2]系統(tǒng)為例，其電氣控制原理圖如圖1（圖1右邊為主要部件標(biāo)注）。

該液壓啟閉系統(tǒng)主要由油泵電動(dòng)機(jī)組、弧形閘門液壓缸、油箱等組成。液壓缸活塞的前進(jìn)、后退等動(dòng)作的控制，由電磁閥YV1、YV21、YV31、YV41和YV51共同完成。閘門提升和關(guān)閉的控制，主要是通過液壓啟閉機(jī)電氣控制裝置根據(jù)現(xiàn)地或遠(yuǎn)方啟/閉閘門命令自動(dòng)啟動(dòng)油泵電機(jī)組，開啟相應(yīng)的電磁閥使油缸伸出或縮回，而啟閉機(jī)的油缸與閘門經(jīng)吊頭連接，從而通過活塞桿在油缸中的伸縮帶動(dòng)閘門關(guān)閉或開啟。圖1中，YV1為卸荷電磁閥，YV21和YV31分別為閘門開啟和關(guān)閉電磁閥，YV41和YV51為閘門左、右糾偏電磁閥。

（1）開啟閘門，空載啟動(dòng)液壓泵電動(dòng)機(jī)組，延時(shí)10秒左右，電磁閥YV1、YV21 通電，壓力油分兩路經(jīng)23.1-23.2調(diào)速閥粗調(diào)同步后進(jìn)入左右液壓缸有桿腔，液壓缸無桿腔油液經(jīng)34.1單向閥背壓0.4MPa 流回油箱。

（2）關(guān)閉閘門，空載啟動(dòng)液壓泵電動(dòng)機(jī)組，延時(shí)10秒左右，電磁閥YV1、YV31 通電，壓力油打開29液控單向閥，液壓缸有桿腔油液經(jīng)23.9-23.10調(diào)速閥后流回液壓缸無桿腔，同時(shí)壓力油經(jīng)20.1-20.2溢流閥向液壓缸無桿腔補(bǔ)油，壓力為0.4MPa。

（3）閘門同步控制：在閘門啟閉過程中，閘門開度及行程控制裝置全程連續(xù)檢測兩只液壓缸的行程偏差，當(dāng)偏差大于等于20mm時(shí)，電磁閥YV41和YV51自動(dòng)得電，調(diào)整液壓缸有桿腔進(jìn)、出油量，使閘門同步。兩只液壓缸的行程偏差值大于等于60mm時(shí)，液壓系統(tǒng)自動(dòng)停機(jī)并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

圖1 閘門液壓啟閉機(jī)系統(tǒng)原理圖

1-4#分洪孔閘門各操作狀態(tài)對(duì)應(yīng)的閥組控制，如圖2。

3 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 PLC控制系統(tǒng)主要硬件配置[3]

文章采用美國GE VersaMax系列PLC，IC200CPUE001型中央處理器模塊，配以以太網(wǎng)接口，完成模擬量和開關(guān)量輸入輸出分配。對(duì)整個(gè)弧形閘門液壓啟閉系統(tǒng)的控制，由PLC獲取閘門狀態(tài)如閘門開度、閘門上下限位、下滑及超差等信息，并對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，采集保護(hù)信號(hào)，以便對(duì)各類故障如油壓油位、濾油器堵塞及PLC異常報(bào)警等及時(shí)有效地處理。PLC控制單元硬件配置圖如圖3。

圖3 PLC控制單元主要硬件配置

3.2 PLC的輸入輸出（I/O）系統(tǒng)

3.2.1 PLC的I/O配置[4]簡介

系統(tǒng)采用PLC開關(guān)量輸入模塊（DI）為32點(diǎn)的IC200MDL650，開關(guān)量輸出模塊（DO）為16點(diǎn)的IC200MDL940。對(duì)開關(guān)量輸入（DI），有“自動(dòng)”和“遠(yuǎn)方”的工況選擇，即當(dāng)在PLC電氣控制柜上選擇“手動(dòng)”操作時(shí)， 可手動(dòng)操作控制柜上的按鈕來控制閘門的升降停、糾偏等，當(dāng)選擇控制柜上“自動(dòng)”操作，遠(yuǎn)程監(jiān)控計(jì)算機(jī)選擇“遠(yuǎn)程”時(shí)，通過監(jiān)控軟件輸入指定閘門開度，并選擇上升或下降，閘門將自動(dòng)運(yùn)行至指定的開度值。 開關(guān)量還有“1#泵”和“2#泵”泵組選擇、1-4#閘門開、關(guān)和停止的操作等。而開關(guān)量輸出（DO），用于控制泵電機(jī)組、電磁閥和指示燈聲/光報(bào)警等。

3.2.2 PLC的輸入輸出（I/O）模塊電氣接線圖

PLC的I/O模塊電氣接線圖如下。圖4和圖5分別為PLC輸入模塊和輸出模塊的接線圖。

圖4 PLC輸入模塊電氣接線圖

圖5 PLC輸出模塊電氣接線圖

4 PLC軟件設(shè)計(jì)

4.1 PLC軟件編程的I/O地址分配

由PLC的各輸入輸出模塊，有對(duì)應(yīng)模塊的地址編碼表，以1#泄洪孔閘門為例，則PLC地址表，如表1。

表1 PLC的I/O地址編碼對(duì)照表（1#泄洪孔）

4.2 PLC軟件編程流程圖

該系統(tǒng)編程軟件[5]采用美國通用（GE）公司的Versapro，其硬件配置，以及模擬量、開關(guān)量的地址分配都在編程軟件Versapro中完成。系統(tǒng)程序采用模塊化結(jié)構(gòu)，將總的控制任務(wù)分為各個(gè)子模塊。閘門控制的模塊[6]梯型圖程序，主要包括閘門上升、閘門下降、閘門同步糾偏控制程序等，PLC程序流程圖如圖6 所示。

5 結(jié)束語

文章中PLC在江門某水閘液壓啟閉系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)應(yīng)用，通過現(xiàn)場運(yùn)行，顯示了其控制分洪孔弧形閘門操作方便、對(duì)閘門開度等狀態(tài)控制實(shí)時(shí)、精準(zhǔn)等優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)控制方式的不足，提高了水閘閘門監(jiān)測、控制與調(diào)度的的自動(dòng)化水平，具有良好的實(shí)用性。

參考文獻(xiàn)

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