水利工程師論文投稿PLC在水利節制閘

　　作者問：我還是水利工程學院的學生，我想要發表與我們本專業有關的信息，請問小編哪兒本期刊適合我們學生發表。

　　小編答：你還是學生不需要發表核心之類的期刊，其實你的導師給你的幫助更大你可以咨詢下導師發表什么方向的，小編可以給你推薦《半導體光電》、《水利經濟》、《華北水利水電大學學報》這幾本期刊都是可以的。

　　摘要： 介紹九曲河樞紐工程節制閘液壓系統的構成，同步誤差的形成，以及基于S7-300型PLC系統的硬件組成和軟件設計方法。

　　關鍵詞： 液壓啟閉機;液壓同步;PLC;系統

　　0 前言

　　九曲河樞紐工程是太湖流域綜合治理十大骨干工程之一湖西引排工程的重要組成部分，其中節制閘為二孔一聯整體式結構，單孔凈寬12米，閘頂高程10.3米，底板高程-1.0米。節制閘閘門采用露頂式實腹鋼梁平面鋼閘門，門底高程-1.0米，門頂高程9.0米。門寬12.66米。啟閉機采用倒掛式液壓啟閉機，型號為QPPYⅡ-2*400-11.8。

　　根據液壓啟閉機運行實踐表明：單吊點閘門啟閉技術已非常成熟，而雙側傳動的液壓啟閉機的同步控制，仍然是水利水電技術研究方面的一個重要課題。在各設計院和制造廠的努力下，盡管大部分閘門的同步控制是成功的，但也有一部分雙吊點閘門，尤其是大中型寬跨度的液壓啟閉機雙缸同步問題未獲得根本解決，從而導致閘門傾斜卡死，甚至吊點拉脫，造成閘門失事。而我們九曲河樞紐工程的節制閘就是采用雙吊點且為大中型寬跨度的液壓啟閉機系統，其雙缸同步控制系統必須得到根本解決，我們引入了可編程序控制器(PLC)作為控制核心，保證了閘門能夠長期平穩的運行。

　　1 同步誤差的形成

　　在水利工程中使用的液壓啟閉機同工程機械相比有其特殊性。首先液壓啟閉機所操作的不是自由懸掛的重物，而是沿著導向門槽作上下移動或者是繞著支鉸作旋轉運動的閘門。因此閘門作為牽引構件上的載荷，不僅取決于閘門重量，還在很大程度上取決于運行阻力的大小。而且這些阻力又是不穩定的，因為它與水封和支撐行走機構摩擦表面的狀態密切相關，如內外水位差，泥沙淤積，建筑垃圾和各種漂浮物落入門槽，以及埋沒部件結冰等都會使運行阻力大大增加 。此外，在水中操作閘門，載荷的大小還隨著閘門的開度而變化的動水壓力有關。這些載荷的變化使雙缸承受負載不同，根據壓力——流量關系，承載大的液壓缸比承載小的液壓缸速度慢。

　　同時，從系統本身來講，下列因素也是造成不同步的原因。兩油缸不是安裝在同一閘墩上，這就產生了安裝幾何誤差。雙缸運動副摩擦力不同，由于雙缸的制造精度不同，安裝時的運動副摩擦力也不相等，摩擦力大的液壓缸運行慢;液壓系統的內外泄露和壓縮不可能相等;油管長度和彎頭數目的不同將造成雙缸沿程阻力的不相等;長時間運行使液壓缸的工作特性發生變化，而兩缸的工作特性變化不可能相同等等。

　　2 系統構成

　　解決雙吊點液壓啟閉機系統不同步問題就是在上述因素對系統影響不可避免的情況下，如何利用PLC來實時控制液壓啟閉機雙缸同步精度。如圖所示為液壓系統原理圖。該系統采用二臺型號為YYB2255-4，功率為37KW的異步電動機帶動變量液壓泵為系統供油，且液壓泵電機組采用一用一備工作方式。

　　2.1 硬件設計

　　主要包括下位機和上位機的硬件，共同構成一個小型控制系統。如圖1。

　　下位機和上位機之間通過MPI協議進行數據傳輸，PLC中央機架和擴展機架之間通過IM360和IM361接口模塊進行連接。

　　由于特殊的工藝特點，經充分論證選擇了SIEMENS公司的SIMATICS7-300系列PLC作為控制核心。S7-300系列是模塊化小型PLC系統。能滿足中等性能的要求;主要有以下特點：

　　1)大范圍的各種功能模塊，可以滿足和適應自動控制任務。

　　2)簡單實用的分散式結構和多界面網絡功能。

　　3)控制靈活，可靠性高，方便用戶。

　　4)CUP處理速度快，集成功能強。

　　5)當控制任務增加時，模塊擴展方便靈活。

　　液壓啟閉機系統輸入信號主要有手動/自動/遠程控制開關量的輸入，系統壓力傳感器的輸入，油泵電壓輸入，開度傳感器的輸入，超差信號的輸入及報警信號的輸入等。既有模擬量的輸入又有開關量的輸入。根據液壓啟閉機系統的控制要求和被控制器的特點，可充分利用S7-300的系統資源，S7-300可編程控制器的硬件配置。

　　1)電源模塊：PS307，通過背板總線向各模塊供電，輸入電壓為120/230V/AC，可提供輸出24V/DC電源。

　　2)CPU313-1AD03，64kb工作存儲器，負載存儲器集成96kbRAM，最大可以擴展512kb，MPI接口可以與OP7/DP操作面板進行通訊主要用來執行用戶程序，控制I/O模塊和與上位機通訊。

　　3)SM321數字量輸入模塊：16點輸入。

　　4)SM321模擬量輸入模塊：8通道隔離輸入。

　　5)SM322模擬量輸出模塊。

　　6)SM322數字量輸出模塊：16點輸出，24V/DC。

　　7)SM338型智能計數模塊：8通道，用于通用計數和測量任務，可實現超差檢測，并具有比較功能以及故障中斷處理功能。

　　8)CP通訊處理模塊，可以實現PPI通訊Pp。

　　9)OP7/DP鍵盤顯示及觸摸屏，一個RS232通訊接口可以與PLC，計算機，打印機連接，一個RS485接口可與PLC計算機連接。

　　在控制系統的輸入電路中，由壓力變送器檢測到實時液壓系統的系統壓力，輸出4-20mA的壓力信號，經過IC7轉換為0-5V的電壓信號，送入到模擬量輸入模塊。由系統液壓到PLC控制器的輸入信號或由PLC控制器到配電部分的控制信號，均經過光電耦合電路進行隔離，以提高系統的抗干擾能力。

　　上位機硬件包括：

　　1)一臺PHILIPS電腦控制和Ecsy View觸摸屏，電腦為遠程控制站和操作員站。

　　2)一臺打印機：用于報警打印，操作記錄打印。

　　3)一臺UPS(不間斷電源)。

　　2.2 系統軟件設計

　　該自動化控制系統可以方便實現三種操作方式;

　　“現地操作”(手動)即現場電氣柜或機旁操作箱上按鈕進行操作。

　　“遠控操作”(自動)即由計算機上操作。

　　“檢修操作”用于安裝，檢修時調試操作。

　　為提高系統的可靠性，PLC控制器通過繼電器控制接觸器的工作，而不是由PLC直接驅動接觸器。程序的編制采用模塊化結構。包括主程序，事件處理子程序，硬件中斷程序等。下面就各模塊的程序設計做簡要說明。

　　1)主程序

　　主程序主要對液壓系統的正常工作與安全保護進行控制。如圖2。

　　2)事件處理子程序

　　事件處理子程序包括正常停機子程序，安全停機子程序，緊急停機子程序，自動啟動子程序，手動啟動子程序，檢修啟動子程序，糾偏計算子程序，繼電器控制子程序，定時中斷程序等。繼電器控制器子程序主要完成油泵的運轉和停止控制，通過糾偏計算子程序不斷計算兩個液壓缸是否同步，當糾偏量不為零時，對系統進行糾偏，對速度快的油缸停止供油，當油缸同步時再同時供油。在定時中斷程序中，要實現內外水位的監測與比較，當水位差達到設定值時，自動啟動子程序啟動。

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