水利是國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)和命脈，橋閘對大江大河及其流域起著防洪、排澇、抗旱、灌溉和航運的作用，是關(guān)系國計民生的重要設(shè)施。近些年來，由于氣候異常、旱澇交替、水情復(fù)雜，全國各地每年都出現(xiàn)多起洪水災(zāi)害。雖然水利部門加強了水情監(jiān)測，制定了嚴(yán)格的水利樞紐工程控制運行辦法，以調(diào)度控制閘上蓄水位，但由于橋閘控制的自動化水平不高，導(dǎo)致經(jīng)常出現(xiàn)險情甚至發(fā)生災(zāi)害。 1. 概述 浙大中自公司技術(shù)人員依靠其豐富的控制技術(shù)應(yīng)用經(jīng)驗，利用自主研發(fā)的SunyPLC250模塊式小型可編程邏輯控制器，對橋閘控制提出了自己獨特的解決方案。方案的實施，使得水利能夠?qū)嵭薪y(tǒng)一調(diào)度和管理，確保壩上引水量和枯季下泄流量，發(fā)揮了巨大的工程效益，在實現(xiàn)水利現(xiàn)代化方面邁出了堅實的步伐。 某橋閘共包括8個攔河水閘和2座船閘。水閘為啟閉式閘門，船閘為兩扇人字門，原設(shè)計為人工操作。在經(jīng)歷了2004年的一次洪峰之后，水利部門決定按照高起點、高標(biāo)準(zhǔn)的要求，采用SunyPLC250模塊式小型可編程邏輯控制器實現(xiàn)水閘的自動控制。根據(jù)橋閘的實際情況，提出如下監(jiān)控要求。 1.1. 生產(chǎn)監(jiān)視  模擬量：閘門位置、閘門上游水位以及電機的電流、電壓等。 開關(guān)量：運行狀態(tài)（上-下-停、就地-遙控）。 1.2. 設(shè)備操作 手動：可用鼠標(biāo)和鍵盤在上位機對閘門進行遠程點動或連動操作。 自動：閘門可根據(jù)設(shè)定值自動調(diào)整閘門位置，進而控制上游水位。 就地：具備就地/遠程切換功能，一切操作均為現(xiàn)場優(yōu)先。 1.3. 安全保護  當(dāng)現(xiàn)場設(shè)備運行異常時，能夠自動停止設(shè)備運行，達到保護設(shè)備安全的目的。 2. 系統(tǒng)構(gòu)成 SunyPLC250模塊式小型可編程邏輯控制器負(fù)責(zé)閘門有關(guān)參數(shù)（閘門位置、水位、電機狀態(tài)等）進行采集并按照預(yù)定算法進行相關(guān)運算，一方面將運算結(jié)果輸送給執(zhí)行器使閘門或啟閉機產(chǎn)生相應(yīng)動作（開/關(guān)、啟/停），另一方面將相關(guān)信息通過ModbusRTU總線發(fā)送到上位機進行顯示，供操作員監(jiān)視和管理。每臺啟閉機的I/O點如下表所示： 名稱 類型 數(shù)量 備注 電機參數(shù) AI 2 電流、電壓 閘門位置 AI 1 位置 閘門狀態(tài) DI 2 上、下 控制狀態(tài) DI 1 就地/遙控 電機操作 DO 2 上、下 3. 控制方案 控制算法的設(shè)計采用SunyPRG編程軟件完成，該軟件支持IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的五種控制語言。需要強調(diào)的是，SunyPRG編程軟件引進了實時數(shù)據(jù)庫技術(shù)，使編程人員不再被枯燥乏味的地址所困擾。多種仿真手段大大方便了程序檢查，使工程周期縮短30％以上。 3.1. 閘門操作 對啟閉機的操作來說，點動、手動操作為非定量操作，而定位操則為定量操作。由于閘門運行時的慣性及剎車性能不一樣，所以編程時，要考慮定位控制的補償問題。下圖為簡化的啟閉機控制組態(tài)梯形圖。 根據(jù)水閘操作規(guī)程，對閘門的啟閉順序是：“開閘時先中間后兩邊，關(guān)閘時先兩邊后中間”，所以程序設(shè)計中應(yīng)注意順序操作編程的處理。 3.2. 水位調(diào)節(jié) 為了使上游水位控制在設(shè)定范圍內(nèi)，構(gòu)建一個由SunyPLC250、水位測量和啟閉機組成的單回路PID閉環(huán)控制器 在實際運行中，無論手動還是自動，只允許同時開啟兩孔閘門，且每次開度不允許超過三十厘米，因此設(shè)計本控制方案時，必須考慮八孔閘門的相互關(guān)聯(lián)。 3.3. 聯(lián)鎖保護 遠程監(jiān)控的實現(xiàn)減少了操作人員的現(xiàn)場操作時間，只需定期巡檢。但在巡檢間隔期間，如果閘門故障了發(fā)生，需要及時停止啟閉機，否則將發(fā)生嚴(yán)重事故。一般啟閉機有以下幾種故障類型： 閘門卡死：閘門下降時，被水閘下的雜物頂住，無法繼續(xù)下降。 閘門超限：閘門不能超過導(dǎo)槽高度，否則閘門出槽。 電機過載：正常啟閉時如果電流過大，說明電機過載。 超時運行：每次閘門操作不能連續(xù)運行超過某一設(shè)定時間，否則表示閘門失控。 超距運行：每次閘門開度不能超過30厘米。 由于測量點數(shù)和手段的限制，用SunyPLC250可編程邏輯控制器實現(xiàn)上述故障的檢測存在一定難度。在工程實施中，我們通過與閘門操作工的深入探討和現(xiàn)場檢視，總結(jié)引起閘門故障的原因和條件，設(shè)計出了“智能軟測量”故障判定算法。該算法能夠根據(jù)現(xiàn)有測量結(jié)果、計時器和操作等信息總結(jié)出閘門運行狀態(tài)，向操作工提供參考。 4. 人機界面 上位機人機界面采用浙大中自公司的SunyTech工業(yè)控制應(yīng)用軟件平臺繪制，該軟件內(nèi)置多種通訊協(xié)議，可以通過ModbusRTU與SunyPLC250進行數(shù)據(jù)交互。另外，該軟件支持的OPC功能也為將來水利統(tǒng)一調(diào)度和管理的實現(xiàn)提供了條件。 下圖示出了一號閘門監(jiān)控流程圖。 5. 結(jié)束語 在2005年的雨季，該控制系統(tǒng)的應(yīng)用對流域泄洪防災(zāi)起到了至關(guān)重要的作用。 SunyPLC250模塊式可編程邏輯控制器水閘監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用，大大提高了閘門自動化程度，改善了工人的勞動條件，減輕了操作人員的勞動強度。聯(lián)鎖保護功能使設(shè)備發(fā)生故障時，能夠立即停止閘門的運行，同時在監(jiān)控計算機中顯示報警信息，提醒操作人員采取應(yīng)對措施。