PLC現(xiàn)場(chǎng)控制單元技術(shù)于水利樞紐系統(tǒng)的應(yīng)用分析

陸敏　楊勝梅

摘要：本文以某水利樞紐工程為例，闡述了水利樞紐系統(tǒng)中PLC現(xiàn)場(chǎng)控制單元技術(shù)的應(yīng)用，能夠提升水利樞紐系統(tǒng)的工作效率，保障各項(xiàng)工作質(zhì)量的，旨在為規(guī)范水利工程的運(yùn)行管理提供參考意見(jiàn)。

關(guān)鍵詞：PLC；現(xiàn)場(chǎng)控制；單元技術(shù)；水利樞紐系統(tǒng)，應(yīng)用

一、工程案例

以某樞紐工程為例，自建成以來(lái)累積排水量為194.2億m³，在特大洪澇工作中，本樞紐工程中各個(gè)站點(diǎn)閘門共同泄洪量為47.2億m³，將樞紐工程的作用充分凸顯了出來(lái)。

由于樞紐工程是在早年規(guī)劃，加之工程經(jīng)費(fèi)不足，使得各項(xiàng)設(shè)備與技術(shù)難以滿足當(dāng)前的運(yùn)行需求。旨在將PLC現(xiàn)場(chǎng)控制單元技術(shù)融入本水利樞紐工程系統(tǒng)中，以全面提升水利樞紐系統(tǒng)的安全性、可靠性，先進(jìn)性。

二、在水利樞紐系統(tǒng)內(nèi)PLC現(xiàn)場(chǎng)控制單元技術(shù)的應(yīng)用

PLC控制單元可劃分為功能、任務(wù)、安全回路、硬件、程序等，其中主要控制流程為功能、任務(wù)、安全回路，這也是PLC現(xiàn)場(chǎng)控制單元技術(shù)運(yùn)行的基本需求，PLC現(xiàn)場(chǎng)控制單元技術(shù)的水利工程樞紐系統(tǒng)內(nèi)的應(yīng)用主要如下：

（一）閘門運(yùn)動(dòng)分析

PLC現(xiàn)場(chǎng)控制單元內(nèi)的起重設(shè)備包含了多種機(jī)構(gòu)，各個(gè)機(jī)構(gòu)在控制室的輔助下，能夠進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，不同機(jī)構(gòu)之間也存在著一定的聯(lián)系。在閘門位置設(shè)置了與各個(gè)機(jī)構(gòu)聯(lián)合的進(jìn)線電源、保護(hù)系統(tǒng)等。就泵站機(jī)組而言，電氣控制系統(tǒng)不僅能夠維護(hù)運(yùn)轉(zhuǎn)，還可以進(jìn)行制動(dòng)、冷風(fēng)機(jī)速度、溫度、電機(jī)速度的控制與檢測(cè)，設(shè)備運(yùn)行負(fù)荷檢測(cè)等。

閘門的上下運(yùn)行需要電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)，電動(dòng)機(jī)類型為TL900-40/2006，具體如下圖1所示，若是熔斷器的運(yùn)行正常，1HK始終保持閉合，閘門處于停止?fàn)顟B(tài)，且繼電器常閉觸點(diǎn)3K也保持閉合，在這類情況下，按下1K（閘門升降控制開(kāi)關(guān)），會(huì)與1KM導(dǎo)通，接著閘門將會(huì)做上升運(yùn)動(dòng)。繼電器1KM為常開(kāi)，會(huì)形成硬件互鎖，按下2K控制開(kāi)關(guān)則無(wú)效，繼電器的2KM則會(huì)導(dǎo)通，進(jìn)而閘門會(huì)進(jìn)行下降作業(yè)。

（二）系統(tǒng)接線分析

現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)，在本案例原泵站的基礎(chǔ)上，增加一些繼電保護(hù)裝置，與PLC裝置，本案例應(yīng)用的繼電器是集保護(hù)、測(cè)量為一體的PLC現(xiàn)場(chǎng)控制單元技術(shù)，閘門電機(jī)的作用是開(kāi)展控制作業(yè)，PLC替代人工編程操作，如下圖2所示。

在上圖中，輸入模塊包括：X0端子對(duì)應(yīng)按鈕SB1，其功能為閘門上升控制按鈕。x1端子對(duì)應(yīng)按鈕SB2，其功能為閘門下降控制按鈕。X2端子對(duì)應(yīng)按鈕SB3，其功能為閘門停止控制按鈕。X3端子對(duì)應(yīng)按鈕1（2）KM，其功能為閘門上升、下降命令執(zhí)行反饋。X4端子對(duì)應(yīng)按鈕SXWD，其功能為行程開(kāi)關(guān)閘門上升到特定位置。X5端子對(duì)應(yīng)按鈕XXWD，其功能為行程開(kāi)關(guān)閘門下降到特定位置。X6端子對(duì)應(yīng)按鈕QT，其功能為自動(dòng)、手動(dòng)進(jìn)行開(kāi)關(guān)切換。x7端子對(duì)應(yīng)按鈕1KH，其功能為開(kāi)展過(guò)流保護(hù)作業(yè)。

輸出模塊：Y1對(duì)應(yīng)負(fù)載對(duì)應(yīng)正轉(zhuǎn)電機(jī)，其功能為閘門上升按鈕。Y0對(duì)應(yīng)負(fù)載對(duì)應(yīng)反轉(zhuǎn)電機(jī)，其功能為閘門下降按鈕。Y2對(duì)應(yīng)負(fù)載為電機(jī)停止運(yùn)行，其功能為閘門停止按鈕。

本例子中的PLC現(xiàn)場(chǎng)控制單元在其編輯中采取的是梯形圖的邏輯方式，還可以采用KOYO進(jìn)行控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，由于系統(tǒng)機(jī)構(gòu)比較清晰，因此開(kāi)發(fā)工作比較便捷。最為重要的是該設(shè)備可以開(kāi)展定時(shí)掃描，除了適應(yīng)特殊需求之外，還能夠兼顧外部的中斷點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)各種類設(shè)備的編程，還可以實(shí)現(xiàn)（無(wú)協(xié)議）協(xié)議通訊。

（三）單元閘門控制

泵站機(jī)組在其自動(dòng)化控制中，采取的是順序控制法，是依照生產(chǎn)流程設(shè)置的控制程序，設(shè)備的運(yùn)行是在特定指令下開(kāi)展，自動(dòng)按照輸入的順序進(jìn)行控制。機(jī)組的控制順序，是在PLC現(xiàn)場(chǎng)控制單元的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)，在樞紐工程案例中，采取的是流程控制方式，并將流程中斷引入到了PLC現(xiàn)場(chǎng)控制單元編程界面中，避免在系統(tǒng)的運(yùn)行中，出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間等待的現(xiàn)象，以此確保系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性與合理性。如下圖3所示，在PLC現(xiàn)場(chǎng)控制單元閘門控制，首先需要審查閘門內(nèi)電機(jī)狀態(tài)，若是處于過(guò)流保護(hù)正常，且電機(jī)處于停止?fàn)顟B(tài)，在按下停止、啟動(dòng)按鈕時(shí)，電機(jī)會(huì)等待系統(tǒng)的指令，在正式開(kāi)始運(yùn)作時(shí)閘門開(kāi)啟到設(shè)置位置。在其運(yùn)行中若有特殊情況出現(xiàn)，需要立即停止運(yùn)行，并進(jìn)行復(fù)位，閘門需要先運(yùn)行到制定位置，接著在復(fù)位，直到與初始狀態(tài)保持一致。

在PLC開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，繼電器M8002（特殊輔助器）的運(yùn)行，S0為初始狀態(tài)位置，若是x7常閉觸點(diǎn)與Y2常開(kāi)接觸點(diǎn)，兩者之間的轉(zhuǎn)換條件成立，在程序開(kāi)始時(shí)，會(huì)進(jìn)行狀態(tài)選擇。閘門控制系統(tǒng)在選擇狀態(tài)條件時(shí)，通常為二選一的方式，當(dāng)X0與x1其中任何一個(gè)成立，程序均會(huì)朝著下一個(gè)狀態(tài)進(jìn)行，也只有在這里狀態(tài)下，才能夠繼續(xù)進(jìn)行作業(yè)。若是X0先閉合，狀態(tài)停止在$20，rr0會(huì)開(kāi)始作業(yè)，并將作業(yè)延時(shí)到180s，常閉開(kāi)關(guān)rr0則處于常閉狀態(tài)，上升到X3閉合按鈕位置，狀態(tài)會(huì)從$20朝著$21發(fā)展，在Y0執(zhí)行命令之后，閘門會(huì)繼續(xù)上升。若是將Y1按鈕進(jìn)行復(fù)位，就能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)軟件的互鎖，在閘門上升到一定位置之后，形成開(kāi)關(guān)X4將會(huì)閉合，狀態(tài)會(huì)從$21-$22發(fā)展，Y2執(zhí)行命令，在閘門停止作業(yè)之后會(huì)存在一定的慣性作業(yè)。

三、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，將PLC現(xiàn)場(chǎng)控制單元技術(shù)應(yīng)用在水利樞紐系統(tǒng)中，能夠?qū)崿F(xiàn)在監(jiān)測(cè)，最大程度降低運(yùn)行事故的發(fā)生。同時(shí)能夠合理分配各項(xiàng)資源，全面提升水利樞紐系統(tǒng)的運(yùn)行效率，逐步改善工作環(huán)境，進(jìn)而更好的推動(dòng)我國(guó)水利工程的發(fā)展。

（作者單位：水利部南京水利水文自動(dòng)化研究所）