PLC在閘門液壓啟閉系統(tǒng)中的開發(fā)應用

胡翠 王小平

摘 要：針對傳統(tǒng)閘門人工操作的實時性差、準確性低等缺陷，設計了可編程邏輯控制器（PLC）在江門某水閘弧形門液壓啟閉設備中的應用，闡述了系統(tǒng)的硬件和軟件配置，實現(xiàn)了閘門啟閉全過程的自動控制及故障的監(jiān)測與處理，大大提高了啟閉機的自動化水平。

關鍵詞：弧形閘門；液壓啟閉機；PLC；自動監(jiān)測

1 概述

江門某水閘位于江門市蓬江區(qū)北街江門水道入口與西江交匯處，是一座以防洪、排澇為主，兼顧航運、交通與灌溉的重要中型水閘。該水閘有四孔分洪孔，每孔孔口寬12m，高5.5m，由弧形鋼閘門控制，閘門尺寸為11.92m×5.6m（寬×高），采用QHLY-2×250-5.5液壓啟閉機進行啟閉控制。每孔分洪孔的弧形閘門設有一套雙缸液壓啟閉設備，文章以其中一孔為對象，詳細闡述了如何利用PLC實現(xiàn)對弧形閘門的啟閉控制，并對閘位、水位及相關故障情況實時采集監(jiān)測，從而取代人工現(xiàn)場觀測收集數(shù)據(jù)、報告運行[1]的傳統(tǒng)方法，提高了執(zhí)行效率和整體可靠性。

2 閘門的液壓啟閉機系統(tǒng)原理

以1#泄洪孔的液壓啟閉機[2]系統(tǒng)為例，其電氣控制原理圖如圖1（圖1右邊為主要部件標注）。

該液壓啟閉系統(tǒng)主要由油泵電動機組、弧形閘門液壓缸、油箱等組成。液壓缸活塞的前進、后退等動作的控制，由電磁閥YV1、YV21、YV31、YV41和YV51共同完成。閘門提升和關閉的控制，主要是通過液壓啟閉機電氣控制裝置根據(jù)現(xiàn)地或遠方啟/閉閘門命令自動啟動油泵電機組，開啟相應的電磁閥使油缸伸出或縮回，而啟閉機的油缸與閘門經(jīng)吊頭連接，從而通過活塞桿在油缸中的伸縮帶動閘門關閉或開啟。圖1中，YV1為卸荷電磁閥，YV21和YV31分別為閘門開啟和關閉電磁閥，YV41和YV51為閘門左、右糾偏電磁閥。

（1）開啟閘門，空載啟動液壓泵電動機組，延時10秒左右，電磁閥YV1、YV21 通電，壓力油分兩路經(jīng)23.1-23.2調(diào)速閥粗調(diào)同步后進入左右液壓缸有桿腔，液壓缸無桿腔油液經(jīng)34.1單向閥背壓0.4MPa 流回油箱。

（2）關閉閘門，空載啟動液壓泵電動機組，延時10秒左右，電磁閥YV1、YV31 通電，壓力油打開29液控單向閥，液壓缸有桿腔油液經(jīng)23.9-23.10調(diào)速閥后流回液壓缸無桿腔，同時壓力油經(jīng)20.1-20.2溢流閥向液壓缸無桿腔補油，壓力為0.4MPa。

（3）閘門同步控制：在閘門啟閉過程中，閘門開度及行程控制裝置全程連續(xù)檢測兩只液壓缸的行程偏差，當偏差大于等于20mm時，電磁閥YV41和YV51自動得電，調(diào)整液壓缸有桿腔進、出油量，使閘門同步。兩只液壓缸的行程偏差值大于等于60mm時，液壓系統(tǒng)自動停機并發(fā)出報警信號。

圖1 閘門液壓啟閉機系統(tǒng)原理圖

1-4#分洪孔閘門各操作狀態(tài)對應的閥組控制，如圖2。

3 PLC控制系統(tǒng)設計

3.1 PLC控制系統(tǒng)主要硬件配置[3]

文章采用美國GE VersaMax系列PLC，IC200CPUE001型中央處理器模塊，配以以太網(wǎng)接口，完成模擬量和開關量輸入輸出分配。對整個弧形閘門液壓啟閉系統(tǒng)的控制，由PLC獲取閘門狀態(tài)如閘門開度、閘門上下限位、下滑及超差等信息，并對系統(tǒng)運行狀態(tài)進行監(jiān)測，采集保護信號，以便對各類故障如油壓油位、濾油器堵塞及PLC異常報警等及時有效地處理。PLC控制單元硬件配置圖如圖3。

圖3 PLC控制單元主要硬件配置

3.2 PLC的輸入輸出（I/O）系統(tǒng)

3.2.1 PLC的I/O配置[4]簡介

系統(tǒng)采用PLC開關量輸入模塊（DI）為32點的IC200MDL650，開關量輸出模塊（DO）為16點的IC200MDL940。對開關量輸入（DI），有“自動”和“遠方”的工況選擇，即當在PLC電氣控制柜上選擇“手動”操作時， 可手動操作控制柜上的按鈕來控制閘門的升降停、糾偏等，當選擇控制柜上“自動”操作，遠程監(jiān)控計算機選擇“遠程”時，通過監(jiān)控軟件輸入指定閘門開度，并選擇上升或下降，閘門將自動運行至指定的開度值。 開關量還有“1#泵”和“2#泵”泵組選擇、1-4#閘門開、關和停止的操作等。而開關量輸出（DO），用于控制泵電機組、電磁閥和指示燈聲/光報警等。

3.2.2 PLC的輸入輸出（I/O）模塊電氣接線圖

PLC的I/O模塊電氣接線圖如下。圖4和圖5分別為PLC輸入模塊和輸出模塊的接線圖。

圖4 PLC輸入模塊電氣接線圖

圖5 PLC輸出模塊電氣接線圖

4 PLC軟件設計

4.1 PLC軟件編程的I/O地址分配

由PLC的各輸入輸出模塊，有對應模塊的地址編碼表，以1#泄洪孔閘門為例，則PLC地址表，如表1。

表1 PLC的I/O地址編碼對照表（1#泄洪孔）

4.2 PLC軟件編程流程圖

該系統(tǒng)編程軟件[5]采用美國通用（GE）公司的Versapro，其硬件配置，以及模擬量、開關量的地址分配都在編程軟件Versapro中完成。系統(tǒng)程序采用模塊化結(jié)構(gòu)，將總的控制任務分為各個子模塊。閘門控制的模塊[6]梯型圖程序，主要包括閘門上升、閘門下降、閘門同步糾偏控制程序等，PLC程序流程圖如圖6 所示。

5 結(jié)束語

文章中PLC在江門某水閘液壓啟閉系統(tǒng)中的設計應用，通過現(xiàn)場運行，顯示了其控制分洪孔弧形閘門操作方便、對閘門開度等狀態(tài)控制實時、精準等優(yōu)點，彌補了傳統(tǒng)控制方式的不足，提高了水閘閘門監(jiān)測、控制與調(diào)度的的自動化水平，具有良好的實用性。

參考文獻

[1]劉俊偉.基于PLC的水庫閘門遠程監(jiān)控系統(tǒng)[J].計量與測試技術，2007，34（4）：33-38.

[2]張波濤，許麗娜.液壓啟閉機原理及日常維護[J].機電信息，2010，（24）：183-184.

[3]劉國輝.基于PLC的控制系統(tǒng)在閘門液壓自動啟閉機上的應用[J].中國科技信息，2007， （4）：67-70.

[4]王守城，段俊勇.液壓系統(tǒng)PLC控制實例精解[M].北京：中國電力出版社，2011.

[5]趙春生.可編程序控制器應用技術[M].北京：人民郵電出版社，2010.

[6]牛廣文，邊玉國. 基于PLC與組態(tài)軟件的閘門監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)[J].工業(yè)控制計算機，2007，20（9）：84-85.