摘要：PLC在水利节制闸同步控制中是当下水利水电研究方面的一个重要的课题，水利工程中对于闸门的形式和性能做出了比较细致的要求，但一些闸门由于是双缸形式。两个门的同步状况不是很好，给闸门的运行情况带来隐患会有不和谐的问题发生。基于此，本文主要对PLC在水利节制闸同步控制中的应用做具体论述，希望通过本文的分析研究，给行业内人士以借鉴和启发。
关键词：PLC；水利；节制闸；同步控制；应用
引言
当下，单吊点闸门启闭技术已非常成熟，而双侧传动的液压启闭机的同步控制尚需进一步研究。在各设计院和制造厂的努力下，尽管大部分闸门的同步控制是成功的，但也有一部分双吊点闸门，尤其是大中型宽跨度的液压启闭机双缸同步问题未获得根本解决，从而导致闸门倾斜卡死，甚至吊点拉脱，造成闸门失事。而我们九曲河枢纽工程的节制闸就是采用双吊点且为大中型宽跨度的液压启闭机系统，其双缸同步控制系统必须得到根本解决，我们引入了可编程序控制器（PLC）作为控制核心，保证了闸门能够长期平稳的运行。
1PLC纠偏系统的组成
PLC能代替常规的电流和电压信号及中间继电器实现自锁、互锁、顺序、延时等控制。利用PLC计算脉冲个数，可达到控制闸门的启闭速度。在大多数以双吊点液压启闭机启闭的闸门中，PLC纠偏系统主要由行程数据检测装置、PLC控制程序和液压纠偏回路构成，具体组成如图1所示。
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图 1 PLC 纠偏系统的组成
图1中，p1，p2分别为右侧和左侧液压缸压力；PSY为电源模块；CPU为处理器模块；DEY为模拟量输入模块；AEY为开关量输入模块；DSY为开关量输出模块。由于闸门是否执行自动纠偏指令主要是由行程检测装置的两侧液压缸运行过程中的行程数据决定的，所以行程检测装置是自动纠偏系统的基础。液压缸行程检测装置主要检测两侧液压缸的同步性，其稳定性、可靠性、精度对自动纠偏系统有着决定性的作用，也直接关系启闭机的运行精度。行程检测装置将行程数据反馈给PLC，PLC控制程序对数据进行计算后，与系统设定的偏差值进行比较，如果超过偏差值，则发出纠偏指令。液压纠偏回路主要有节流阀和电磁换向阀构成，在PLC发出纠偏指令后，节流阀调节回油流量的大小，从而调节纠偏时的速度，防止纠偏过快或过慢造成闸门卡阻或卡死。电磁换向阀主要保证闸门运行过程中的同步性，有效防止闸门卡阻。
2同步误差的形成过程
闸门本身的重力是工作人员考虑的主要因素，另外在运动的过程中也会产生一定的阻力。这种阻力并不是一成不变的，由于不同设备之间的阻力不同，因此，摩擦力也存在着差异。由于闸门在运行的过程中会受到各种杂物或者是阻力的影响，因此操作工程可能会具有一定的难度。另外，受力程度存在着差异，因此，打开的角度就明显不同。对于安装环节来说，如果出现了不同步的现象，可能受到以下几个方面的影响：第一，安装过程中油缸分属于不同的闸墩，外形上出现了严重地偏差。在做机械运动的过程中，由于运动速度存在着明显的差异，因此，摩擦力和阻力等都会出现明显地不均匀状态。第二，从安装的过程中可以看出，由于机器运动的速度快慢不同，因此，性能的差异也就比较明显。而且随着时间的差异，差异性会愈加突出。工作人员只有对同步误差形成的原因进行分析，才能够在实际的应用中找到科学的解决措施，有针对性地提升水利节制闸的运行效果。
3PLC设计
PLC采用可以编制程序的存储器，用来完成逻辑、顺序、算术运算，以及计时、计数等操作指令，并能通过数字或模拟式的输入或输出控制各种生产活动。节制闸控制系统中PLC采用MB40E型智能PLC，PLC满足所有监控功能、性能优越，与有丰富的同类运行经验的知名品牌相比，全部模件采用标准化模件，均支持带电插拔；有开出保护功能，PLC可方便地与采用不同规约的现场总线的设备通信；PLC电源突然中断或恢复、电压波动时，不会出现误动作；电源故障时向主控级发送报警信号。PLC具有电源故障保护、外部电源隔离和电源恢复自启动等功能。PLC具有掉电保护功能，即当PLC失电的情况下能保存住一些重要型号的实时测量值，当恢复电源时自动根据所保存的数值继续进行测量以及相应的累计计算。PLC带有丰富的、成熟的系统软件、支持软件及应用软件，支持流程图方式编程，以便实现PLC的各种功能，并达到其技术性能要求。其中CPU模件具备以下特性；a）CPU字长32位Pentium级，内存128MB以上，主频300MHz以上；b）提供优先级中断功能。最高级中断应是非屏蔽的，中断级不少于8级；c）具有故障报警和“看门狗”功能；d）存贮器具有错误检测功能和保护特性；e）存取时间小于120ns；f）至少有50%总的存贮容量留作备用；g）RAM存贮器应是电池支持的，带后备电池。并应带有FlashRom存储器作程序备用；h）机内总线应标准化，应具有局部网通信接口和现地终端接口。所有的I/O模件均为智能I/O模件，其中开关量输出模件具有开出重漏选保护功能，与远程IO单元应采用双总线冗余网络。具备标准串口通信接口模块，串口具备可编程功能，以适应与现场各类智能设备的通信。
4PLC系统软件设计
为提高系统的可靠性，PLC控制器通过继电器控制接触器的工作，而不是由PLC直接驱动接触器。程序的编制采用模块化结构。包括主程序，事件处理子程序，硬件中断程序等。下面就各模块的程序设计做三点简要说明。1）主程序主程序主要对液压系统的正常工作与安全保护进行控制。2）事件处理子程序处理程序包括日常停机，安全保护停机，意外停机，程序的启动包括自行开动，人工开动，检查修理时的开动，周期定时开动等等，继电器控制器子程序主要完成油泵的运转和停止控制，经过计算程序来达到检查是否两个缸体的活动是一致的，当活动同步的时候这个数字应当为零。当纠正偏差值大于零的时候就要开始纠正活动，如果发现速度不一致的情况，对于速度太快者给予停止供油，消除时差后再供给油。在定时中断程序中，要实现内外水位的监测与比较，当水位差达到设定值时，自动启动子程序启动。3）硬件中断程序由于程序中加入了能够产生自我中断的程序，所以如果传感器能够感受到错误和意外的存在，程序会自动检查故障发生的位置和严重程度。会自动停止。做出报告，能够引起故障在最快时间内得到发现而不影响工作进行。
5流程管理
低优先级流程严禁中断高优先级流程的执行，对于高优先级流程，可以对低优先级流程的执行进行终止。流程管理主要从以下三个方面简要阐述：①闸门正常提门、落门、停门及目标开度流程管理在获取主控台或者LCU触摸屏发出的操作指令之后，便能将闸门按照指令移动到相应的位置。②流程异常处理该模块主要有：防误处理流程，以及为程序设置的相应故障标志位。对于前者，往往是因为相关动门条件不满足，或者闸门开度测试存在问题，进而引起的强制停止。此外，在闸门管控系统中，一些故障状态被定义成保持型变量，通过它们可以提醒用户，进行及时维修。当故障问题解决之后，便能加以恢复，这样，就可以规避程序的频繁动作。③流程优先级管理为使闸门操作的安全性能更高，而且相关管控流程，都要有着对应的优先级，这样就能让应用有条不紊的执行。通常优先级的先后次序，首先是防误处理流程、停闸、落闸、提闸、闸门目标开度控制。
结语
总之，将PLC运用到水利节制闸同步控制中，有效解决了两侧液压缸同步运动的问题，且结构简单，安全可靠，比现有单液压行程控制精度更高，且易于实现计算机远程控制。
参考文献：
[1]常成.基于PLC的闸门自控系统研究[J].华北水利水电大学学报（自然科学版），2015，36（1）：76-80.
[2]孔笑峰.节制闸工程在建设生态漯河中的必要性分析[J].河南水利与南水北调.2013（03）
论文作者:李嘉喜
论文发表刊物:《基层建设》2020年第1期
论文发表时间:2020/4/14
标签：闸门论文; 程序论文; 优先级论文; 系统论文; 液压缸论文; 流程论文; 行程论文; 《基层建设》2020年第1期论文;