大型鋼壩閘控制系統(tǒng)設(shè)計
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3 控制系統(tǒng)設(shè)計
3．1 技術(shù)要求
對控制系統(tǒng)的技術(shù)要求如下：
(1)由于鋼壩閘控制水平要求高，模件的負(fù)荷率必須小于50％；
(2)I／O點余量為15％；
(3)內(nèi)部存儲器占用容量小于等于50％，外部存儲器占用容量小于等于40％；
(4)在滿足高穩(wěn)定性的控制要求前提下，提高性能價格比；
(5)當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時，維護人員可以根據(jù)還原的歷史記錄迅速消除故障。
3．2 控制站PLC的硬件構(gòu)成
系統(tǒng)設(shè)計選用施耐德Unity系列PLC，電源為冗余配置，Unity模件全部支持帶電熱插拔功能，通過模塊故障自檢功能可以使模塊的故障瞬間反應(yīng)在上位機系統(tǒng)上，大大方便了鋼壩閘控制系統(tǒng)運行、檢修和維護人員。以左岸PLC01站為例，開關(guān)量輸出54點、開關(guān)量輸入152點、模擬量輸出5點、模擬量輸入11點，右岸PLC02站相同。模塊配置時在實際統(tǒng)計的點數(shù)上還需留有15％的余量。PLC01站硬件配置如表1所示。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/162821.htm
3．3 上位監(jiān)控系統(tǒng)
上位監(jiān)控系統(tǒng)承擔(dān)著對鋼壩閘控制、系統(tǒng)管理及PLC編程、上位組態(tài)和調(diào)試等工作。編程軟件使用施耐德Unity Pro軟件，上位監(jiān)控軟件采用Wonderware公司的Intouch 10．O，操作系統(tǒng)為Window XP Professional。Unity Pro編程軟件完成對硬件組態(tài)、子站地址的分配，編寫整個系統(tǒng)程序的控制邏輯。該編程軟件采用國際標(biāo)準(zhǔn)的IEC6113l-3編程語言，通俗易懂、直觀簡單，強大的編程環(huán)境基本可以滿足一切工業(yè)邏輯要求。Intouch 10．0監(jiān)控軟件是一套工業(yè)自動化組態(tài)軟件，為系統(tǒng)提供了一個“過程化的窗口”和實時數(shù)據(jù)，為操作員提供了功能強大操作方便的人機界面。Intouch通過現(xiàn)地PLC實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、記錄、故障報警等功能，并以圖形或報表的方式進行實時顯示及事件記錄、打印等。
3．4 控制模式
鋼壩閘控制系統(tǒng)操作運行設(shè)有“遠(yuǎn)程自動”、“遠(yuǎn)程手動”、“現(xiàn)地手動”三種工作模式。“遠(yuǎn)程自動”模式為正常的主要運行方式，根據(jù)鋼壩閘自動順序運行的條件，在操作員站上操作完成整個工作流程。在程序編寫中注意自動順序執(zhí)行期間，出現(xiàn)任何故障或運行人員中斷信號，都能使正在運行的程序中斷并回到安全狀態(tài)，使程序中斷的故障或運行人員的指令都將在畫面實時顯示。“遠(yuǎn)程手動”模式為運行人員在畫面上點操作被控對象。在遠(yuǎn)程手動模式下，系統(tǒng)提供了豐富的操作指導(dǎo)和反饋信息，指引操作人員的操作，以防止誤操作。“現(xiàn)地手動”模式是運行人員通過現(xiàn)地控制柜上按鈕操作被控對象。
4 主要控制功能的實現(xiàn)
新安江鋼壩閘每孔閘門寬度為46 m，兩側(cè)液壓啟閉機液壓缸微小的行程偏差都會產(chǎn)生較大的扭力造成閘門在開啟過程中的偏轉(zhuǎn)、卡堵甚至損壞，因此在鋼壩閘運行中液壓缸的行程控制是關(guān)鍵。為防止出現(xiàn)在鋼壩閘啟閉過程中液壓缸行程偏差過大，各閘門啟閉機上均設(shè)置有閘門開度(行程)檢測裝置，現(xiàn)地PLC可接受檢測裝置中絕對型編碼器發(fā)送的閘門開度數(shù)據(jù)(分辨率為1／4 096)，控制中心可據(jù)此數(shù)據(jù)對現(xiàn)地各孔閘門的運行進行嚴(yán)密監(jiān)控。其中行程檢測裝置及行程開關(guān)是關(guān)鍵的檢測部件，要求選用具有高可靠性、技術(shù)先進的產(chǎn)品。通過行程檢測裝置可順利實現(xiàn)鋼壩閘的主要控制功能：
(1)液壓缸同步控制。在閘門啟閉過程中，行程檢測裝置全程連續(xù)檢測同一孔閘門2只液壓缸的行程偏差，當(dāng)偏差值大地等于20 mm時，液壓系統(tǒng)自動調(diào)整相應(yīng)液壓缸的進、出油量，使液壓缸同步。當(dāng)2只液壓缸的行程偏差大于等于40 mm時，液壓系統(tǒng)自動停機并發(fā)出報警信號。
(2)閘門復(fù)位控制。閘門開啟到預(yù)定的工作開度時，系統(tǒng)能自動監(jiān)控閘門的實際開度，當(dāng)閘門因系統(tǒng)泄漏引起閘門自開啟工作位置下滑達150 mm時，控制系統(tǒng)應(yīng)自動指令液壓泵電動機組啟動，將閘門提升恢復(fù)原位。若閘門繼續(xù)下滑至200 mm時，控制系統(tǒng)應(yīng)自動指令備用液壓泵電動機組啟動，將閘門提升恢復(fù)原位，同時發(fā)出報警信號。
(3)極限位置控制。閘門全開位置測量：當(dāng)閘門到達全開位置后，通過行程開關(guān)給出一個開關(guān)量信號，停止閘門開啟操作；閘門全關(guān)位置測量：當(dāng)閘門到達全關(guān)位置后，通過行程開關(guān)給出一個開關(guān)量信號，停止閘門關(guān)閉操作。
(4)液壓系統(tǒng)主要回路壓力測量。系統(tǒng)能自動測量閘門操作壓力油源的壓力、油缸兩腔的壓力，以及油路中主要閥、管中油的壓力，控制系統(tǒng)檢測并診斷液壓系統(tǒng)工作狀態(tài)，以便及時采取保護措施。
(5)電機及油泵運行狀態(tài)測量。檢測電機投入命令是否執(zhí)行和油泵是否正常運行。
5 結(jié)語
黃山新安江鋼壩閘是我國目前在建第二大鋼壩，其控制系統(tǒng)要求先進、可靠、安全。在鋼壩閘項目論證和實施過程中，選用以施耐德Un-ity PLC為平臺，充分利用當(dāng)前工控領(lǐng)域的一些先進的、成熟的技術(shù)，使系統(tǒng)具有高可靠性、高穩(wěn)定性以及靈活的可擴展功能，為鋼壩閘的少人值守管理模式提供了良好的技術(shù)支持。本系統(tǒng)于2009年1月開始設(shè)計以來組織了多次水利工程專家進行圖紙設(shè)計的審查，與會專家對控制系統(tǒng)的設(shè)計非常滿意。目前該系統(tǒng)正在調(diào)試中，預(yù)計年底正式投運，投運后將在黃山市城市水利建設(shè)中發(fā)揮巨大作用而獲得可觀的經(jīng)濟效益，更重要的是美化了黃山城市的水環(huán)境建設(shè)，將取得顯著的社會效益。
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