PLC和觸摸屏在龍崗河橡膠壩控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘要：介紹了PLC和觸摸屏在橡膠壩控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。分析了橡膠壩控制系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)、工作過程和PLC梯形圖控制流程及觸摸屏人機(jī)界面。該系統(tǒng)性能可靠、操作方便、自動化程度高、實現(xiàn)無人值守，人機(jī)界面直觀，有較高應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞：PLC；觸摸屏；書脊式橡膠壩；景觀；無人值守

1引言

橡膠壩是20世紀(jì)50年代末隨著高分子合成材料工業(yè)的發(fā)展而出現(xiàn)的一種新型水工建筑物，具有造價低、節(jié)約材料、施工周期短、管理靈活、控制方便、運(yùn)行穩(wěn)定等優(yōu)點。龍崗河一期綜合治理工程采用書背式帶脊橡膠壩，書背式帶脊壩袋形成規(guī)則挑流，揚(yáng)起水花形成較好景觀效果。傳統(tǒng)橡膠壩在過流時水流整體從橡膠壩壩面流過，在過流時水流帶動氣體也會引起壩袋震動，對壩袋造成損傷，書背式帶脊壩袋背脊處設(shè)置挑水坎對水流的挑起，不光解決了震動問題，而且在景觀上效果更富動態(tài)變化。為了減輕工作人員的負(fù)擔(dān)，提高橡膠壩自動化運(yùn)行程度，增強(qiáng)系統(tǒng)抗干擾性，實現(xiàn)橡膠壩無人值守，本文介紹采用西門子S7-200和HITECH觸摸屏自動控制系統(tǒng)在龍崗河一期綜合治理工程中的設(shè)計應(yīng)用。

2 橡膠壩運(yùn)行概述

該橡膠壩的壩體由空氣充脹橡膠壩袋而構(gòu)成，跨于河道兩岸。壩袋的最大高度2m，壩長47m，由一臺7.5kW電動機(jī)拖動9.17m3/min的羅茨風(fēng)機(jī)進(jìn)行充氣起壩，充、排氣管內(nèi)徑0.2m。閥、泵、管路與壩體情況如圖1所示。

橡膠壩運(yùn)行中的常用術(shù)語。①機(jī)充：開啟截止閥門、進(jìn)氣閥和羅茨風(fēng)機(jī)，關(guān)閉排氣閥、泄壓閥向壩袋內(nèi)充氣。②自排：開啟排氣閥、關(guān)閉泄壓閥和進(jìn)氣閥，利用壩袋自身的壓力將氣排出。③溢流：上游水位高于壩袋高度，水從壩袋頂部流過。根據(jù)河道水流及橡膠壩自身特點，規(guī)定如下橡膠壩運(yùn)行原則：①正常情況下壩袋和上游水位都維持在一定的高度；②上游水位持續(xù)升高至設(shè)定塌壩水位時，應(yīng)當(dāng)自排；③自排之后，上游水位下降或者泄洪完畢后到正常起壩水位，則自動充壩至正常運(yùn)行高度。④由于水流沖擊或氣溫波動造成壩內(nèi)壓力波動超幅，壩內(nèi)氣壓通過泄氣閥或風(fēng)機(jī)自動平衡。

橡膠壩的充氣過程采用變頻器PID控制，變頻器頻率根據(jù)壩內(nèi)壓力與設(shè)定壓力差值隨動，橡膠壩壩內(nèi)壓力變動較小，降低壩袋充氣震動，延長壩袋使用壽命。

3 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計思想

系統(tǒng)設(shè)置了3套相對獨立的控制模式：PLC自動控制、遠(yuǎn)程控制及手動電氣控制或者機(jī)械控制。①若控制決策由PLC根據(jù)用戶通過觸摸屏控制界面預(yù)設(shè)參數(shù)自動作出，則采用PLC自動控制。PLC超級用戶認(rèn)證后可根據(jù)實際需求進(jìn)行PLC參數(shù)修改。②若控制決策仍由PLC程序自動作出，遠(yuǎn)程監(jiān)控界面設(shè)定PLC控制參數(shù)，則該系統(tǒng)為PLC遠(yuǎn)程自動控制；若控制決策由用戶通過遠(yuǎn)程監(jiān)控界面直接作出，PLC程序僅起處理而非控制作用，則該系統(tǒng)為遠(yuǎn)程手動控制。觸摸屏控制界面僅起顯示作用測量作用。③若控制決策由用戶在現(xiàn)場通過按鈕直接手動操作控制閥和羅茨風(fēng)機(jī)作出，PLC退出控制，觸摸屏界面亦僅起到顯示測量值的作用，則該系統(tǒng)為現(xiàn)場手動或者機(jī)械控制。

4 PLC在監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

4.1 PLC系統(tǒng)的硬件組成

選用S7-200型可編程邏輯控制器作為本控制系統(tǒng)的核心，通過控制變頻器PID調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)電機(jī)風(fēng)機(jī)實現(xiàn)壩內(nèi)平滑保壓，提高功率因數(shù)提高用電效率。

整個系統(tǒng)所需要的測量參數(shù)包括水位、壩袋內(nèi)壓、閥門狀態(tài)和液位、氣壓報警報警。產(chǎn)生的操作有閥門控制，風(fēng)機(jī)控制，自動/遠(yuǎn)程 /現(xiàn)地轉(zhuǎn)換換。電氣柜由一系列的操作按鈕、接觸器和電源設(shè)備等組成。PLC控制系統(tǒng)如圖2所示。

4 .2 PLC控制程序設(shè)計

橡膠壩自動運(yùn)行中，主要的給定值為壩內(nèi)氣壓保壓值、超壓報警值、低壓報警值、過充回落修正值、塌壩水位、起壩水位。這些參數(shù)在編程中起到?jīng)Q定是否需要充、排氣的參考作用，因此用戶在界面設(shè)置時應(yīng)根據(jù)實際情況慎重選擇。

PLC控制程序主要包括 3大模塊：實時檢測模塊、決策與控制模塊、報警處理模塊。程序開始時，對相應(yīng)的模擬量和數(shù)字量進(jìn)行測量，然后跟設(shè)定值比較，作出橡膠壩控制決策，進(jìn)行閥與羅茨風(fēng)機(jī)的操作。操作后，立即對閥的狀態(tài)進(jìn)行檢測，并進(jìn)行相應(yīng)的處理，一旦發(fā)現(xiàn)與控制流程不一致或者設(shè)備誤動作，則通過蜂鳴器發(fā)出報警信息。主控制的流程圖如圖 3所示。正常情況下，系統(tǒng)一直處于PLC自動控制，觸摸屏界面實時顯示相應(yīng)的模擬量、閥狀態(tài)。PLC自動控制子程序的流程如圖 4所示。

當(dāng)出現(xiàn)緊急情況如需要泄洪或PLC故障時，進(jìn)行現(xiàn)地控制，控制命令由用戶通過控制屏按鈕操作發(fā)出，接觸器直接執(zhí)行相應(yīng)的控制。若控制柜或電力出現(xiàn)故障，則直接打開旁通管手動閥門，從旁通管直接排氣確保橡膠壩工程設(shè)備安全。

5 結(jié)束語

該系統(tǒng)的運(yùn)行情況表明，采用可編程邏輯控制器、觸摸屏、變頻器后，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡潔明了、無工作噪音、接線簡單、修改控制策略容易。所以該系統(tǒng)故障率低，性能穩(wěn)定可靠，易于維護(hù)，能源利用率高，節(jié)省人力，從而實現(xiàn)橡膠壩無人值守自動控制，降低了運(yùn)行成本。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：

姬高升（1980-），男，工程師，深圳市深水水務(wù)咨詢公司監(jiān)理三部，主要從事機(jī)電設(shè)備監(jiān)理工作。