PLC在闸门液压启闭系统中的开发应用
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摘 要：针对传统闸门人工操作的实时性差、准确性低等缺陷，设计了可编程逻辑控制器（plc）在江门某水闸弧形门液压启闭设备中的应用，阐述了系统的硬件和软件配置，实现了闸门启闭全过程的自动控制及故障的监测与处理，大大提高了启闭机的自动化水平。
1 概述
江门某水闸位于江门市蓬江区北街江门水道入口与西江交汇处，是一座以防洪、排涝为主，兼顾航运、交通与灌溉的重要中型水闸。该水闸有四孔分洪孔，每孔孔口宽12m，高5.5m，由弧形钢闸门控制，闸门尺寸为11.92m×5.6m（宽×高），采用QHLY-2×250-5.5液压启闭机进行启闭控制。每孔分洪孔的弧形闸门设有一套双缸液压启闭设备，文章以其中一孔为对象，详细阐述了如何利用PLC实现对弧形闸门的启闭控制，并对闸位、水位及相关故障情况实时采集监测，从而取代人工现场观测收集数据、报告运行[1]的传统方法，提高了执行效率和整体可靠性。
2 闸门的液压启闭机系统原理
以1#泄洪孔的液压启闭机[2]系统为例，其电气控制原理图如图1（图1右边为主要部件标注）。
该液压启闭系统主要由油泵电动机组、弧形闸门液压缸、油箱等组成。液压缸活塞的前进、后退等动作的控制，由电磁阀YV1、YV21、YV31、YV41和YV51共同完成。闸门提升和关闭的控制，主要是通过液压启闭机电气控制装置根据现地或远方启/闭闸门命令自动启动油泵电机组，开启相应的电磁阀使油缸伸出或缩回，而启闭机的油缸与闸门经吊头连接，从而通过活塞杆在油缸中的伸缩带动闸门关闭或开启。图1中，YV1为卸荷电磁阀，YV21和YV31分别为闸门开启和关闭电磁阀，YV41和YV51为闸门左、右纠偏电磁阀。
（1）开启闸门，空载启动液压泵电动机组，延时10秒左右，电磁阀YV1、YV21 通电，压力油分两路经23.1-23.2调速阀粗调同步后进入左右液压缸有杆腔，液压缸无杆腔油液经34.1单向阀背压0.4MPa 流回油箱。
（2）关闭闸门，空载启动液压泵电动机组，延时10秒左右，电磁阀YV1、YV31 通电，压力油打开29液控单向阀，液压缸有杆腔油液经23.9-23.10调速阀后流回液压缸无杆腔，同时压力油经20.1-20.2溢流阀向液压缸无杆腔补油，压力为0.4MPa。
（3）闸门同步控制：在闸门启闭过程中，闸门开度及行程控制装置全程连续检测两只液压缸的行程偏差，当偏差大于等于20mm时，电磁阀YV41和YV51自动得电，调整液压缸有杆腔进、出油量，使闸门同步。两只液压缸的行程偏差值大于等于60mm时，液压系统自动停机并发出报警信号。
图1 闸门液压启闭机系统原理图
1-4#分洪孔闸门各操作状态对应的阀组控制，如图2。
3 PLC控制系统设计
3.1 PLC控制系统主要硬件配置[3]
文章采用美国GE VersaMax系列PLC，IC200CPUE001型中央处理器模块，配以以太网接口，完成模拟量和开关量输入输出分配。对整个弧形闸门液压启闭系统的控制，由PLC获取闸门状态如闸门开度、闸门上下限位、下滑及超差等信息，并对系统运行状态进行监测，采集保护信号，以便对各类故障如油压油位、滤油器堵塞及PLC异常报警等及时有效地处理。PLC控制单元硬件配置图如图3。
图3 PLC控制单元主要硬件配置
3.2 PLC的输入输出（I/O）系统
3.2.1 PLC的I/O配置[4]简介
系统采用PLC开关量输入模块（DI）为32点的IC200MDL650，开关量输出模块（DO）为16点的IC200MDL940。对开关量输入（DI），有“自动”和“远方”的工况选择，即当在PLC电气控制柜上选择“手动”操作时， 可手动操作控制柜上的按钮来控制闸门的升降停、纠偏等，当选择控制柜上“自动”操作，远程监控计算机选择“远程”时，通过监控软件输入指定闸门开度，并选择上升或下降，闸门将自动运行至指定的开度值。 开关量还有“1#泵”和“2#泵”泵组选择、1-4#闸门开、关和停止的操作等。而开关量输出（DO），用于控制泵电机组、电磁阀和指示灯声/光报警等。
3.2.2 PLC的输入输出（I/O）模块电气接线图
PLC的I/O模块电气接线图如下。图4和图5分别为PLC输入模块和输出模块的接线图。
图4 PLC输入模块电气接线图
图5 PLC输出模块电气接线图
4 PLC软件设计
4.1 PLC软件编程的I/O地址分配
由PLC的各输入输出模块，有对应模块的地址编码表，以1#泄洪孔闸门为例，则PLC地址表，如表1。
表1 PLC的I/O地址编码对照表（1#泄洪孔）
4.2 PLC软件编程流程图
该系统编程软件[5]采用美国通用（GE）公司的Versapro，其硬件配置，以及模拟量、开关量的地址分配都在编程软件Versapro中完成。系统程序采用模块化结构，将总的控制任务分为各个子模块。闸门控制的模块[6]梯型图程序，主要包括闸门上升、闸门下降、闸门同步纠偏控制程序等，PLC程序流程图如图6 所示。
5 结束语
文章中PLC在江门某水闸液压启闭系统中的设计应用，通过现场运行，显示了其控制分洪孔弧形闸门操作方便、对闸门开度等状态控制实时、精准等优点，弥补了传统控制方式的不足，提高了水闸闸门监测、控制与调度的的自动化水平，具有良好的实用性。
参考文献
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[2]张波涛，许丽娜.液压启闭机原理及日常维护[J].机电信息，2010，（24）：183-184.
[3]刘国辉.基于PLC的控制系统在闸门液压自动启闭机上的应用[J].中国科技信息，2007， （4）：67-70.
[4]王守城，段俊勇.液压系统PLC控制实例精解[M].北京：中国电力出版社，2011.
[5]赵春生.可编程序控制器应用技术[M].北京：人民邮电出版社，2010.
[6]牛广文，边玉国. 基于PLC与组态软件的闸门监控系统的实现[J].工业控制计算机，2007，20（9）：84-85.