摘要：根据船闸控制系统安全、可靠、高效的运行管理要求，PLC在船闸控制系统中的应用越来越广泛。PLC的应用提高了船闸运行的自动控制程度。巴江口电厂船闸液压启闭机自动控制系统使用了西门子S7-300 PLC，实现船闸的启/闭全过程的自动运行及监视，大大提高了液压启闭机的自动化水平，具有一定的先进性。
关键词：S7-300；PLC；液压启闭机；船闸；应用
0.引言
巴江口电厂是桂江干流综合利用规划的第一个梯级电厂，是一座以发电为主，兼顾航运、灌溉、水产养殖、旅游等综合利用的水利工程，大坝水库正常蓄水水位97.6米，电厂装机容量90MW。船闸紧靠大坝左岸边布置，闸室长80米，通航净宽8米，闸顶高程105.6米，设计标准为一次通过2×100拖带船队。巴江口船闸的上、下闸首各设一道检修闸门和一道工作闸门。上、下闸首挡水工作闸门选用一字闸门，采用卧式液压启闭机操作。船闸输水闸门启闭设备采用立式液压启闭机。每个闸首均设有一套PLC LCU控制柜，用于控制各闸首工作门和输水门。为保证船闸运行过程的安全性、可靠性和生产的连续性，同时提高其自动化水平，控制系统采用目前广泛应用并取得良好效果的可编程逻辑控制器（PLC）的控制系统。其中，PLC选用的是西门子公司的S7-300系列产品，用以实现闸门、阀门及相关辅助设备的控制。
1.巴江口电厂船闸PLC控制系统的基本结构
图1
巴江口电厂船闸PLC控制系统的基本结构如图1所示。整个系统共分为两级：上级为中央管理级，下级为现场控制执行级。中央管理级为操作员站，用于在线监视、实时工况显示、报警的操作员终端；现场控制执行级有两台西门子S7-300PLC所组成，分别分布在上闸首和下闸首，每个子站根据控制要求对船闸液压启闭机控制系统进行自动、现地启闭，采集闸门状态位、开度、水位实时监控、各种故障情况的报警和互锁的控制。在现场级与管理级之间通过PROFIBUS现场总线进行通信，现场PLC可以采集各种现场数字信号和模拟信号并通过现场总线送往操作员站。
2.软件设计
图二
2.1全自动启闭船闸程序
船闸的主要任务就是要确保船只安全顺利的通过船闸。本系统中PLC系统主要功能是通过PLC 的开关量输入模块采集一字门、输水门和开关位置状态等开关量，模拟量模块采集上下游水位、一字门和输水门开度等模拟量通过PLC程序的执行，输出控制信号对液压系统油泵的启停和液压元件的励磁来实现一字门、输水门的自动开关，并实时监控现地设备运行状态及参数。现就船只下行过程为例，用流程图说明PLC控制的基本原理，其PLC程序流程如图二所示。
此外，每个液压泵站有两台液压泵，通过PLC的程序控制使其自动交替运行，互相起到备用的作用，从而避免了以往备用泵长时间搁置不用，而主用泵频繁使用严重磨损的问题；为了保证控制系统工作可靠，防止通闸事故的发生，船闸一字门和输水门的开启必须对应闸首的一字门和输水门全关到位之后才能启动，控制系统在手动和自动状态下都有闭锁条件。
2.2同步纠偏
对于巴江口电厂船闸输水门双吊点的控制对两边液压缸的同步控制有很高的要求，而由于液压缸的制造工艺的不同、电磁阀以及管路密封性的区别，就需要对输水门两液压缸进行同步纠偏。同步纠偏系统包括液压控制与电气控制两部分，两者是一个有机的统一体。巴江口船闸输水门液压系统设置有左、右纠偏调节电磁阀，PLC通过控制纠偏电磁阀的励磁来调整两液压缸的流量，使两液压缸的运行速度及开度基本保持一致。图三为输水门左纠偏控制输出的梯形图。在输水门开启的过程中，PLC CPU模块对模拟量模块采集到的输水门左、右液压缸开度传感器的数据进行处理后，进行数据的比较，如果左、右液压缸行程偏差值大于等于20mm，并且小于40mm，那么就以运行速度慢的液压缸为基准，电控系统根据偏差信号的正负控制相应的电磁换向阀，使压力油进入较快液压缸的流量减少，从而使其速度减慢。这样不断的采样，不断调节两根液压缸活塞杆的位移，直至两液压缸活塞杆位移偏差小于10mm为止。同理，在闸门关闭过程中，以运行速度快的液压缸为基准，电控系统根据偏差信号的正负控制相应的换向阀动作，使液压缸下腔回油量增加，从而使其速度减慢，直至两液压缸活塞杆行程偏差小于10mm。当两液压缸活塞杆位移偏差大于40mm PLC控制系统发出自动停机令并发出同步超差报警信号，避免出现两液压缸过度不同步，导致输水门门体变形的现象。
图三
2.3故障信息显示与报警程序
PLC控制系统实时采集各个传感器的检测信号，包括液压系统压力超限信号、滤油器堵塞、水位传感器断线故障、油压传感器断线故障、开度传感器断线故障、邮箱油位异常、油温异常、同步超差、电机过载以及装置故障信号等。在运行中的系统，一旦检测到有故障立即转入到相应的故障处理程序进行停机处理，保证船闸系统的安全运行。
结束语
巴江口电厂船闸控制系统中应有西门子S7-300 PLC控制技术，实现了船闸的自动控制，大大简化了操作。PLC技术的应用不仅提高了船闸系统运行与维护的可靠性、安全性和自动化水平，而且实现了船闸集中、高效、安全的管理模式。真正实现了船闸监测、控制与调度的自动化。
参考文献：
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[2]郑源，吴在强.基于PLC的液压启闭机同步控制[J]，液压与气动，2014，（06）：108-110.
论文作者:刘献东
论文发表刊物:《电力设备》2019年第2期
论文发表时间:2019/6/13
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