基于PLC技術(shù)的水利自動化監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

周柏青，毛建生

（浙江同濟(jì)科技職業(yè)學(xué)院，浙江 杭州 311231）

基于PLC技術(shù)的水利自動化監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

周柏青，毛建生

（浙江同濟(jì)科技職業(yè)學(xué)院，浙江 杭州 311231）

摘要：針對目前水利系統(tǒng)的自動化監(jiān)控系統(tǒng)水平相對偏低，水利自動化程度不高等問題。為了實(shí)現(xiàn)水利系統(tǒng)控制、運(yùn)行和管理的可靠性和穩(wěn)定性，以及提高無人機(jī)艙的自動化水平，本文探討了基于PLC的水利系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)式監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：PLC；水利系統(tǒng)；監(jiān)控系統(tǒng)

1引言

水利自動化是水利系統(tǒng)的核心及重要的組成部分，水利系統(tǒng)管理和集中監(jiān)控的各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)在整個(gè)系統(tǒng)中占有極其重要地位。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普遍應(yīng)用，遠(yuǎn)程監(jiān)控也成為水利系統(tǒng)管理的1個(gè)重要內(nèi)容。優(yōu)秀的監(jiān)控系統(tǒng)可降低工作員的勞動強(qiáng)度，提高工作員的工作效率，提高水利系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。可編程的邏輯控制器（PLC）在惡劣的水利系統(tǒng)環(huán)境中，它的穩(wěn)定性和抗干擾性相對計(jì)算機(jī)的控制系統(tǒng)有較明顯的優(yōu)勢。

2總體構(gòu)架

水利自動監(jiān)控系統(tǒng)由水利自動控制系統(tǒng)、自動監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)及安全系統(tǒng)組成。

（1）控制系統(tǒng)

當(dāng)出現(xiàn)故障、嚴(yán)重事故時(shí)，進(jìn)行水利系統(tǒng)的自動管理，具備并車、解列、自起動等各種的控制功能。

（2）自動監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)

當(dāng)被測量越限的時(shí)侯，將設(shè)置有相應(yīng)的報(bào)警應(yīng)答裝置，并且會發(fā)出相對應(yīng)的聲光報(bào)警信號。

（3）安全系統(tǒng)

其主要任務(wù)是：在運(yùn)行的過程中，當(dāng)水利控制系統(tǒng)和監(jiān)測系統(tǒng)，發(fā)生危及水利系統(tǒng)內(nèi)部各個(gè)主要設(shè)備安全的嚴(yán)重故障時(shí)，安全系統(tǒng)能夠自動產(chǎn)生保護(hù)性動作。避免事故擴(kuò)大，危及設(shè)備和人身安全[1]。

3基于PLC技術(shù)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)結(jié)合DCS、FCS、PLC，構(gòu)造控制層、設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)層。以現(xiàn)場的總線Profibus-DP為例，PLC、I/0設(shè)備利用PLC及智能儀器來采集運(yùn)行數(shù)據(jù)，控制現(xiàn)場的設(shè)備。采用以太網(wǎng)的方式，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)和系統(tǒng)的集控室及值班輪機(jī)員艙室、輪機(jī)長室等地的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)通信。西門子Step300控制機(jī)組、每臺硬件連接、程序設(shè)計(jì)、各種智能儀器儀表、變送器、轉(zhuǎn)換器等，獨(dú)立地完成程序控制的任務(wù)。即使PLC發(fā)生了故障，也不會影響其它的控制器正常運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了過程控制級理念，即分散控制。PLC之間，由工控機(jī)上位協(xié)調(diào)來完成整個(gè)水利系統(tǒng)監(jiān)控的任務(wù)，通過以太網(wǎng)和駕駛室的操作站等聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)和上層管理級設(shè)備的聯(lián)系[2]。

3.2程序設(shè)計(jì)

（1）組態(tài)編輯

通過WinCC工控組態(tài)軟件的圖形設(shè)計(jì)，編輯用戶界面，PLC網(wǎng)絡(luò)上獲取各種監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，來顯示不同的形式界面，完成一定的功能。操作員通過這些界面知道操作級別、機(jī)組運(yùn)行參數(shù)、運(yùn)行的狀態(tài)、報(bào)警信息、產(chǎn)生故障報(bào)警信息、故障顯示方式等情況[3]。

（2）程序設(shè)計(jì)

利用圖形的設(shè)計(jì)功能Win-CC設(shè)計(jì)，創(chuàng)建一系列用戶的界面，當(dāng)程序運(yùn)行時(shí)，操作員可通過界面顯示內(nèi)容和運(yùn)行監(jiān)控過程。用戶界面由一系列圖形、按鈕、I/O框、文本框、圖形意義、結(jié)構(gòu)按鈕、I/O框、運(yùn)行的參數(shù)、文本顯示框等組成。

（3）采集和傳遞

計(jì)算機(jī)在線監(jiān)控WinCC作為過程映象，由PLC采集繞組的溫度、柴油機(jī)滑油的轉(zhuǎn)速、壓力、電流、電壓、功率、模擬量、數(shù)字量、工程化數(shù)據(jù)、標(biāo)定、數(shù)據(jù)塊、讀取數(shù)據(jù)、歸檔、圖形顯示、打印、輸出處理、顯示操作臺、故障狀態(tài)、故障判斷、故障記錄、數(shù)據(jù)功能、PLC判斷記錄、故障信息和數(shù)據(jù)、WinCC的故障記錄數(shù)據(jù)、故障信息、輸出模擬量、輸出數(shù)字等到執(zhí)行的相應(yīng)機(jī)構(gòu)[4]。

3.3可靠性設(shè)計(jì)

過于惡劣的水利系統(tǒng)現(xiàn)場環(huán)境，各種機(jī)械振動干擾和電磁干擾強(qiáng)烈，各種干擾可能使PLC接收錯(cuò)誤的信號，導(dǎo)致PLC誤動作、數(shù)據(jù)丟失、系統(tǒng)失控、可靠性減少、干擾運(yùn)行正常等。當(dāng)監(jiān)控系統(tǒng)中的開關(guān)量信號，較遠(yuǎn)傳輸距離時(shí)，選用屏蔽電纜接受高速信號、模擬量信號。選用屏蔽電纜、通信電纜信號、專用電纜、光纖電纜、高速低電平裝置、直接接地方式等，提高了可靠性設(shè)計(jì)。

4作用

水利自動化提高了水利系統(tǒng)的連續(xù)性、可靠性和生命力，提高了系統(tǒng)品質(zhì)；減輕了值班強(qiáng)度，改善了工程工作人員的工作條件；同時(shí)提高了水利系統(tǒng)運(yùn)行的技術(shù)指標(biāo)。

5結(jié)論

水利自動化監(jiān)控系統(tǒng)，具備網(wǎng)絡(luò)式的實(shí)時(shí)采集、水利系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)顯示等功能，根據(jù)參數(shù)的狀態(tài)，對綜合控制管理水利系統(tǒng)、自動解列故障設(shè)備、提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)确矫婢哂兄匾囊饬x。并大幅提高自動化水平，提高水利系統(tǒng)供電的安全性和可靠性，減輕值班強(qiáng)度，使工作條件得到改善，工作效率加倍提高。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭昌榮.FX系列PLC的鏈接通信及VB圖形監(jiān)控［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2008.

[2]李麟，沈兵.水利系統(tǒng)及其自動化［M］.武漢：海軍工程大學(xué)出版社，2012.

[4]高興斌.基于PLC的水利系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)式監(jiān)控系統(tǒng)的研究［J］.中國水運(yùn)，2011，7（8）.

[5]姜錦范.水利系統(tǒng)及自動化［M］.大連：大連海事大學(xué)出版社，2009.

中圖分類號：TP273

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1672-5387（2015）10-0021-02

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.10.008

收稿日期：2015-03-11

作者簡介：周柏青（1972-），男，講師，從事電氣自動化技術(shù)研究工作。