鄭思成

（彭道口水利樞紐管理局 郯城 276111）

1 問題的提出

彭家道口分洪閘位于分沂入沭水道入口處，主要功能是分泄沂河洪水入沭河，通過大官莊水利樞紐東調(diào)就近入海，以減輕沂河下游洪水壓力。工程建于1974年5月，于2000年12月～2002年7月加固改造，工程按50年一遇洪水設(shè)計(jì)、100年一遇洪水校核，為大（2）型工程。

監(jiān)控系統(tǒng)為2002年彭家道口分洪閘加固改造時(shí)所建，經(jīng)過6年來的運(yùn)行，系統(tǒng)老化，故障頻發(fā)。存在的問題主要有：系統(tǒng)不穩(wěn)定，傳輸速度慢，部分傳感器失靈,急需維修更換傳感器以及通訊主板；部分啟閉機(jī)顯示運(yùn)行錯(cuò)誤，自動(dòng)跳出程序，操作運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)反應(yīng)速度慢。因此應(yīng)用PLC實(shí)施彭家道口分洪閘監(jiān)控系統(tǒng)改造工程極為必要。

2 PLC簡介

國際電工委員會(huì)（IEC）對(duì)可編程序控制器（Programmable Logic Controller，PLC）的定義是：PLC 是一種數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用了可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC具有通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡單等特點(diǎn)。

PLC在工業(yè)自動(dòng)化控制特別是順序控制中的地位，在可預(yù)見的將來是無法取代的。

3 在彭家道口閘自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1 概述

遵循“技術(shù)先進(jìn)、安全可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)用”的原則，按新的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)指導(dǎo)思想進(jìn)行總體設(shè)計(jì)和系統(tǒng)配置，把原來落后的儀表控制改為PLC，采用西門子S7系列PLC，以提高系統(tǒng)的可靠性。

a.主控級(jí)與LCU采用國際先進(jìn)的Profibus-DP工業(yè)總線。

b.組態(tài)軟件采用成熟的西門子Wincc 6.0，人機(jī)接口功能強(qiáng)，人機(jī)界面友好、操作方便。應(yīng)用軟件采用西門子Step7 V5.3編程軟件，保證軟硬件之間的無縫集成和高可靠運(yùn)行。

3.2 工程設(shè)計(jì)布局和系統(tǒng)設(shè)備配置設(shè)計(jì)

3.2.1 設(shè)計(jì)功能特點(diǎn)

該系統(tǒng)采用全開放、分層、全分布式結(jié)構(gòu)，由位于橋頭堡的主控級(jí)、中控室（防汛調(diào)度中心）的主控級(jí)和位于啟閉機(jī)現(xiàn)場(chǎng)的現(xiàn)地控制單元三部分組成。

3.2.2 系統(tǒng)設(shè)備配置設(shè)計(jì)

主控級(jí)設(shè)備主要由主控級(jí)操作員工作站、現(xiàn)地控制S7—200 PLC控制器、現(xiàn)地按鍵觸摸液晶TD400屏、中控室S7—300PLC等構(gòu)成。

3.2.3 現(xiàn)地控制單元LCU設(shè)計(jì)

LCU包括PLC和動(dòng)力控制。

a.PLC控制柜共20套，配有TD400觸摸屏作為現(xiàn)地的人機(jī)接口界面等。

b.閘門傳感器共19套，閘門開度傳感器直接進(jìn)入PLC輸入模塊，經(jīng)S7—200 CPU采集、運(yùn)算、處理后，由TD400直接顯示閘門實(shí)際開度。

3.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能

3.3.1 設(shè)計(jì)概述

主控級(jí)完成對(duì)各閘門的安全監(jiān)視和控制以及系統(tǒng)運(yùn)行管理、運(yùn)行報(bào)表生成與打印、對(duì)外通信管理等?，F(xiàn)地控制單元主要完成對(duì)閘門的數(shù)據(jù)測(cè)量、閘門控制、操作顯示及通信等。

3.3.2 設(shè)計(jì)功能

設(shè)計(jì)功能分為以下幾個(gè)過程：

a.19孔閘門開度的遠(yuǎn)方及現(xiàn)地控制和監(jiān)視。

b.19孔閘門卷揚(yáng)運(yùn)行狀態(tài)和電量、上下游水位等參數(shù)的遠(yuǎn)方及現(xiàn)地控制、保護(hù)和監(jiān)測(cè)。

c.主控級(jí)之間及主控級(jí)與現(xiàn)地控制單元（LCU）之間的通信（Profibus-DP）等。

3.3.3 運(yùn)行控制方式設(shè)計(jì)

a.遠(yuǎn)方控制過程。中控室主控級(jí)對(duì)接入該系統(tǒng)的各個(gè)閘門及其啟閉機(jī)進(jìn)行監(jiān)控，操作過程有事先提示，閘門位置有實(shí)時(shí)反映，運(yùn)行故障能及時(shí)報(bào)警。

b.現(xiàn)地控制過程。閘門檢修期及主控級(jí)發(fā)生故障等情況下，在LCU控制柜對(duì)閘門進(jìn)行控制，并將控制信號(hào)輸入PLC傳送到操作員工作站以便監(jiān)視。

c.現(xiàn)地控制單元在PLC發(fā)生故障時(shí)，啟動(dòng)手動(dòng)按鈕控制系統(tǒng)?，F(xiàn)地控制與遠(yuǎn)方控制相互閉鎖，并在現(xiàn)地進(jìn)行切換，即現(xiàn)地優(yōu)先。現(xiàn)地控制時(shí)，能將控制信號(hào)、運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)在現(xiàn)地顯示，并送到中控室操作員工作站。遠(yuǎn)方控制時(shí)主控級(jí)優(yōu)先，并在主控級(jí)切換。

3.3.4 主控級(jí)設(shè)計(jì)

a.調(diào)試實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理。

?模擬量（啟閉機(jī)電流、電壓及水位等）調(diào)試。數(shù)據(jù)采集方式為定時(shí)掃描，處理包括回路斷線檢測(cè)、數(shù)字濾波、誤差補(bǔ)償、數(shù)據(jù)有效性合理性判別、標(biāo)度換算、越復(fù)限判別及報(bào)警，最后經(jīng)格式化處理存入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫；

?開關(guān)量（狀態(tài)量）調(diào)試。開關(guān)量包括中斷（事件順序記錄，SOE）開關(guān)量和非中斷開關(guān)量。中斷開關(guān)量指事故信號(hào)、斷路器分合及重要繼電保護(hù)的動(dòng)作信號(hào)，系統(tǒng)以中斷方式響應(yīng)并進(jìn)行優(yōu)先順序記錄。非中斷開關(guān)量指中斷開關(guān)量以外的開關(guān)量，包括各類故障信號(hào)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、工作方式轉(zhuǎn)換開關(guān)位置信號(hào)等，系統(tǒng)以定時(shí)掃描方式采集。對(duì)其處理包括光電隔離、濾波、基準(zhǔn)時(shí)間補(bǔ)償、數(shù)據(jù)有效性合理性判別、啟動(dòng)事件順序記錄、發(fā)出事故報(bào)警、自動(dòng)推出畫面、自動(dòng)停機(jī)等，最后經(jīng)格式化處理，存入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫。

b.實(shí)時(shí)控制設(shè)計(jì)。操作人員通過操作鍵盤和鼠標(biāo)，對(duì)閘門進(jìn)行升、降或中間停機(jī)的遠(yuǎn)方控制；采用現(xiàn)地手動(dòng)操作、現(xiàn)地自動(dòng)操作和遠(yuǎn)方操作三種控制方式，互為閉鎖，在現(xiàn)地進(jìn)行切換操作，且現(xiàn)地優(yōu)先。

c.安全監(jiān)視及事件報(bào)警設(shè)計(jì)。

?運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視。操作人員對(duì)系統(tǒng)內(nèi)各主設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)，例如閘門升降過程等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視；

?控制及越復(fù)限報(bào)警記錄。監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)某些參數(shù)以及計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行范圍監(jiān)視，對(duì)這些參數(shù)量值可預(yù)先設(shè)定其限制范圍，當(dāng)它們?cè)较藜皬?fù)限時(shí)做相應(yīng)處理；

?事故順序記錄。當(dāng)設(shè)備工作異常或系統(tǒng)硬件、軟件發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)將立即以中斷方式響應(yīng)予以記錄；自動(dòng)顯示報(bào)警語句；啟動(dòng)音響報(bào)警；自動(dòng)推出相關(guān)畫面；作事故原因分析并提示處理方法。系統(tǒng)將發(fā)生的事故及設(shè)備的動(dòng)作情況按其發(fā)生的先后順序記錄下來，以便查詢與分析。

4 結(jié)語

彭家道口分洪閘監(jiān)控系統(tǒng)改造工程于2008年4月通過竣工驗(yàn)收，2年多時(shí)間的運(yùn)行表明：PLC的成功應(yīng)用對(duì)確保彭家道口分洪閘工程安全、可靠、靈活運(yùn)用，尤其是2009年7月21日的成功分洪，起到了很大的作用。