施耐德PLC在九曲河樞紐船閘自動(dòng)化控制中的應(yīng)用

錢 煒

(九曲河水利樞紐管理處，江蘇 丹陽(yáng) 212300)

1 工程概況

九曲河樞紐工程由凈寬2×12 m的節(jié)制閘、雙向引排流量4×20 m3/s的抽水站和190×12(16)×2.5 m的船閘三座主要水工建筑物及引河、橋梁、管理房等相應(yīng)的配套工程組成。泵站、節(jié)制閘、船閘三座建筑物分別設(shè)置獨(dú)立的微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和多媒體網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)。三個(gè)系統(tǒng)既能相互獨(dú)立運(yùn)行，又能相互通信，交換信息聯(lián)合運(yùn)行。在樞紐管理處設(shè)置微機(jī)監(jiān)控中心和多媒體網(wǎng)絡(luò)管理中心，對(duì)三個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行管理、調(diào)度、監(jiān)測(cè)，并且具有同上級(jí)聯(lián)網(wǎng)功能。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

以九曲河樞紐船閘為例，船閘上下游各配置1套Scheider的Premium系列PLC，每套PLC系統(tǒng)由一個(gè)CPU和I/O模塊組成。通過(guò)控制液壓?jiǎn)㈤]機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)上、下閘首閘門的控制。在下游機(jī)房和上游機(jī)房控制室各有一臺(tái)Sixnet的光纖工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)，每臺(tái)工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)共有6個(gè)電口，通過(guò)多模光纖連接：

第一，上游控制室上位機(jī)。第二，上游閘門PLC(CPU集成以太網(wǎng)模塊)。第三，上游閘門控制柜觸摸屏。第四，下游閘門PLC(CPU集成以太網(wǎng)模塊)。第五，下游閘門控制柜觸摸屏。第六，其余備用。

九曲河樞紐船閘兩臺(tái)工業(yè)環(huán)網(wǎng)交換機(jī)通過(guò)冗余光纖與九曲河樞紐船閘監(jiān)控系統(tǒng)中第三臺(tái)工業(yè)環(huán)網(wǎng)交換機(jī)組成環(huán)型結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)與外界物理隔離，確保了船閘控制系統(tǒng)安全。通過(guò)環(huán)型網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)船閘控制中心集中控制上位機(jī)和上、下游機(jī)房及現(xiàn)地PLC之間TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)通信。由于光纖環(huán)網(wǎng)具有線路冗余功能，屬于完全工業(yè)級(jí)的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品，電源冗余和環(huán)網(wǎng)切換時(shí)間≤500 ms等優(yōu)點(diǎn)，極大地提高了控制系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，同時(shí)也保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性。

3 具體配置過(guò)程

九曲河樞紐船閘的控制系統(tǒng)選用PLC與上位機(jī)相結(jié)合方式，實(shí)現(xiàn)閘門的開啟、關(guān)閉(即PLC控制油泵的啟停)及電磁閥的開啟和關(guān)閉。

具體配置步驟如下：

設(shè)置IP.具體設(shè)置情況如下：

上游PLC 192.168.0.12；

上游觸摸屏 192.168.0.65

下游PLC 192.168.0.13

下游觸摸屏 192.168.0.66

觸摸屏的IP設(shè)置方法為：在中文面板上選擇網(wǎng)絡(luò)菜單，在出現(xiàn)的參數(shù)設(shè)置中，IP card中填寫IP地址，如192.168.0.65，IP Mask中填寫子網(wǎng)掩碼，如255.255.255.0。

在PLC硬件組態(tài)以太網(wǎng)模塊設(shè)置中，IP配置欄里設(shè)置該P(yáng)LC的IP地址及子網(wǎng)掩碼；

模塊實(shí)用程序中IO掃描設(shè)置為“是”啟動(dòng)IO掃描；IO掃描欄里設(shè)置：需要通信的PLC的IP地址，讀寫數(shù)據(jù)區(qū)起始地址及長(zhǎng)度，如表1所示：

圖1 通訊配置表Fig.1 Communication configuration

此時(shí)，兩套PLC在運(yùn)行過(guò)程間通過(guò)程序編寫可由劃定的讀寫數(shù)據(jù)區(qū)進(jìn)行數(shù)據(jù)交流，實(shí)現(xiàn)PLC之間通信。

PLC現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控單元主要功能有：和上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換通信，能準(zhǔn)確接收上位機(jī)下達(dá)的開機(jī)、停機(jī)、工控調(diào)節(jié)等指令；同時(shí)具有對(duì)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)及設(shè)備狀態(tài)的檢測(cè)、巡視功能；可以根據(jù)上位機(jī)發(fā)出的控制指令，對(duì)設(shè)備進(jìn)行主、輔機(jī)開停機(jī)、調(diào)節(jié)閘門開度等操作；并向上位機(jī)發(fā)送實(shí)時(shí)操作信息，以便于操作人員分析設(shè)備運(yùn)行狀況；同時(shí)具有現(xiàn)場(chǎng)、遠(yuǎn)程操作運(yùn)行方式的選擇切換。在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行方式下通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)操作鍵盤，可人工輸入指令，在現(xiàn)場(chǎng)獨(dú)立對(duì)機(jī)組設(shè)備進(jìn)行開、停等操作?，F(xiàn)場(chǎng)控制單元是站內(nèi)控制機(jī)組運(yùn)行的最高一級(jí)自動(dòng)控制單元，即使在上級(jí)出現(xiàn)故障時(shí)，也能保證機(jī)組的正常運(yùn)行和程序控制的各種操作。因此，考慮到機(jī)組高可靠性的要求，系統(tǒng)選用了PLC集成現(xiàn)場(chǎng)控制單元。

圖2 船閘上位機(jī)操作界面Fig.2 Upper computer operation interface of ship lock

通過(guò)對(duì)PLC進(jìn)行編程，可以實(shí)現(xiàn)船閘的上下行流程，油泵處于停止?fàn)顟B(tài)，4扇人字門處于全關(guān)狀態(tài)，4扇充水門處于全關(guān)狀態(tài)，所有通航信號(hào)燈處于紅燈狀態(tài)。

4 結(jié)語(yǔ)

施耐德PLC控制閘門，調(diào)試簡(jiǎn)單，運(yùn)行安全可靠，維修方便，節(jié)約能耗，大幅度減輕對(duì)啟閉機(jī)的沖擊，從而延長(zhǎng)其使用壽命，大幅度提高了經(jīng)濟(jì)效益。采用以太網(wǎng)通信的方式，避免了傳統(tǒng)模擬量因干擾問(wèn)題帶來(lái)的不精確，甚至干擾嚴(yán)重時(shí)帶來(lái)的操作失敗。在上位機(jī)畫面中顯示啟閉機(jī)在控制方式運(yùn)行下的電流、電壓、運(yùn)行時(shí)間、故障報(bào)警等各種信息，有效地幫助船閘操作人員判斷啟閉機(jī)的工作狀態(tài)。本研究者所參加的船閘技術(shù)改造項(xiàng)目采用這一設(shè)計(jì)，自2006年通航運(yùn)行至今，穩(wěn)定可靠，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

PLC在水利樞紐工程中得到廣泛的應(yīng)用，主要是因?yàn)镻LC具有一種具有實(shí)時(shí)控制、調(diào)度、管理等功能與一體的多功能控制系統(tǒng)，它的可擴(kuò)展性、可靠性、安全性，為九曲河樞紐船閘控制運(yùn)行提供技術(shù)保障，大大提高了船閘運(yùn)行及管理的現(xiàn)代化水平，充分發(fā)揮了船閘運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益。