小型船閘監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)VIP

小型船閘監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)王興賀,沙洪*（信息與控制工程學(xué)院，自動化 1001班）摘要：隨著科技發(fā)展和社會進(jìn)步，計算機(jī)監(jiān)控技術(shù)已在我國的水利事業(yè)中被廣泛應(yīng)用于泵站監(jiān)控、船閘監(jiān)控、閘門監(jiān)控、變電站監(jiān)控等方面。在船閘自動化監(jiān)控方面，可編程控制器技術(shù)較為成熟地應(yīng)用使得船閘監(jiān)控系統(tǒng)也逐漸趨于完善。主要實現(xiàn)了用PLC實現(xiàn)小型船閘的自動控制，并給出了比較詳細(xì)的系統(tǒng)設(shè)計過程，系統(tǒng)配置，及程序運行的結(jié)構(gòu)框圖，及相應(yīng)的程序，井介紹了船閘的結(jié)構(gòu)和工作原理，對PLC船閘自動控制系統(tǒng)的完善具有重要意義。關(guān)鍵詞: 船閘閘門；自動控制；PLC；WinCC0 引 言近年來，水閘在水利工程上得到了廣泛的應(yīng)用。在傳統(tǒng)水閘啟閉機(jī)控制系統(tǒng)中，由于電器觸點數(shù)量較多，可靠性較差，閘門開度僅憑肉眼觀察，誤差大等原因，難以達(dá)到所期望的控制要求。提出了基于PLC和WinCC的控制方案，利用可編程控制器(PLC)的抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，平均無故障時間長以及WinCC良好的可視化的等特點，對水閘控制系統(tǒng)的啟閉機(jī)自動啟閉閘，手動啟閉閘以及閘位，水位實時監(jiān)控，顯示和各種故障情況的報警連鎖保護(hù)控制等進(jìn)行了系統(tǒng)設(shè)計。1 工藝流程小型船閘監(jiān)控系統(tǒng)工藝流程如圖1所示。圖1 工藝流程圖本系統(tǒng)的閘門是位于河道上的船閘，分為上下游兩個閘首，每個閘首各由一個單孔閘門構(gòu)成，為充分發(fā)揮工程效益和提高工程運行管理水平，建設(shè)閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)。監(jiān)控系統(tǒng)要對上、下閘首閘門（啟閉機(jī)等）進(jìn)行控制，并控制通航指揮系統(tǒng)的上、下閘首的通航信號燈等設(shè)備；測量上游、下游及閘室水位置。*指導(dǎo)教師:沙洪（1974-）,女,吉林省吉林市人, 中油吉化高碳醇廠工程師,主要從事精細(xì)化工,聯(lián)系方式:船閘的工作流程分為上行和下行兩部分，上行部分為：閘室水位與下游水位一致，下閘門打開，下閘首通行指示燈亮，船只進(jìn)入閘室；船只完全進(jìn)入閘室關(guān)閉下閘門，等待閘室水位與上游水位一直，打開上閘門，上閘首通行指示燈亮，船只進(jìn)入上游；船只完全進(jìn)入上游，關(guān)閉上閘門。下行過程為：水位與上游水位一致，上閘門打開，上閘首通行指示燈亮，船只進(jìn)入閘室；全進(jìn)入閘室，關(guān)閉上閘門，等待閘室水位與下游水位一致，打開下閘門，下閘首通行指示燈亮，船只進(jìn)入下游；船只完全進(jìn)入下游，關(guān)閉上閘門。2 系統(tǒng)軟件介紹在分析工藝流程的基礎(chǔ)上，進(jìn)行船閘閘門自動監(jiān)控系統(tǒng)控制方案研究與確立，上位機(jī)畫面組態(tài)選用德國西門子公司的WinCC7.0，下位機(jī)同樣選用Step 7V5.5，并通過MPI協(xié)議實現(xiàn)通訊，在下位機(jī)控制輸出點的同時可以良好的在上位機(jī)畫面中實現(xiàn)畫面動作，真正實現(xiàn)對船閘自動控制系統(tǒng)的各個參數(shù)的監(jiān)控和報警查詢。3 控制系統(tǒng)開發(fā)3.1 下位機(jī)程序設(shè)計根據(jù)控制要求，確定11個數(shù)字量輸入點，16個數(shù)字量輸出點，確立I/O點表，具體如表1。表1 I/O點表序號名 稱地址類 型序號名 稱地址類 型1手 動I0.0BOOL15上閘門關(guān)閉Q4.3BOOL2開上閘門I0.1BOOL16下閘門開啟Q4.4BOOL3關(guān)上閘門I0.2BOOL17下閘門關(guān)閉Q4.5BOOL4開下閘門I0.3BOOL18下閘首通行燈Q4.6BOOL5關(guān)下閘門I0.4BOOL19下閘首禁行燈Q4.7BOOL6開 船I0.5BOOL20上閘門上限檢測Q5.0BOOL7停 船I0.6BOOL21上閘門下限檢測Q5.1BOOL8自 動I0.7BOOL22下閘門上限檢測Q5.2BOOL9停 止I1.0BOOL23下閘門下限檢測Q5.3BOOL10下 行I1.1BOOL24船進(jìn)入閘室Q5.4BOOL11上 行I1.2BOOL25船進(jìn)入下游Q5.5BOOL12上閘門開啟Q4.0BOOL26船行駛Q5.6BOOL13上閘首通行燈Q4.1BOOL27船進(jìn)上游Q5.7BOOL14上閘首禁行燈Q4.2BOOL28PLC的種類繁多，品種多樣，在進(jìn)行硬件選型時，首先要估算輸入、輸出點，一般要在確定點數(shù)上增加10%20%的擴(kuò)展空間。在存儲器的估算上，按照I/O點數(shù)的1015倍，以此數(shù)為內(nèi)存總字?jǐn)?shù)，另外加上25%考慮余量。機(jī)型通常分為整體式和模塊式，對于本設(shè)計，選擇模塊式結(jié)構(gòu)。對于下位機(jī)程序，有經(jīng)驗法和順序功能圖兩種方法，本設(shè)計都是按“步”進(jìn)行，所以選擇順序功能圖。在上電后進(jìn)行手動、自動方式的選擇，其中手動方式的順序功能圖如圖2。圖2 手動順序功能圖3.2 上位機(jī)監(jiān)控組態(tài)以下閘首為例，點擊開閘時閘門升起，閘室水位上升，當(dāng)水位一致時，船只能順利通行，此過程中需要在水、閘門、船的坐標(biāo)上進(jìn)行C動作編程，并在上游水位和閘室水位輸出域中連接變量，能反映出水位變化值。圖3 下閘首4 結(jié)論在本系統(tǒng)中，確定了船閘的PLC控制設(shè)計，編寫了相應(yīng)的軟件程序，經(jīng)過對I/O進(jìn)行實時仿真，實現(xiàn)了船閘的上下行運行過程的實現(xiàn)，達(dá)到預(yù)期效果，結(jié)合WinCC監(jiān)控軟件，實現(xiàn)以人為本的工作理念，今后PLC將會發(fā)揮越來越重要的作用。參考文獻(xiàn)1 朱紅亮.航道工程管理信息化J.中國水運,2011,32(11):42-43.2 廖常初.PLC編程及應(yīng)用M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002. 3 蘇昆哲.深入淺出西門子WinCC V6.0 M.北京:航空航天大學(xué)出版社,2005.4 孫晉明.PLC在船閘的應(yīng)用J.中國水運,2005,25(8):51-52.5 王海峰,顧戰(zhàn)松.基于PLC的控制系統(tǒng)J.電氣自動化,2003,25(6):62-64.Design and Implementation of Monitoring System for Small Navigation Lock Gate WANG Xing-he,SHA Hong*(Class-0901, Major of Automation, College of Information &Control Engineering)Abstract: With the deepening of technology and the social progress, the computer control technology have been widely used on pump station monitoring, Navigation Lock monitoring, Gate monitoring and transformer substation monitoring. The technology of PLC have been maturely used on the navigation lock gate automatic monitoring. Introduces therealization of a small lock with PLC automatic control,and gives a more detailed system design,system configuration,and the block diagram of the program is running,and the corresponding procedures,and describes the structure and working principle of lock.This article is also alarm and query lock syetem,fieldbus communication in the host computer and researc