施耐德PLC在九曲河樞紐船閘自動化控制中的應用

錢 煒

(九曲河水利樞紐管理處，江蘇 丹陽 212300)

1 工程概況

九曲河樞紐工程由凈寬2×12 m的節(jié)制閘、雙向引排流量4×20 m3/s的抽水站和190×12(16)×2.5 m的船閘三座主要水工建筑物及引河、橋梁、管理房等相應的配套工程組成。泵站、節(jié)制閘、船閘三座建筑物分別設置獨立的微機監(jiān)控系統(tǒng)和多媒體網(wǎng)絡管理系統(tǒng)。三個系統(tǒng)既能相互獨立運行，又能相互通信，交換信息聯(lián)合運行。在樞紐管理處設置微機監(jiān)控中心和多媒體網(wǎng)絡管理中心，對三個系統(tǒng)進行管理、調(diào)度、監(jiān)測，并且具有同上級聯(lián)網(wǎng)功能。

2 系統(tǒng)結構

以九曲河樞紐船閘為例，船閘上下游各配置1套Scheider的Premium系列PLC，每套PLC系統(tǒng)由一個CPU和I/O模塊組成。通過控制液壓啟閉機來實現(xiàn)對上、下閘首閘門的控制。在下游機房和上游機房控制室各有一臺Sixnet的光纖工業(yè)以太網(wǎng)交換機，每臺工業(yè)以太網(wǎng)交換機共有6個電口，通過多模光纖連接：

第一，上游控制室上位機。第二，上游閘門PLC(CPU集成以太網(wǎng)模塊)。第三，上游閘門控制柜觸摸屏。第四，下游閘門PLC(CPU集成以太網(wǎng)模塊)。第五，下游閘門控制柜觸摸屏。第六，其余備用。

九曲河樞紐船閘兩臺工業(yè)環(huán)網(wǎng)交換機通過冗余光纖與九曲河樞紐船閘監(jiān)控系統(tǒng)中第三臺工業(yè)環(huán)網(wǎng)交換機組成環(huán)型結構網(wǎng)絡，網(wǎng)絡與外界物理隔離，確保了船閘控制系統(tǒng)安全。通過環(huán)型網(wǎng)絡實現(xiàn)船閘控制中心集中控制上位機和上、下游機房及現(xiàn)地PLC之間TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡通信。由于光纖環(huán)網(wǎng)具有線路冗余功能，屬于完全工業(yè)級的網(wǎng)絡產(chǎn)品，電源冗余和環(huán)網(wǎng)切換時間≤500 ms等優(yōu)點，極大地提高了控制系統(tǒng)中網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕瑫r也保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性。

3 具體配置過程

九曲河樞紐船閘的控制系統(tǒng)選用PLC與上位機相結合方式，實現(xiàn)閘門的開啟、關閉(即PLC控制油泵的啟停)及電磁閥的開啟和關閉。

具體配置步驟如下：

設置IP.具體設置情況如下：

上游PLC 192.168.0.12；

上游觸摸屏 192.168.0.65

下游PLC 192.168.0.13

下游觸摸屏 192.168.0.66

觸摸屏的IP設置方法為：在中文面板上選擇網(wǎng)絡菜單，在出現(xiàn)的參數(shù)設置中，IP card中填寫IP地址，如192.168.0.65，IP Mask中填寫子網(wǎng)掩碼，如255.255.255.0。

在PLC硬件組態(tài)以太網(wǎng)模塊設置中，IP配置欄里設置該PLC的IP地址及子網(wǎng)掩碼；

模塊實用程序中IO掃描設置為“是”啟動IO掃描；IO掃描欄里設置：需要通信的PLC的IP地址，讀寫數(shù)據(jù)區(qū)起始地址及長度，如表1所示：

圖1 通訊配置表Fig.1 Communication configuration

此時，兩套PLC在運行過程間通過程序編寫可由劃定的讀寫數(shù)據(jù)區(qū)進行數(shù)據(jù)交流，實現(xiàn)PLC之間通信。

PLC現(xiàn)場監(jiān)控單元主要功能有：和上位機進行數(shù)據(jù)交換通信，能準確接收上位機下達的開機、停機、工控調(diào)節(jié)等指令；同時具有對設備運行參數(shù)及設備狀態(tài)的檢測、巡視功能；可以根據(jù)上位機發(fā)出的控制指令，對設備進行主、輔機開停機、調(diào)節(jié)閘門開度等操作；并向上位機發(fā)送實時操作信息，以便于操作人員分析設備運行狀況；同時具有現(xiàn)場、遠程操作運行方式的選擇切換。在現(xiàn)場運行方式下通過現(xiàn)場操作鍵盤，可人工輸入指令，在現(xiàn)場獨立對機組設備進行開、停等操作。現(xiàn)場控制單元是站內(nèi)控制機組運行的最高一級自動控制單元，即使在上級出現(xiàn)故障時，也能保證機組的正常運行和程序控制的各種操作。因此，考慮到機組高可靠性的要求，系統(tǒng)選用了PLC集成現(xiàn)場控制單元。

圖2 船閘上位機操作界面Fig.2 Upper computer operation interface of ship lock

通過對PLC進行編程，可以實現(xiàn)船閘的上下行流程，油泵處于停止狀態(tài)，4扇人字門處于全關狀態(tài)，4扇充水門處于全關狀態(tài)，所有通航信號燈處于紅燈狀態(tài)。

4 結語

施耐德PLC控制閘門，調(diào)試簡單，運行安全可靠，維修方便，節(jié)約能耗，大幅度減輕對啟閉機的沖擊，從而延長其使用壽命，大幅度提高了經(jīng)濟效益。采用以太網(wǎng)通信的方式，避免了傳統(tǒng)模擬量因干擾問題帶來的不精確，甚至干擾嚴重時帶來的操作失敗。在上位機畫面中顯示啟閉機在控制方式運行下的電流、電壓、運行時間、故障報警等各種信息，有效地幫助船閘操作人員判斷啟閉機的工作狀態(tài)。本研究者所參加的船閘技術改造項目采用這一設計，自2006年通航運行至今，穩(wěn)定可靠，經(jīng)濟效益顯著。

PLC在水利樞紐工程中得到廣泛的應用，主要是因為PLC具有一種具有實時控制、調(diào)度、管理等功能與一體的多功能控制系統(tǒng)，它的可擴展性、可靠性、安全性，為九曲河樞紐船閘控制運行提供技術保障，大大提高了船閘運行及管理的現(xiàn)代化水平，充分發(fā)揮了船閘運行的經(jīng)濟效益及社會效益。