淺談PLC在彭家道口分洪閘監(jiān)控系統(tǒng)改造工程中的應用

鄭思成

（彭道口水利樞紐管理局 郯城 276111）

1 問題的提出

彭家道口分洪閘位于分沂入沭水道入口處，主要功能是分泄沂河洪水入沭河，通過大官莊水利樞紐東調(diào)就近入海，以減輕沂河下游洪水壓力。工程建于1974年5月，于2000年12月～2002年7月加固改造，工程按50年一遇洪水設計、100年一遇洪水校核，為大（2）型工程。

監(jiān)控系統(tǒng)為2002年彭家道口分洪閘加固改造時所建，經(jīng)過6年來的運行，系統(tǒng)老化，故障頻發(fā)。存在的問題主要有：系統(tǒng)不穩(wěn)定，傳輸速度慢，部分傳感器失靈,急需維修更換傳感器以及通訊主板；部分啟閉機顯示運行錯誤，自動跳出程序，操作運行時，系統(tǒng)反應速度慢。因此應用PLC實施彭家道口分洪閘監(jiān)控系統(tǒng)改造工程極為必要。

2 PLC簡介

國際電工委員會（IEC）對可編程序控制器（Programmable Logic Controller，PLC）的定義是：PLC 是一種數(shù)字運算操作電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用了可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC具有通用性強、使用方便、適應面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點。

PLC在工業(yè)自動化控制特別是順序控制中的地位，在可預見的將來是無法取代的。

3 在彭家道口閘自動控制系統(tǒng)中的應用

3.1 概述

遵循“技術(shù)先進、安全可靠、經(jīng)濟實用”的原則，按新的計算機監(jiān)控系統(tǒng)指導思想進行總體設計和系統(tǒng)配置，把原來落后的儀表控制改為PLC，采用西門子S7系列PLC，以提高系統(tǒng)的可靠性。

a.主控級與LCU采用國際先進的Profibus-DP工業(yè)總線。

b.組態(tài)軟件采用成熟的西門子Wincc 6.0，人機接口功能強，人機界面友好、操作方便。應用軟件采用西門子Step7 V5.3編程軟件，保證軟硬件之間的無縫集成和高可靠運行。

3.2 工程設計布局和系統(tǒng)設備配置設計

3.2.1 設計功能特點

該系統(tǒng)采用全開放、分層、全分布式結(jié)構(gòu)，由位于橋頭堡的主控級、中控室（防汛調(diào)度中心）的主控級和位于啟閉機現(xiàn)場的現(xiàn)地控制單元三部分組成。

3.2.2 系統(tǒng)設備配置設計

主控級設備主要由主控級操作員工作站、現(xiàn)地控制S7—200 PLC控制器、現(xiàn)地按鍵觸摸液晶TD400屏、中控室S7—300PLC等構(gòu)成。

3.2.3 現(xiàn)地控制單元LCU設計

LCU包括PLC和動力控制。

a.PLC控制柜共20套，配有TD400觸摸屏作為現(xiàn)地的人機接口界面等。

b.閘門傳感器共19套，閘門開度傳感器直接進入PLC輸入模塊，經(jīng)S7—200 CPU采集、運算、處理后，由TD400直接顯示閘門實際開度。

3.3 系統(tǒng)設計功能

3.3.1 設計概述

主控級完成對各閘門的安全監(jiān)視和控制以及系統(tǒng)運行管理、運行報表生成與打印、對外通信管理等?，F(xiàn)地控制單元主要完成對閘門的數(shù)據(jù)測量、閘門控制、操作顯示及通信等。

3.3.2 設計功能

設計功能分為以下幾個過程：

a.19孔閘門開度的遠方及現(xiàn)地控制和監(jiān)視。

b.19孔閘門卷揚運行狀態(tài)和電量、上下游水位等參數(shù)的遠方及現(xiàn)地控制、保護和監(jiān)測。

c.主控級之間及主控級與現(xiàn)地控制單元（LCU）之間的通信（Profibus-DP）等。

3.3.3 運行控制方式設計

a.遠方控制過程。中控室主控級對接入該系統(tǒng)的各個閘門及其啟閉機進行監(jiān)控，操作過程有事先提示，閘門位置有實時反映，運行故障能及時報警。

b.現(xiàn)地控制過程。閘門檢修期及主控級發(fā)生故障等情況下，在LCU控制柜對閘門進行控制，并將控制信號輸入PLC傳送到操作員工作站以便監(jiān)視。

c.現(xiàn)地控制單元在PLC發(fā)生故障時，啟動手動按鈕控制系統(tǒng)?，F(xiàn)地控制與遠方控制相互閉鎖，并在現(xiàn)地進行切換，即現(xiàn)地優(yōu)先。現(xiàn)地控制時，能將控制信號、運行狀態(tài)信號在現(xiàn)地顯示，并送到中控室操作員工作站。遠方控制時主控級優(yōu)先，并在主控級切換。

3.3.4 主控級設計

a.調(diào)試實時數(shù)據(jù)采集與處理。

?模擬量（啟閉機電流、電壓及水位等）調(diào)試。數(shù)據(jù)采集方式為定時掃描，處理包括回路斷線檢測、數(shù)字濾波、誤差補償、數(shù)據(jù)有效性合理性判別、標度換算、越復限判別及報警，最后經(jīng)格式化處理存入實時數(shù)據(jù)庫；

?開關(guān)量（狀態(tài)量）調(diào)試。開關(guān)量包括中斷（事件順序記錄，SOE）開關(guān)量和非中斷開關(guān)量。中斷開關(guān)量指事故信號、斷路器分合及重要繼電保護的動作信號，系統(tǒng)以中斷方式響應并進行優(yōu)先順序記錄。非中斷開關(guān)量指中斷開關(guān)量以外的開關(guān)量，包括各類故障信號、設備運行狀態(tài)、工作方式轉(zhuǎn)換開關(guān)位置信號等，系統(tǒng)以定時掃描方式采集。對其處理包括光電隔離、濾波、基準時間補償、數(shù)據(jù)有效性合理性判別、啟動事件順序記錄、發(fā)出事故報警、自動推出畫面、自動停機等，最后經(jīng)格式化處理，存入實時數(shù)據(jù)庫。

b.實時控制設計。操作人員通過操作鍵盤和鼠標，對閘門進行升、降或中間停機的遠方控制；采用現(xiàn)地手動操作、現(xiàn)地自動操作和遠方操作三種控制方式，互為閉鎖，在現(xiàn)地進行切換操作，且現(xiàn)地優(yōu)先。

c.安全監(jiān)視及事件報警設計。

?運行實時監(jiān)視。操作人員對系統(tǒng)內(nèi)各主設備運行狀態(tài)和運行參數(shù)，例如閘門升降過程等進行實時監(jiān)視；

?控制及越復限報警記錄。監(jiān)控系統(tǒng)對某些參數(shù)以及計算數(shù)據(jù)進行范圍監(jiān)視，對這些參數(shù)量值可預先設定其限制范圍，當它們越限及復限時做相應處理；

?事故順序記錄。當設備工作異?；蛳到y(tǒng)硬件、軟件發(fā)生故障時，系統(tǒng)將立即以中斷方式響應予以記錄；自動顯示報警語句；啟動音響報警；自動推出相關(guān)畫面；作事故原因分析并提示處理方法。系統(tǒng)將發(fā)生的事故及設備的動作情況按其發(fā)生的先后順序記錄下來，以便查詢與分析。

4 結(jié)語

彭家道口分洪閘監(jiān)控系統(tǒng)改造工程于2008年4月通過竣工驗收，2年多時間的運行表明：PLC的成功應用對確保彭家道口分洪閘工程安全、可靠、靈活運用，尤其是2009年7月21日的成功分洪，起到了很大的作用。