邵立波

摘 要：近年来，随着社会经济的发展，人们对于水利设施的要求不断提高，为了满足人类日益增长的水利工程新要求，各地水利工程辅助设施也在不断的优化和改进。水利节制闸作为水利工程建设中一个主要的辅助设施之一，实现其智能化、自动化控制对于促进水利事业发展有着重要的指导意义。本文结合水利工程实例，探讨了水利工程节制闸的组成原理、現状，着重分析了PLC系统在其中的应用情况。

关键词：水利工程；节制闸；可编程控制器；液压系统

某水利工程是我国水域治理工程中的骨干工程之一，它在整个流域排洪减灾方面发挥出重要的作用。在该工程施工建设中，其节制闸是以二孔一联整体式结构为主的，其单孔的宽度为12m，节制闸的整体高度为10米，底板高度为-1米。在本工程施工建设中，节制闸的结构是以露顶式实心平面钢闸门为主的，而其控制系统是以倒挂式液压系统为主。

一、水利工程节制闸概述

所谓的节制闸主要指的是调节上下游水位的一个水闸，是控制下游泄流量和水位的主要设施。在目前的水利工程建设中，有许多的工作人员习惯性的将节制闸称之为拦河闸，它在应用之中是通过闸门的开启合以及闭合来调节和控制上游水位以及下游的泄流量，以满足不同时期的河流水资源需要，同时也能够及时的为水上运输做出具体的服务。

1.水利工程节制闸建设要求

在水利工程施工建设中，节制闸通常都是建设在分水闸、泄水闸下方，通过对水资源的分流和排泄来控制其得到灌溉、运输的目的；也有一些水利工程在节制闸建设中建设在渡槽、倒虹吸管的上游，以利于控制水流的流量和对工程的维修，并且在施工建设中要尽可能的与桥梁、跌水、陡坡等地段结合，从而发挥出最佳的社会经济效益。

2、水利工程节制闸的作用

渠道系统节制闸在施工建设中，宽度、高度都需要结合整个工程实际情况来进行分析，且在工作中要提前进行合理设计，以利于节制闸和整个水利工程主体结构的连接。在施工的过程中，当采用轮灌进行控制的时候，其节制闸上下游渠道的流量设计必须要保持一致，下游水位也就是设计流量的渠道水位高度。当采用续灌的时候，节制闸上下游流量则不尽相同，水位需要根据相应的流量来进行控制，但是下游水位需要根据下一级节制闸的控水能力来进行管理和控制。在当前的水利工程建设中，节制闸的施工越来越多，其在减少水流损失，保持河流运输畅通方面发挥出重要意义，不仅有效的解决了内外交通的运输情况，有有效的发挥着防洪减排、控制水位的作用。

二、液压系统在节制闸的应用

根据当前的工作实践总结表明，在现代化工程建设中液压系统的应用越来越广泛，它在节制闸中的应用技术也非常的成熟，无论是单侧启闭技术还是双侧启闭技术，都取得了可惜的成绩，但是它在运行的过程中如何保持水利水电技术相一致的研究要求仍是一个工作难点和重点。在现代化工作中，各个设计院依旧制造厂通过不断的钻研和努力，大部分的闸门都实现了同步控制技术，但是也有一些双吊点闸门在控制中双杠同步控制问题未曾得到有效的解决，使得闸门在起吊工作中容易产生倾斜，从而造成闸门的卡死，甚至是因为吊点设置不合理而产生拉托等现象，造成闸门失事。基于这种背景下，采用PLC系统作为控制核心就显得十分必要，其不仅能够有效的解决控制系统中所存在着的上述问题，同时也有效的保障了闸门的长期稳定运行。

1、同步误差的形成

在现代化水利工程施工建设中，采用液压气动系统来进行同步机械操作存在着极为突出的特殊性，也具备着极大的研究前景和工作优势。在目前的工作中，首先液压启闭机所发挥的作用并不是由人操作的，也不是自由悬挂的重物，而是沿着预先设置好的门槽方向来上下移动或者是围绕着支绞柱做旋转运动的闸门。因为这以闸门本身承担着水流的荷载和重力，因而是一个牵引构件上荷载的重量，同时也正是因为这个原因，使得这一闸门存在着很大的运行阻力，而且这些阻力又是不稳定的，因为它与水封和支撑行走机构摩擦表面的状态密切相关，如内外水位差，泥沙淤积，建筑垃圾和各种漂浮物落入门槽，以及埋没部件结冰等都会使运行阻力大大增加。

2 系统构成

解决双吊点液压启闭机系统不同步问题就是在上述因素对系统影响不可避免的情况下，如何利用PLC来实时控制液压启闭机双缸同步精度。该系统采用二台型号为YYB2255-4，功率为37KW的异步电动机带动变量液压泵为系统供油，且液压泵电机组采用一用一备工作方式。主要包括下位机和上位机的硬件，共同构成一个小型控制系统。

2.1、硬件系统

下位机和上位机之间通过MPI协议进行数据传输，PLC中央机架和扩展机架之间通过IM360和IM361接口模块进行连接。由于特殊的工艺特点，经充分论证选择了SIEMENS公司的SIMATICS7-300系列PLC作为控制核心。S7-300系列是模块化小型PLC系统。能满足中等性能的要求；主要有以下特点：

1）大范围的各种功能模块，可以满足和适应自动控制任务。

2）简单实用的分散式结构和多界面网络功能。

3）控制灵活，可靠性高，方便用户。

4）CUP处理速度快，集成功能强。

5）当控制任务增加时，模块扩展方便灵活。

2.2、软件系统

液压启闭机系统输入信号主要有手动/自动/远程控制开关量的输入，系统压力传感器的输入，油泵电压输入，开度传感器的输入，超差信号的输入及报警信号的输入等。既有模拟量的输入又有开关量的输入。

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

事件处理子程序包括正常停机子程序，安全停机子程序，紧急停机子程序，自动启动子程序，手动启动子程序，检修启动子程序，纠偏计算子程序，继电器控制子程序，定时中断程序等。继电器控制器子程序主要完成油泵的运转和停止控制，通过纠偏计算子程序不断计算两个液压缸是否同步，当纠偏量不为零时，对系统进行纠偏，对速度快的油缸停止供油，当油缸同步时再同时供油。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

由于选用了具有中断能力的数字量和模拟量输入模块，所以当硬件检测到现场信号发生时（发生故障），便自动执行硬件中断处理程序块（OB40）根据故障等级，在OB40中执行正常停机，安全停机或紧急停机，从而保证故障及时得到处理。

三、结束语

实践证明，将PLC引入液压启闭系统，成功解决了双缸同步的问题，且控制方便，可靠性高，结构简单，易于实现计算机直接控制。系统自投入试运行至今，效果很好。

参考文献：

[1]邓则名、邝惠芳、程良伦，电器与可编程控制器应用技术，机械工业出版社，1997.1.

[2]施光林、史维祥、李天石，液压同步闭环控制及其应用，机床与液压，1997.4.

[3]田勇、沈祖诒，双吊点闸门液压启闭机同步方法与策略，液压与气动，2004.5.