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淺談水電站閘門PLC遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)
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摘要:傳統(tǒng)的液壓啟閉機(jī)控制系統(tǒng)通常是采用繼電接觸器線路來控制閘門的運(yùn)行。這種系統(tǒng)的最大缺點(diǎn)就是線路復(fù)雜,維護(hù)工作繁重,操作麻煩,可靠性低,故障率高。故本論文主要淺要討論基于plc的閘門控制系統(tǒng),水電站閘門的傳統(tǒng)繼電器控制和卷揚(yáng)啟閉機(jī)正反轉(zhuǎn)控制閘門升降的模式;采用plc和液壓控制的模式對(duì)閘門進(jìn)行控制。


關(guān)鍵詞:閘門;plc;監(jiān)控系統(tǒng)


在水工建筑物的固定式和移動(dòng)式機(jī)械中占有重要地位的閘門啟閉機(jī)械,早期以繩毅式、鏈條式、多節(jié)拉桿式為主,但由于其操作的不是自由懸掛的重物,而是沿導(dǎo)向門槽作上下移動(dòng)或者是繞著支絞作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的閘門?煽啃,安全系數(shù)低,很難精確的控制。


隨著經(jīng)濟(jì)和液壓技術(shù)的不斷發(fā)展,傳動(dòng)穩(wěn)定的液壓啟閉機(jī)逐步取代了那些比較落后的繩毅式、鏈條式、多節(jié)拉桿式的啟閉機(jī)。作為一種比較完善而又經(jīng)濟(jì)的先進(jìn)的傳動(dòng)裝置,其動(dòng)力機(jī)構(gòu)為油缸,由于油缸能夠產(chǎn)生很大的下壓力,所以,當(dāng)采用液壓啟閉機(jī)操作閘門下降時(shí),閘門就無需加重,因此也就可以減少驅(qū)動(dòng)裝置的額定啟升容量。


一種典型的水閘自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng),其現(xiàn)地控制單元lcu(local control unit)有的采用8位或16位單片機(jī),致命的缺點(diǎn)是不便于擴(kuò)充;而可編程控制器(programmable logic controller)簡稱plc因其具有邏輯判斷、定時(shí)、計(jì)數(shù)、記憶和算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、聯(lián)網(wǎng)通信及pid回路調(diào)節(jié)等功能在閘門監(jiān)控系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。plc更符合工業(yè)現(xiàn)場的要求:高可靠性、強(qiáng)抗各種干擾的能力、編程安裝使用簡便、低價(jià)格長壽命。


由于傳統(tǒng)的液壓啟閉機(jī)控制系統(tǒng)存在控制線路復(fù)雜,維護(hù)工作繁重,可靠性低,不能對(duì)整個(gè)水電站進(jìn)行自動(dòng)控制,遠(yuǎn)程通訊能力欠缺等缺點(diǎn)和局限性,所以越來越不能滿足水電站的生產(chǎn)發(fā)展。


1分布式監(jiān)控系統(tǒng)的介紹


在我國的自動(dòng)化控制領(lǐng)域中自動(dòng)化控制系統(tǒng)主要分為分布式監(jiān)控系統(tǒng)和集中式監(jiān)控系統(tǒng)。分布式監(jiān)控系統(tǒng)以控制對(duì)象分散為主要特征。以控制對(duì)象為單元設(shè)置多套相應(yīng)的裝置,構(gòu)成現(xiàn)地控制單元,完成控制對(duì)象的數(shù)據(jù)采集和處理、電機(jī)機(jī)組等主要設(shè)備的控制和調(diào)節(jié)以及裝置的數(shù)據(jù)通信等。每孔閘門或一定數(shù)量的閘門配置一個(gè)現(xiàn)地控制單元(local controlunit,簡稱lcu),每個(gè)lcu可構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立的控制回路。其中某一個(gè)現(xiàn)場控制單元發(fā)生故障不會(huì)影響其他現(xiàn)場控制單元的正常工作。


2分布式系統(tǒng)在閘門監(jiān)控系統(tǒng)中的運(yùn)用


控制系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu),一個(gè)較標(biāo)準(zhǔn)的plc閘群控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖,其可分為三層式結(jié)構(gòu):現(xiàn)地控制層、集中控制層和遠(yuǎn)程監(jiān)控層。


現(xiàn)地控制層的每孔閘門配置一個(gè)現(xiàn)地plc,收集閘位、水位和各種現(xiàn)場開關(guān)量、模擬量信息并上傳至集控層plc,同時(shí)接受集控plc的命令并通過接口執(zhí)行。集控層plc主要目的是作為上位機(jī)和現(xiàn)地plc交互信息的硬件中轉(zhuǎn)站,有著速度快、功能強(qiáng)大和穩(wěn)定性高等特點(diǎn)。集控層上位機(jī)的人機(jī)交互系統(tǒng)一般由相應(yīng)的組態(tài)軟件構(gòu)成,在監(jiān)控閘群系統(tǒng)的同時(shí),肩負(fù)著與遠(yuǎn)程監(jiān)控層交互信息的功能,因此遠(yuǎn)地監(jiān)控層也可通過公眾網(wǎng)絡(luò)或?qū)S镁W(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)監(jiān)測閘群控制的狀況。


具體來說,該控制方案有著以下顯著優(yōu)點(diǎn):


(1)現(xiàn)地plc功能強(qiáng)大:由于是工業(yè)級(jí)產(chǎn)品,現(xiàn)地層plc均為模塊化結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)、安裝、維護(hù)非常方便;且功能強(qiáng)大、穩(wěn)定性高、可擴(kuò)展性強(qiáng);設(shè)備接口種類的選擇面也很廣。


(2)集控層功能增強(qiáng):集控層在上位機(jī)和現(xiàn)地plc之間加設(shè)了高性能的主控plc,作為硬件的信息中轉(zhuǎn)站,使得集控層工作更穩(wěn)定;同時(shí),由于分擔(dān)了上位機(jī)的大部分工作,因此上位機(jī)可增加上傳通訊的功能,使得建立更高級(jí)的遠(yuǎn)地監(jiān)控層成為現(xiàn)實(shí)。


(3)增加了遠(yuǎn)地監(jiān)控層:在閘群控制的發(fā)展方向上,江河流域控制以及跨流域控制是其中重要的一項(xiàng)內(nèi)容。因此,遠(yuǎn)地監(jiān)控層的建立成為必然趨勢(shì),而plc系統(tǒng)的強(qiáng)大功能為其建立打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。


3閘門監(jiān)控系統(tǒng)的主從站plc選擇


3.1閘門監(jiān)控系統(tǒng)從站plc的選擇


閘控系統(tǒng)從站plc主要用于接受主站命令和上傳現(xiàn)場信息,因此較強(qiáng)的實(shí)時(shí)通訊能力是必備的。由于現(xiàn)場的閘位信息、荷重信息和水位信息需要在本地計(jì)算和顯示,所以從站plc不能只具備輸入/輸出功能,還必須具有一定的計(jì)算能力,即現(xiàn)場智能設(shè)備必須具備cpu單元。另外,由于閘控現(xiàn)場需要一些必要的開關(guān)量輸入/輸出的信號(hào)交互,因此如果從站plc能集成一定數(shù)量的dl/do點(diǎn)。


3.2閘控系統(tǒng)的主站plc選擇


閘控系統(tǒng)的主站在整個(gè)控制系統(tǒng)中起到了承上啟下的關(guān)鍵中樞作用。對(duì)于下級(jí)的現(xiàn)地層設(shè)備來說,它負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)收集全部閘門現(xiàn)場設(shè)備的狀態(tài)信息,并下達(dá)相應(yīng)的操作命令;對(duì)于上級(jí)的上位機(jī)操作系統(tǒng)來說,它負(fù)責(zé)處理各種現(xiàn)場上傳的狀態(tài)信息并將相應(yīng)的信息上傳給上位機(jī)用于顯示和判斷,同時(shí)也接受上位機(jī)下達(dá)的命令。因此,在主站plc選擇上,選擇s7-400 系列plc。


4閘門控系統(tǒng)的通訊方式


閘控系統(tǒng)在現(xiàn)場控制層面,采用了porfibus一dp工業(yè)現(xiàn)場總線作為集控層與現(xiàn)地層之間的通訊方式。從站plc通過profibus一dp總線與集中控制層的主站plc采用主——從方式連網(wǎng)通訊,現(xiàn)場各種外圍設(shè)備的狀態(tài)信息均通過從站上傳到主站中,同時(shí)主站也通過分布在相應(yīng)閘門旁的從站向現(xiàn)場控制和保護(hù)設(shè)備發(fā)送命令。在集中控制層面,采用的工業(yè)以太網(wǎng)的通訊方式。主站plc通過以太網(wǎng)口直接與上位機(jī)連接,采用以太網(wǎng)通訊的方式與上位機(jī)交互信息。上位機(jī)采用wincc軟件對(duì)現(xiàn)地控制層和集中控制層進(jìn)行組態(tài)和建立人機(jī)交互界面。


profibus-dp經(jīng)過優(yōu)化的高速、廉價(jià)的通信連接,專為自動(dòng)控制系統(tǒng)和設(shè)備己分散的i/0之間通信設(shè)計(jì),使用profibus-dp模塊可取代價(jià)格昂貴的24v或0~20ma并行信號(hào)線。profibus-dp用于分布式控制系統(tǒng)的高速數(shù)據(jù)傳.輸。


profibus-dp的基本功能有:dp主站和dp從站間的循環(huán)用戶數(shù)據(jù)傳送;各dp從站的動(dòng)態(tài)激活和解除激活;檢查dp從站的組態(tài);強(qiáng)大的診斷功能,三級(jí)診斷信息(本站診斷、模塊診斷、通道診斷);輸入或輸出的同步;通過總線給dp從站分配地址:保證每個(gè)dp從站最大為246字節(jié)的輸入和輸出數(shù)據(jù):通過總線給dp主站進(jìn)行配置。


與傳統(tǒng)的控制方法相比,profibus 閘門監(jiān)控系統(tǒng)有以下突出優(yōu)點(diǎn):①用一條電纜實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備和現(xiàn)場控制了系統(tǒng)的轉(zhuǎn)連以及現(xiàn)場控制了系統(tǒng)和集中控制級(jí)系統(tǒng)及中央控制級(jí)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)連,使用數(shù)字化通信代替了4~20 ma或24v dc信號(hào),增強(qiáng)了現(xiàn)場級(jí)信息集成量;②系統(tǒng)的開放性、可操作性、轉(zhuǎn)換性大大增強(qiáng),不同廠家的產(chǎn)品和專長技術(shù)只要使用同一總線標(biāo)準(zhǔn),即可進(jìn)行系統(tǒng)集成;③系統(tǒng)的可靠性、可維護(hù)性好,采用profibus連接方式替代一對(duì)一的i/ o連接,減少了由接線點(diǎn)造成的不可靠因素,同時(shí)系統(tǒng)具有現(xiàn)場級(jí)設(shè)備的在線故障診斷、報(bào)警、記錄功能,可完成現(xiàn)場設(shè)備的遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)定、修改等參數(shù)化工作,增強(qiáng)了系統(tǒng)的可維修性;④降低了系統(tǒng)及工程造價(jià)


對(duì)于大范圍、大規(guī)模i/ o的分布式系統(tǒng),profibus節(jié)省了大量的線纜,i/o模塊及電纜敷設(shè)工程費(fèi)用,從而減少了工程成本.綜上所述,profibus現(xiàn)場總線技術(shù)對(duì)于閘門監(jiān)控系統(tǒng)提供了可行的解決方案,代表著控制技術(shù)數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展方向,具有廣闊的應(yīng)用前景。


5總結(jié)


本論文主要淺要討論基于plc的閘門控制系統(tǒng),水電站閘門的傳統(tǒng)繼電器控制和卷揚(yáng)啟閉機(jī)正反轉(zhuǎn)控制閘門升降的模式,采用plc和液壓控制的模式對(duì)閘門進(jìn)行控制。


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