PLC现场控制单元技术于水利枢纽系统的应用分析

陆敏　杨胜梅

摘要：本文以某水利枢纽工程为例，阐述了水利枢纽系统中PLC现场控制单元技术的应用，能够提升水利枢纽系统的工作效率，保障各项工作质量的，旨在为规范水利工程的运行管理提供参考意见。

关键词：PLC；现场控制；单元技术；水利枢纽系统，应用

一、工程案例

以某枢纽工程为例，自建成以来累积排水量为194.2亿m³，在特大洪涝工作中，本枢纽工程中各个站点闸门共同泄洪量为47.2亿m³，将枢纽工程的作用充分凸显了出来。

由于枢纽工程是在早年规划，加之工程经费不足，使得各项设备与技术难以满足当前的运行需求。旨在将PLC现场控制单元技术融入本水利枢纽工程系统中，以全面提升水利枢纽系统的安全性、可靠性，先进性。

二、在水利枢纽系统内PLC现场控制单元技术的应用

PLC控制单元可划分为功能、任务、安全回路、硬件、程序等，其中主要控制流程为功能、任务、安全回路，这也是PLC现场控制单元技术运行的基本需求，PLC现场控制单元技术的水利工程枢纽系统内的应用主要如下：

（一）闸门运动分析

PLC现场控制单元内的起重设备包含了多种机构，各个机构在控制室的辅助下，能够进行远程控制，不同机构之间也存在着一定的联系。在闸门位置设置了与各个机构联合的进线电源、保护系统等。就泵站机组而言，电气控制系统不仅能够维护运转，还可以进行制动、冷风机速度、温度、电机速度的控制与检测，设备运行负荷检测等。

闸门的上下运行需要电动机的正反转实现，电动机类型为TL900-40/2006，具体如下图1所示，若是熔断器的运行正常，1HK始终保持闭合，闸门处于停止状态，且继电器常闭触点3K也保持闭合，在这类情况下，按下1K（闸门升降控制开关），会与1KM导通，接着闸门将会做上升运动。继电器1KM为常开，会形成硬件互锁，按下2K控制开关则无效，继电器的2KM则会导通，进而闸门会进行下降作业。

（二）系统接线分析

现场控制系统，在本案例原泵站的基础上，增加一些继电保护装置，与PLC装置，本案例应用的继电器是集保护、测量为一体的PLC现场控制单元技术，闸门电机的作用是开展控制作业，PLC替代人工编程操作，如下图2所示。

在上图中，输入模块包括：X0端子对应按钮SB1，其功能为闸门上升控制按钮。x1端子对应按钮SB2，其功能为闸门下降控制按钮。X2端子对应按钮SB3，其功能为闸门停止控制按钮。X3端子对应按钮1（2）KM，其功能为闸门上升、下降命令执行反馈。X4端子对应按钮SXWD，其功能为行程开关闸门上升到特定位置。X5端子对应按钮XXWD，其功能为行程开关闸门下降到特定位置。X6端子对应按钮QT，其功能为自动、手动进行开关切换。x7端子对应按钮1KH，其功能为开展过流保护作业。

输出模块：Y1对应负载对应正转电机，其功能为闸门上升按钮。Y0对应负载对应反转电机，其功能为闸门下降按钮。Y2对应负载为电机停止运行，其功能为闸门停止按钮。

本例子中的PLC现场控制单元在其编辑中采取的是梯形图的逻辑方式，还可以采用KOYO进行控制系统开发，由于系统机构比较清晰，因此开发工作比较便捷。最为重要的是该设备可以开展定时扫描，除了适应特殊需求之外，还能够兼顾外部的中断点，可以实现各种类设备的编程，还可以实现（无协议）协议通讯。

（三）单元闸门控制

泵站机组在其自动化控制中，采取的是顺序控制法，是依照生产流程设置的控制程序，设備的运行是在特定指令下开展，自动按照输入的顺序进行控制。机组的控制顺序，是在PLC现场控制单元的基础上实现，在枢纽工程案例中，采取的是流程控制方式，并将流程中断引入到了PLC现场控制单元编程界面中，避免在系统的运行中，出现长时间等待的现象，以此确保系统运行的可靠性与合理性。如下图3所示，在PLC现场控制单元闸门控制，首先需要审查闸门内电机状态，若是处于过流保护正常，且电机处于停止状态，在按下停止、启动按钮时，电机会等待系统的指令，在正式开始运作时闸门开启到设置位置。在其运行中若有特殊情况出现，需要立即停止运行，并进行复位，闸门需要先运行到制定位置，接着在复位，直到与初始状态保持一致。

在PLC开始运行时，继电器M8002（特殊辅助器）的运行，S0为初始状态位置，若是x7常闭触点与Y2常开接触点，两者之间的转换条件成立，在程序开始时，会进行状态选择。闸门控制系统在选择状态条件时，通常为二选一的方式，当X0与x1其中任何一个成立，程序均会朝着下一个状态进行，也只有在这里状态下，才能够继续进行作业。若是X0先闭合，状态停止在$20，rr0会开始作业，并将作业延时到180s，常闭开关rr0则处于常闭状态，上升到X3闭合按钮位置，状态会从$20朝着$21发展，在Y0执行命令之后，闸门会继续上升。若是将Y1按钮进行复位，就能够实现系统内各个软件的互锁，在闸门上升到一定位置之后，形成开关X4将会闭合，状态会从$21-$22发展，Y2执行命令，在闸门停止作业之后会存在一定的惯性作业。

三、结束语

综上所述，将PLC现场控制单元技术应用在水利枢纽系统中，能够实现在监测，最大程度降低运行事故的发生。同时能够合理分配各项资源，全面提升水利枢纽系统的运行效率，逐步改善工作环境，进而更好的推动我国水利工程的发展。

（作者单位：水利部南京水利水文自动化研究所）