［摘 要］目前，水庫閘門管理已進入自動化時代，通過電氣工程技術，可以最大程度上提高水庫閘門的管理效率，降低對人力資源的消耗，提高水庫工作質量。文章探討了PLC 技術在閘門自動化控制系統(tǒng)中應用的先進性，闡述了PLC 技術在閘門自動化控制系統(tǒng)中的實際應用情況，以期為PLC 在閘門自動化控制系統(tǒng)中的應用提供參考。

［關鍵詞］水庫；閘門；PLC ；自動化控制系統(tǒng)

［中圖分類號］TM76 ［文獻標志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）09–0008–03

PLC（可編程邏輯控制器）是一種依托計算機編程技術實現(xiàn)自動化控制的電氣系統(tǒng)控制裝置。為實現(xiàn)水利工程的自動化發(fā)展目標，可引入PLC，為相關水利設施賦能，讓水利設施實現(xiàn)自動化、自主化運行，同時響應人工管理訴求，推動我國水利工程事業(yè)朝著信息化、智能化、自動化的方向發(fā)展，由以往依靠人工、粗放的管理模式，向精簡人力負擔、精細化的管理模式過渡。

1 PLC在閘門自動化控制系統(tǒng)中應用的先進性

1.1 PLC具備良好的抗干擾能力

PLC 采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術，擁有良好的生產(chǎn)制造工藝，可保障其內部電路的穩(wěn)定性、可靠性。 PLC 元器件內部融合了先進的抗干擾技術，如在電源變壓器、中央處理器、編程器等主要部件上，使用導電、導磁性良好的材料進行屏蔽處理，這在PLC 元器件運行過程中，可以保障良好的抗干擾性。PLC 電源還采用了隔離電源設計，在電網(wǎng)供電的大環(huán)境下，經(jīng)由多級濾波處理和集成電壓調整器進行調整，PLC 元器件可以較好地適應交流電網(wǎng)的波動，消除過電壓、欠電壓影響。另外，動力線、控制線、電源線及I/O 線均分別配線，有效減少了電路之間的相互干擾。

1.2 PLC具備良好的適用性

PLC 本身具備良好的工業(yè)適用性，如對特定溫濕度、振動、電磁干擾等具備良好的適應能力。PLC 上的I/O 模塊可以根據(jù)不同的生產(chǎn)需求，選擇與之相配的工作模塊，并與生產(chǎn)現(xiàn)場各種器件、設備相連，滿足電氣系統(tǒng)的自動化運行需求。PLC 還擁有數(shù)據(jù)運算能力和通訊聯(lián)網(wǎng)功能等，具備良好的擴展性，可滿足不同規(guī)模的工業(yè)控制需求。PLC 的可編程特性使得其可以實現(xiàn)自動化功能，如根據(jù)內嵌的編程內容操作電氣系統(tǒng)中的設備，實現(xiàn)自檢或特定操作，讓設備管理變得更加高效、簡單。

1.3 PLC具備良好的可升級性

PLC 中的CPU 模塊、I/O 模塊、通信模塊等可以獨立更換、升級，這一過程可以日?；M行，無需對整個系統(tǒng)進行大規(guī)模改造，減少了自動化控制系統(tǒng)的升級改造時間。另外，編程人員通過對PLC 自動化控制系統(tǒng)的編碼進行升級，也能夠在一定程度上賦予PLC 自動化控制系統(tǒng)新的功能，實現(xiàn)系統(tǒng)升級。PLC系統(tǒng)還能夠和其他設備、系統(tǒng)進行集成，搭建新的自動化控制平臺，滿足新的工業(yè)生產(chǎn)需要。PLC 系統(tǒng)亦支持各種通信協(xié)議和接口（如以太網(wǎng)等），滿足系統(tǒng)內部數(shù)據(jù)的流通需求，也為后續(xù)系統(tǒng)的信息化升級奠定了基礎。

2 PLC在閘門自動化控制系統(tǒng)中的實際應用

2.1 基于控制面板獲取水庫閘門信息和發(fā)出控制指令

閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)通過控制面板實現(xiàn)人機交互和對外輸出。以鄭州達川自動化設備有限公司生產(chǎn)的MCGS-PLC 水庫閘門自動化控制系統(tǒng)為例，該系統(tǒng)的控制面板上整合有諸多重要的操控信息，如閘門的開度值、左荷重值、右荷重值等閘門數(shù)據(jù)，以及閘門開度上限、開度下限、荷重超載等閘門狀態(tài)指示燈，可以較直觀、完整地展示水庫閘門的實時工作狀態(tài)。其中還整合了對各種功能的說明，以便于操作人員可以較直觀、輕松地掌握水庫閘門的運行概況，從而做出更精準的決策。另外，通過該人機交互控制面板，操作人員只需通過簡單的操作，就可以直接下達閘門啟閉指令?？刂泼姘逯羞€集成有歷史記錄功能，可回溯歷史記錄、查看過往水庫閘門操作信息。通過該控制面板，可以啟動水庫閘門PLC自動化控制系統(tǒng)的“自動診斷”功能，對整個監(jiān)控系統(tǒng)進行全面巡檢，一旦檢測到軟硬件故障問題或隱患，會立即發(fā)出警報，確保問題得到及時處理。該操作平臺還提供了USB 接口，可以通過該接口將工作站電腦與設備進行連接，從而對水庫閘門PLC 自動化控制系統(tǒng)進行維護和升級，確保系統(tǒng)始終保持在最佳狀態(tài)。

2.2 經(jīng)由閘門監(jiān)控設備獲取閘門狀態(tài)信號

（1）閘門監(jiān)控裝置的應用。在閘門動力來源中，集成高精度的旋轉式編碼器，可精準捕捉電動機轉軸的啟閉位置，反映閘門的實時位置，并將這些位置信息通過編碼器轉換為格雷碼，向控制面板回輸數(shù)據(jù)?？刂泼姘逯屑傻淖詣踊刂葡到y(tǒng)核心PLC 元件接收到格雷碼后，可精確定位閘門位置，采集位置數(shù)據(jù)，并實時反饋這些信息。在閘門PLC 自動化監(jiān)控系統(tǒng)中，傳感部件、信道、遠程控制單元系統(tǒng)等均發(fā)揮著不可替代的作用。傳感部件主要負責收集狀態(tài)信號，但因傳感器種類、功能的差異，最終收集到的狀態(tài)信號也有所不同，包括但不限于壓力信號、位置信號等。這些傳感部件為整個系統(tǒng)提供了全面且精準的數(shù)據(jù)支持。

（2）狀態(tài)信號采集。水庫閘門PLC 自動化控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，離不開對閘門運行參數(shù)和狀態(tài)信號的精確采集。該系統(tǒng)前端密布有各種傳感元件（，如壓力傳感器、位置傳感器等），這些傳感器通過實時捕捉、反饋閘門的運行數(shù)據(jù)，并將其中的關鍵數(shù)據(jù)經(jīng)由高效的通信模塊定期傳輸回終端控制設備，便于系統(tǒng)根據(jù)實際需求智能地發(fā)送相應控制指令。指令一旦發(fā)出，PLC 自動化控制系統(tǒng)會立即啟動狀態(tài)信號采集功能，以便于對發(fā)出的各項水庫閘門啟閉指令進行嚴密監(jiān)控，了解PLC 編程指令的執(zhí)行情況。以閘門閉合為例，當PLC 發(fā)出閉合指令時，系統(tǒng)會持續(xù)接收閘門的狀態(tài)信號，確保閘門依照PLC 指令完成閉合。只有當控制面板中對應的狀態(tài)信號明確顯示“閘門已完成閉合”，系統(tǒng)才會發(fā)出終止指令，確保整個過程的精確控制與安全執(zhí)行。

2.3 經(jīng)由通信傳輸裝置實現(xiàn)信息傳輸

在水庫閘門PLC 自動化控制系統(tǒng)中，前端各種傳感器為保證采集到實時的閘門啟閉信息，需要集成高效的通信傳輸模塊，以確保水庫閘門的啟閉運行數(shù)據(jù)能夠準確無誤地回傳PLC 自動化控制系統(tǒng)，并以可視化的狀態(tài)展現(xiàn)在控制面板上。PLC 技術具備起無線功能，其相較于傳統(tǒng)的有線傳輸方式，精簡了通信傳輸?shù)膹碗s性問題，可以提供更快的信號傳輸速率，確保閘門狀態(tài)參數(shù)的即時同步。同時無線傳輸方式也具備良好的抗干擾能力，極大地提升了系統(tǒng)在復雜、惡劣環(huán)境下的穩(wěn)定性和可靠性。PLC 無線傳輸模式的廣泛應用，為水庫閘門PLC 自動化控制系統(tǒng)的遠程操控、狀態(tài)監(jiān)測等訴求夯實了基礎。

2.4 實現(xiàn)水庫閘門的自動化遠程控制

遠程控制是水庫閘門PLC 自動化控制系統(tǒng)中的核心功能，其通過PLC 預設的程序指令，結合各種傳感器傳回的閘門工作狀態(tài)來自動操控水庫閘門，實現(xiàn)自動化的遠程控制。例如，在日常水庫管理中，當水位傳感器檢測到水庫水位超出預設的安全閾值時，遠程控制模塊會立即啟動PLC 預設的程序指令，PLC 自動化控制系統(tǒng)將評估當前水位數(shù)據(jù)，并與歷史數(shù)據(jù)、天氣預測等其他因素進行綜合判斷，若判斷結果為“需要調整閘門開度以控制水位”，系統(tǒng)會授權遠程控制模塊自動發(fā)送控制信號，這些控制信號將傳遞給執(zhí)行的PLC 端口（如閘門電機組），由其向閘門提供開閉動力，閘門調整開度，以控制水位始終處于預設的安全閾值。PLC 遠程控制模塊支持C++、Java等編程語言，可以滿足編程員基于水庫閘門管理實際需求完善編程信息的特定管理需求，靈活調整及優(yōu)化程序，從而實現(xiàn)對閘門的精準控制。為應對PLC 故障或其他意外情況，水庫閘門PLC 自動化控制系統(tǒng)還同時配備有手動控制模式，以確保在必要時能夠迅速切換為人工操作，并保證人工操作指令始終處于第一優(yōu)先級，保障系統(tǒng)的穩(wěn)定、安全運行。

2.5 對閘門自動化控制系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測與診斷

一般而言，水庫閘門PLC 自動化控制系統(tǒng)需要全天候保證運行。隨著電子元器件運行時間的累積，加之水庫閘門PLC 自動化控制系統(tǒng)復雜的工作環(huán)境，使得部分電子元器件或設備出現(xiàn)老化，甚至發(fā)生故障，導致水庫閘門PLC 自動化控制系統(tǒng)停運，或部分功能出現(xiàn)異常，影響水庫閘門自動化管理效率與品質。上述問題是水庫閘門PLC 自動化控制系統(tǒng)亟需解決的關鍵問題。為此，水庫需要加強對PLC 自動化控制系統(tǒng)的維護工作，在水庫閘門PLC 自動化控制系統(tǒng)的設計階段，優(yōu)先考慮系統(tǒng)的可維護性，在系統(tǒng)中集成狀態(tài)監(jiān)測和自動診斷功能，重點加強對材料老化、故障問題的自動排查。

狀態(tài)監(jiān)測功能采用即時監(jiān)控模式，經(jīng)由前端對應的監(jiān)控設備持續(xù)采集閘門電氣設備的運行參數(shù)，并將這些實時數(shù)據(jù)結果同步傳遞回監(jiān)測終端。PLC 會將這些實測參數(shù)與數(shù)據(jù)庫中存儲的正常狀態(tài)下電氣設備運行的標準參數(shù)進行精確對比，生成可視化對比圖表，一旦實測參數(shù)超過正常范圍，系統(tǒng)將判斷為“閘門電氣設備運行異常”，并立即觸發(fā)報警機制，由控制面板發(fā)出警報。

自動診斷功能則定期對水庫閘門PLC 自動化控制系統(tǒng)的整體運行工況作周期性、全面性的系統(tǒng)評估。當自動診斷功能檢測到系統(tǒng)中存在異常情況，系統(tǒng)將啟動深入診斷流程，以迅速定位并識別系統(tǒng)軟、硬件層面的故障問題或隱患。通過自動診斷功能，前瞻性地對PLC 自動化控制系統(tǒng)運行狀態(tài)進行周期性排查，有助于水庫閘門PLC 自動化控制系統(tǒng)始終維持良好、安全的功能性，為系統(tǒng)維護決策提供參考，最終減少水庫損失，提高閘門自動化管理效能。同理，當自動診斷功能識別到系統(tǒng)中存在故障或潛在問題時，會立刻通過控制面板發(fā)送報警提示，并經(jīng)由控制面板進一步展示故障詳情，以便快速響應故障維修訴求，確保系統(tǒng)的安全性。

3 結束語

PLC 可賦予電氣系統(tǒng)智能化、自動化屬性，提高工業(yè)管理水平，減少不必要的資源占用和浪費現(xiàn)象。控制面板是PLC 自動化控制系統(tǒng)人機交互的最前端，需要具備可視化功能，能夠將PLC 自動化控制系統(tǒng)中，關于水庫閘門工作狀態(tài)的各種數(shù)據(jù)，以可視化的方式呈現(xiàn)，并可滿足操作人員的操作需求。經(jīng)由操作面板發(fā)起指令，可以實現(xiàn)遠程啟閉閘門的目的。PLC自動化控制系統(tǒng)可經(jīng)由閘門監(jiān)控設備獲取閘門狀態(tài)信號，經(jīng)由通信傳輸裝置實現(xiàn)信息傳輸，并將關鍵信息呈現(xiàn)在控制面板上，為制訂操作決策提供可視化參考。PLC 賦予水庫閘門自動化遠程控制條件，為水庫閘門的高質量管理夯實基礎。PLC 自動化控制系統(tǒng)具有狀態(tài)監(jiān)測與自我診斷功能，可以及時反饋PLC 系統(tǒng)中的故障問題，確保系統(tǒng)安全、穩(wěn)定地運行。

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