基于PLC的小型水库闸门自动控制系统设计

2014-07-08常宏斌

机械工程师 2014年10期

常宏斌

（贺州学院，广西贺州 542899）

0 引言

我国河流众多，水资源贮藏量居世界第一。在广西贺州地区，数量众多的小型水电站是电网可靠供电的重要组成部分，并对保护环境等起着不可估量的作用。小型水库闸门控制系统担负调节水电站发电来水量、汛期水库泄洪等任务，其动作是否正常可靠，直接关系到发电机组的运行和人民群众安全。传统水闸启闭机控制系统一般采用继电器-接触器，通过按钮来操作启动和关闭，由于电器触点可靠性比较差，控制手段落后，闸门开度也多凭肉眼观察，误差大；并且不能根据水位或其它状态的变化实现自动控制；维修方式采用事后维修和计划维修，这些方法都是基于人工或现场操作人员的经验，实时性差、可靠性低，不能准确定位故障发生的实际部位和原因，一旦出现故障则需要全站停机检修，造成较大的损失；而且传统的控制方式导致人员臃肿，分工过于繁密，工作效率低，浪费人力与物力的同时又不能充分发挥每个人的效能。因此迫切需要对闸门控制方式进行自动化改造。

1 系统方案确定与仪器选择

1.1 系统方案确定

系统要实现自动和手动功能。自动控制是利用PLC的逻辑处理功能和数据运算功能，自动控制水闸闸门的启闭，根据水位传感器传来的数据，自动调节闸门的开度。手动部分是根据现场的控制面板上的开关、按钮来控制闸门的启闭。水位传感器的计数存储在PLC 上，PLC 经过数据处理作用在现场设备上［1］。

1.2 仪器选择确定

根据控制系统实现的控制功能，选定：1）PLC［2］。输入口至少15 个，输出口至少9 个，PLC 最大的负载电压不能大于24 V，电流2 A，选用FX2N-48 MR 共计24 点输入，24 点输出。2）水位传感器［3］。选用UXP-91 静压式水位计；4-25 mA 的电流信号输出，精度高，性能可靠，价格低廉。3）模拟量输入模块。FX2N-4AD，共4 路模拟量输入端口。

2 外部+电路设计

2.1 PLC 输入输出接线图

图1 PLC 输入/输出接线图

图1 表示的是PLC 的输入和输出。工作原理：首先要闭合总开关，当开关选择到手动挡时，现场控制面板上的按钮有效，当需要放水时，按下SB3，A 闸上升，A 闸上升指示灯亮，按下SB5，B 闸上升，B 闸上升指示灯亮；如果水位安全，按下SB1，SB2，A、B 闸停止上升。如果没有按下SB1，SB2，当A、B 闸上升到上限时，限位开关SQ1、SQ3 自动断开，致使A、B 闸门停止。同理，A、B 闸下降也是同样的原理。

当选择开关选择到自动挡时，控制面板上的A、B 闸按钮无效，PLC 会根据水位传感器传来的数据与预置值相比较，自动调节闸门开度，例如：天正在下大雨，水位很快就到了危险水位，则水位传感器能立刻将数据传到PLC 存储器中，PLC 经过与预置值比较，发现危险水位，就会立刻作用于电动机正传，从而使得A、B 闸门开启，进行泄洪调节。

2.2 外部电器控制电气原理

外部电器控制主要实现控制闸门电机的正反传，分别通过接触器KM1、KM2 实现闸门A 的上升和下降，通过接触器KM2、KM3 实现闸门B 的上升和下降。系统接通电源后，按下SB3、SB5，接触器KM1、KM3 得电吸合，电动机A、B 转正转，A、B 闸门上升；按下SB1、SB2，电动机A、B 停止，从而闸门A、B 停止；再按下SB4、SB6，电动机A、B 反转，闸门A、B 下降；按下SB1、SB2，电动机A、B 停止，从而闸门A、B 停止。

3 系统软件设计

3.1 程序流程图

程序分系统参数初始化，手动和自动控制部分。核心部分即自动控制流程图，如图2 所示。系统先初始化水位参数。水位参数就是在PLC 存储器中写入枯水水位、安全水位和危险水位的数据，目的是和水位传感器传来的数据做比较。然后到开关判断，系统会检测是手动挡还是自动挡。如果是手动挡，转入手动控制；如果是自动挡，即为图2 的自动控制流程。首先，系统要读入安全水位，再读入当前水位，然后比较两数值；如果水位安全，系统就比较闸门预置值和当前闸门的位移，从而把闸门控制到预置值位置；如果水位不安全，系统就会判断是枯水还是危险，从而控制闸门的上升和下降。