淺析PLC 在攔河閘門控制中的應(yīng)用

曾金軍

（四川省米易縣晃橋水庫管理所，四川 攀枝花 617200)

“安寧河米易縣城北閘壩工程”位于米易縣安寧河城南電站上游2.45km，國家體育總局皮劃艇急流回旋競訓(xùn)基地訓(xùn)練水道出水口上游470m 處。攔河鋼壩軸線全長156.8m，共設(shè)置4 口閘孔，其中3 孔為底橫軸支鉸座雙吊點(diǎn)翻板閘門，閘門寬均40.0m，高3.7m；1 孔調(diào)節(jié)兩吊點(diǎn)臥倒門，閘門寬10.0m，高6.0m。采用的液壓啟閉機(jī)為：QPPY-2×3000KN-5.1m。

根據(jù)液壓啟閉機(jī)在實(shí)踐運(yùn)用中表明：單吊點(diǎn)運(yùn)用技術(shù)比較成熟，而雙吊點(diǎn)閘門同步控制仍然是水利工程閘門運(yùn)用研究的一個(gè)重要課題。在實(shí)踐運(yùn)行中大部分雙吊點(diǎn)閘門同步控制是成功的，但是仍有一部份雙吊點(diǎn)閘門，特別是大中型寬跨度液壓啟閉機(jī)雙缸同步問題沒有得到根本解決，從而導(dǎo)致閘門傾斜卡死，甚至吊點(diǎn)拉脫，造成閘門失事。安寧河米易縣城北閘壩工程閘門采用PLC 作為控制“大腦”，保證了閘壩長期穩(wěn)定運(yùn)行。

1 雙吊點(diǎn)寬跨度攔河閘門同步誤差的形成

水利工程中液壓啟閉機(jī)的運(yùn)行與在其他工業(yè)生產(chǎn)中的運(yùn)行有其特殊性。首先安寧河米易縣城北閘壩閘閘門是圍繞底橫軸支鉸座作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，在啟閉門的過程中，運(yùn)行阻力受動(dòng)水壓力變化，閘前水深壓力，側(cè)止水與閘墩間摩擦力，底橫軸與支鉸座的摩擦力，水流中垃圾漂浮物撞擊等影響，造成閘門受力不平衡，根據(jù)力學(xué)原理，在雙吊點(diǎn)閘門運(yùn)行中受阻力大的側(cè)較受阻力小的一側(cè)慢。其次就液壓系統(tǒng)本身而言，兩臺液壓機(jī)安裝在不同閘室，安裝精度誤差，設(shè)備制造精度誤差，缸體內(nèi)泄，液壓管路長度及內(nèi)摩擦力，控制信號延時(shí)等都會(huì)影響閘門的同步誤差。

2 閘門控制系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)的控制原理

米易縣城北閘壩控制器主機(jī)采用施耐德公司的PLC，型號為：TWIDO，數(shù)據(jù)采集部分采用歐姆龍公司的數(shù)據(jù)采集模塊，現(xiàn)場監(jiān)視的人機(jī)界面采用施耐德公司的圖形操作終端。系統(tǒng)的工作原理：首先，通過數(shù)據(jù)采集兩側(cè)油缸的絕對位移，水位以及設(shè)備的保護(hù)等信號，并對模擬信號進(jìn)行數(shù)字濾波，抗干擾濾波，然后進(jìn)行模擬量的量化和標(biāo)度變換，與設(shè)定參數(shù)進(jìn)行比較判斷，根據(jù)比較結(jié)果和保護(hù)信號控制閘門同步運(yùn)行正常與否。當(dāng)閘門開啟或關(guān)閉時(shí)，CPU 對兩側(cè)行程進(jìn)行比較，如發(fā)現(xiàn)閘門雙缸開度有差距，則模擬量的輸出模塊將開度差（數(shù)字量） 轉(zhuǎn)化成模擬量送至調(diào)速裝置，此中液壓啟閉機(jī)為單向齒輪泵供油，電磁換向閥實(shí)現(xiàn)換相，同時(shí)機(jī)器內(nèi)部有同步流量調(diào)速閥實(shí)現(xiàn)同步控制，而此控制系統(tǒng)在檢測雙側(cè)開度，如果某側(cè)過快則通過電磁閥減小油路流量來減慢走快的油缸實(shí)現(xiàn)同步調(diào)整。通過水位計(jì)可設(shè)定開門和關(guān)門的水位點(diǎn)，達(dá)到上限時(shí)立即開啟閘門，如果水位低于設(shè)定低水位時(shí)，延時(shí)十分鐘關(guān)閉閘門，以防止閘門的頻繁啟閉對閘門及啟閉設(shè)備造成不該有的損壞。

圖1 系統(tǒng)硬件組成

另外：一方面，主機(jī)通過以太網(wǎng)接口與觸模屏連接，觸模屏作為一種人機(jī)接口，可以通過它進(jìn)行系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)定，系統(tǒng)運(yùn)行工況的監(jiān)視等等。另一方面，主機(jī)還可通過以太網(wǎng)把系統(tǒng)參數(shù)，系統(tǒng)運(yùn)行工況傳送到遠(yuǎn)方的計(jì)算機(jī)以便于進(jìn)行遠(yuǎn)程的監(jiān)控和遠(yuǎn)程維護(hù)。

2.2 控制軟件的編制思路

在控制軟件編制之前，首先要搞清楚影響閘門運(yùn)行的各種因素，以及各種因素本身的特性和它們之間的相互關(guān)系，結(jié)合本控制器，影響閘門運(yùn)行的各種因素如下：

系統(tǒng)的供電電壓

三相電源的相序

啟閉機(jī)的馬達(dá)保護(hù)

啟閉機(jī)的油慮控制器

啟閉機(jī)的兩側(cè)行程及行程差

正常情況下，在設(shè)備安裝完畢后首先應(yīng)校正三相電源的相序，保證三相電源的相序是正確的；系統(tǒng)的供電電壓應(yīng)處于正常范圍內(nèi)（線電壓為交流380V±15%）。

2.3 人機(jī)界面的設(shè)計(jì)

人機(jī)界面采用施耐德公司的圖形操作終端。在進(jìn)行人機(jī)界面的畫面設(shè)計(jì)之前應(yīng)該了解系統(tǒng)要監(jiān)視和操作的內(nèi)容。另外，還要設(shè)計(jì)運(yùn)行參數(shù)設(shè)置的畫面和手動(dòng)操作的畫面，以及系統(tǒng)故障后的報(bào)警畫面和報(bào)警解除畫面，報(bào)警記錄和運(yùn)行記錄的清除畫面。觸摸屏是人機(jī)接口圖形操作終端，通過它可以輸入系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，可以手動(dòng)操作，它可以顯示系統(tǒng)運(yùn)行的各種參數(shù)及系統(tǒng)運(yùn)行的各種狀態(tài)。另外，閘門的各種保護(hù)信號可以通過主機(jī)的開關(guān)量輸入端輸入PLC 作為閘門的運(yùn)行條件。采用本系統(tǒng)可以預(yù)防系統(tǒng)即將出現(xiàn)的故障，并及時(shí)采取補(bǔ)救措施，從而挽回不必要的經(jīng)濟(jì)損失。

3 結(jié)語

將PLC 在水利工程閘門遠(yuǎn)程控制中進(jìn)行應(yīng)用，能夠?qū)Ω鞣矫媲闆r進(jìn)行監(jiān)控，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化管理，增加了閘門運(yùn)行的穩(wěn)定性、安全性，以保障水利工程能夠真正發(fā)揮其綜合效用。