汕頭市梅溪橋閘于1998年重建，由12孔攔河水閘和2座船閘組成，水閘為啟閉式閘門，船閘為兩扇人字門，汕頭市梅溪橋閘重建工程是汕頭市重要的水利工程，對(duì)韓江流域防洪、防潮、抗?jié)场⒖购档确矫嫫鸬街匾淖饔�，特別是水閘自動(dòng)化控制地實(shí)現(xiàn)，在粵東地區(qū)率先實(shí)現(xiàn)水利現(xiàn)代化邁出了堅(jiān)實(shí)的步伐。
1.技術(shù)指標(biāo)
汕頭市梅溪橋閘的重建工作是在高起點(diǎn)、高標(biāo)準(zhǔn)的要求下設(shè)計(jì)，它造型典雅、氣勢雄偉。水閘均采用平板式鋼板閘門，啟閉機(jī)為卷揚(yáng)機(jī)式，為實(shí)現(xiàn)閘門的自動(dòng)化控制提供了有利條件。
汕頭市梅溪橋閘閘門自動(dòng)化有以下技術(shù)指標(biāo)：
1）實(shí)現(xiàn)12孔閘門的遠(yuǎn)程控制。
2）閘門開度控制精度為＋１厘米。
圖1 梅溪橋閘自動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
3）實(shí)現(xiàn)12孔閘門的自動(dòng)開啟、關(guān)閉，保持上游水位波動(dòng)范圍為+5厘米。
4）系統(tǒng)故障自診。
2.系統(tǒng)構(gòu)成
本系統(tǒng)采用總線分布式控制模式，實(shí)現(xiàn)12孔閘門的遠(yuǎn)程集中控制。系統(tǒng)最高層為計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，它包括監(jiān)控計(jì)算機(jī)、管理計(jì)算機(jī)、服務(wù)器、集線器，通過Ethernet 網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)各計(jì)算機(jī)之間的通訊�？刂茖觾�(nèi)由一臺(tái)PLC可編程序控制器來完成，它負(fù)責(zé)12孔閘門的閘位、上下游水位、降雨量等數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，通過DH485通訊方式，將采集數(shù)據(jù)傳輸給監(jiān)控計(jì)算機(jī)，輸出模塊調(diào)解閘門的上下動(dòng)作。最低層為現(xiàn)場設(shè)備，保留現(xiàn)場設(shè)備原有的手動(dòng)操作啟閉機(jī)功能，同時(shí)增設(shè)遠(yuǎn)程接口控制電氣回路，接受PLC可編程序控制器的動(dòng)作。
3.控制模式
3.1 現(xiàn)場手動(dòng)方式
現(xiàn)場手動(dòng)方式為控制模式的最高級(jí)，任何情況下，當(dāng)現(xiàn)場控箱上選擇現(xiàn)場手動(dòng)操作時(shí)，遠(yuǎn)程對(duì)此閘門的操作無效，此閘門只響應(yīng)現(xiàn)場箱上操作按鈕的動(dòng)作，該操作方式是原啟閉機(jī)自帶的功能。
3.2 遠(yuǎn)程點(diǎn)動(dòng)方式
現(xiàn)場控制模式選擇遠(yuǎn)程控制方式，在監(jiān)控計(jì)算機(jī)選擇點(diǎn)動(dòng)操作，用鼠標(biāo)單擊閘門上、或下操作。
3.3 遠(yuǎn)程手動(dòng)方式
現(xiàn)場控制模式選擇遠(yuǎn)程控制方式，在監(jiān)控計(jì)算機(jī)選擇手動(dòng)操作，用鼠標(biāo)單擊閘門上、下、停操作。
3.4 遠(yuǎn)程定位方式
現(xiàn)場控制模式選擇遠(yuǎn)程控制方式，在監(jiān)控計(jì)算機(jī)上選擇定位操作，通過鍵盤輸入閘門開度，鼠標(biāo)單擊定位操作，閘門自動(dòng)運(yùn)行至指定開度停止。
3.5 閘門全自動(dòng)方式
現(xiàn)場控制模式選擇遠(yuǎn)程控制方式，在監(jiān)控計(jì)算機(jī)上選擇自動(dòng)方式，設(shè)定控制上游水位，鼠標(biāo)單擊自動(dòng)運(yùn)行后，12孔閘門進(jìn)入全自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)。
4.PLC系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
4.1對(duì)象分析
本系統(tǒng)控制主對(duì)象為閘門，實(shí)現(xiàn)閘門的上下停等工作狀態(tài)。由于遠(yuǎn)程控制，操作人員不在啟閉機(jī)現(xiàn)場，所以確保系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行，系統(tǒng)要知道啟閉機(jī)以下各參數(shù)：
表1 單孔閘門電氣控制參數(shù)：
4.2 PLC可編程序控制器選型
12孔閘門實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制所需：
數(shù)字輸入量DI：3X12=36
數(shù)字輸出量DO：3X12=36
模擬輸入量AI：5X12=60
此系統(tǒng)采用美國AB公司的SLC-500系列可編程序控制器，此PLC可編程序控制器為模塊式可編程序控制器，可以根據(jù)DI、DO、AI點(diǎn)數(shù)，來配置模塊使用數(shù)。
4.3PLC程序設(shè)計(jì)
采用Rslogix 500 編程軟件，用梯形圖方式，對(duì)閘門控制進(jìn)行編程，從程序的內(nèi)容上分三種形式的程序設(shè)計(jì)。
1）開環(huán)程序設(shè)計(jì)
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對(duì)閘門的點(diǎn)動(dòng)操作、手動(dòng)操作、定位操作都采用開環(huán)程序設(shè)計(jì)方式。點(diǎn)動(dòng)操作、手動(dòng)操作為非定量操作，定位操作為給定量操作。由于閘門上、下運(yùn)行時(shí)，閘門的慣性及閘門剎車性能不一樣，所以編程時(shí)，要考慮定位控制的補(bǔ)償問題，程序流程如圖2。
圖2 閘門開環(huán)程序流程圖
2）閉環(huán)程序設(shè)計(jì)
為控制上游水位在控制水位，波動(dòng)范圍在+5厘米內(nèi)，由上游實(shí)時(shí)水位、控制給定水位、12孔閘門啟閉機(jī)構(gòu)成一個(gè)環(huán)閉控制系統(tǒng)。編程選用SLC-500 CPU處理器中PID功能，輸出控制12孔閘門啟閉機(jī)的工作。由于水閘操作規(guī)程中只允許同時(shí)開啟兩孔閘門，且每次開度小于30厘米，先開中間后兩邊，先關(guān)兩邊后中間的要求，所以程序設(shè)計(jì)中注意順序操作編程處理。
3）故障自診設(shè)計(jì)
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由于本系統(tǒng)為遠(yuǎn)程集中控制，閘門操作人員不在現(xiàn)場，閘門故障發(fā)生，要即時(shí)停止啟閉機(jī)的運(yùn)行，否則將發(fā)生嚴(yán)重事故。
根據(jù)對(duì)卷揚(yáng)式啟閉機(jī)現(xiàn)場測試，總結(jié)出以下幾方面的故障類型：
①閘門卡死故障
當(dāng)閘門下降時(shí)，水閘下有樹木頂住平板鋼板閘門，閘門不能繼續(xù)下降。
②閘門超時(shí)運(yùn)行故障
遠(yuǎn)程操作時(shí)，每次閘門操作不能連續(xù)運(yùn)行超過一個(gè)時(shí)間，即表明閘門運(yùn)行失控。
③閘門超距運(yùn)行故障
每次閘門開度不能超過30厘米，開開度過大，違犯閘門操作規(guī)程。
④閘門運(yùn)行超限故障
閘門一般有閘門道槽，不能超過此高度，否則閘門出槽，此為超限故障。
⑤閘門過載故障
通過對(duì)電機(jī)電流的監(jiān)測，當(dāng)出現(xiàn)較大電流時(shí)，說明電機(jī)過載。
⑥閘門鋼絲繩過松故障
由于此啟閉機(jī)為卷揚(yáng)機(jī)式，當(dāng)閘門下落時(shí)，會(huì)出現(xiàn)一邊緊一邊松，此時(shí)閘門要立即立停止。
圖3 閘門閉環(huán)控制程序流程圖
小結(jié)：
在水閘計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)用PLC控制技術(shù)，對(duì)傳統(tǒng)的啟閉機(jī)進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)水閘自動(dòng)化控制，特別故障自診程序的設(shè)計(jì)，大大提高了系統(tǒng)的安全性和可靠性，系統(tǒng)真正實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)的運(yùn)行，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，立即停止閘門的運(yùn)行，同時(shí)報(bào)警信息在監(jiān)控計(jì)算機(jī)中顯示，提醒值班人員采取措施。
汕頭市梅溪橋閘應(yīng)用PLC控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)12孔水閘自動(dòng)控制，此系統(tǒng)經(jīng)歷2001年“尤特”臺(tái)風(fēng)及洪水的考驗(yàn)，運(yùn)行效果良好，適合大、中型水閘自動(dòng)化控制技術(shù)推廣。