使用PLC构成控制系统,与同等规模的继电接触器系统相比,电气接线及开关接点已减少很多,故障也就大大降低。PLC的输入可直接与交流110V、直流24V等信号相连接,输出可直接驱动交流220V、直流24V的负载,无须再进行电平转换与光电隔离,因而可以方便地构成各种控制系统。......
2023-07-01
PLC和触摸屏在水电厂溢洪道控制系统中的应用
本文介绍了施耐德TSX PLC和触摸屏在水电厂溢洪道控制系统中的应用,详细描述了控制系统现场控制站的硬件配置、软件组成及实现功能。实践证明,该系统设计合理,运行稳定、可靠,满足了生产的需要。
一、引言
近年来,随着计算机技术和电子技术的不断发展,各领域的自动化程度也在不断提高。可编程控制器(PLC) 是一种专为工业环境而设计开发,以微处理器为核心,高度集成化的新型工业控制装置,它具有通用性强、可靠性高、抗干扰能力强、能适应恶劣工业环境等独特的优点,已经被广泛应用于工业生产的各个控制领域。触摸屏符合现在人机交换的习惯,显示直观,为现场监控带来了极大的方便。
溢洪道是用于泄流规划库容所不能容纳的洪水,保证坝体安全的开敞式或带有胸墙进水口的溢流泄水建筑物,是水库枢纽中的重要建筑物。本文就以水口水电厂溢洪道监控系统现场控制站为例,介绍PLC和触摸屏在实际中的设计与应用。
二、工程概况
水口水电厂是华东地区最大的水电厂,其溢洪道为河床式,布置在右岸河床。溢洪道两侧各设一个泄水底孔,其泄洪建筑物由12孔溢洪道表孔和2孔泄水底孔组成,12孔溢洪道表孔泄洪弧形闸门均由液压启闭机操作,每套液压启闭机配置1套以PLC为核心的电气控制设备。该控制系统分现场手动、现场自动、集中控制三种控制方式,通过控制柜面板上的操作旋钮实现现场手动控制;通过PLC控制设备和触摸屏实现现场自动控制;采用MB+网与防汛值班室操作终端通信,完成对12扇弧形闸门的远方监控功能,实现集中自动控制。无论处于何种控制方式下,启闭机均可全程或局部开启。
此外,溢洪道控制系统现场控制站通过Modbus Plus网络和溢洪道集控室内的电厂计算机监控系统进行数据通信,由电厂计算机监控系统完成对12扇弧形闸门的远方监测功能;利用水口发电有限公司内部以太网,将溢洪道现场运行数据远传至福州的水调中心,实现水调中心的远程监测功能。其系统结构如图1所示。
图1 系统结构图
三、现场自动控制系统硬件组成
现场可以实现手动和自动操作。现场手动操作是通过控制柜操作面板上的旋钮或按钮对电机、电磁阀等设备进行控制,以达到对泄洪闸门液压启闭机的启闭控制。现场自动操作无需任何人工监测,由PLC采集监测元件数据,程序自动完成开关门操作。
12个现场站自动控制系统中的PLC均采用Schnieder公司的TSX系列产品,每个站配置相同,I/O配置为本地站加远程I/O或扩展I/O,网络通讯按MB+网络配置。
另外,每个现场站还配备有现场自动操作平台——触摸屏,触摸屏通过RS-485与PLC通讯采集数据进行显示,同时可由其发令实现控制功能,达到实时现场监控。本系统采用了法国施奈德公司的MAGILES XBT-G系列5330(10.4"彩色)TFT触摸屏,触摸屏屏幕上能实时显示系统部分重要运行数据。
四、现场自动控制系统软件组成
现场站的软件采用通用化、标准化的系统软件,以及在此系统软件支持下开发的应用软件。应用软件满足液压启闭机和各种控制工况要求,并保证系统运行的安全性和可靠性,此外,还保证和满足与远方监控系统的通讯要求。整个系统以PLC为核心,采用模块化设计,主要分以下几个模块。(www.chuimin.cn)
通讯模块:实现本系统与远方监控系统和触摸屏的通讯,传送闸门系统设备运行信息,并接收上位机和触摸屏送来的控制命令。其功能包括通讯建立和通讯纠错、通讯数据处理、通讯故障处理。
数据处理模块:实现对数据采集的分类、归纳、统计和计算等功能,对数据进行合理性、有效性检查,对不可用数据给出不可用标识,禁止系统使用;对所采集的数据进行通过操作命令复述、校核,操作闭锁条件的检查、系统硬件故障时屏蔽相应的操作功能,提供操作中断手段等,充分保证操作终端控制操作的可靠性。任何人机联系请求无效时显示出错信息,任何操作命令进行到某一步时,如不进行下一步操作(在执行之前)则自动或人工删除,这是为保证控制的安全可靠而采取的限制与保护措施。
数据采集模块:(1)开关量采集:主要通过PLC的DI模块采集接近开关状态、油位、方式选择、各种操作选钮的开关状态等信息。(2)模拟量采集:主要通过PLC的模拟量输入模块采集系统油压、系统油温。(3)数字量采集:主要通过PLC的高速计数模块采集闸门开度信息。
控制模块:PLC接收到从上位机、触摸屏或控制柜操作面板送来的外部控制命令,执行相应控制,通过对电机、电磁阀等机构的控制,完成闸门的启闭动作。
显示模块:主要包括状态指示灯、报警装置控制、触摸屏显示对象的状态送显。
输出模块:主要包括DO模块输出以及给上位机和触摸屏的送显。DO模块输出包括泵机启动、电磁阀动作、闸门关闭控制、闸门开启控制、补油、泄油、溢流阀控制、警笛报警等;给触摸屏和上位机的状态包括电磁阀状态、泵机状态以及模拟量等。
故障处理模块:(1)闸门运行故障保护:系统具有完备的闸门运行状态检测,如闸门开到位、关到位等位置检测开关,系统还配置有闸门开度仪实现行程检测,并且系统具有闸门启闭停止等操作功能。(2)液压系统故障检测:液压系统油位、油压、温度,可以在触摸屏和上位机动态显示。液压系统装有超压报警、失压报警、油温过高、油温过低、油位过高、油位过低、滤油器堵塞等检测接点,系统根据报警信号进行相应的处理(见故障分类表),达到保护目的。(3)电气部分故障检测保护:①电源检测:油泵电机主回路电压、电流显示,主回路掉电检测,控制回路进线电源检测,直流电源状态检测。②油泵电机驱动回路检测保护:启动装置状态检测,短路、过流、失压、缺相保护、过载保护等功能。③主要传感器类故障检测保护:开度仪传感器故障判断,极限开关保护等。④运行操作类保护:命令条件不满足,闸门运行超时等。⑤PLC自检故障报警:网络通讯故障,模块故障等。在故障处理模块中,程序根据以上监测状态加上所有闭锁条件,以保安全运行。
PLC程序各子模块之间关系如图2所示。
图2 PLC程序结构图
触摸屏监控系统软件采取模块化结构设计、可视化界面分层设计,操作时分层调用。在本厂现场监控系统中,通过触摸屏可设定闸门预置开度值,实现对闸门的启停控制,到达闸门预置开度后自动停止闸门;通过记忆接近开关的信号实时显示闸门主缸及副缸吊钩的相对位置;并在闸门停止时记忆并显示持门钩和空钩的位置,使得在下一次开启或关闭闸门时能正确地对闸门进行操作等。
五、结束语
该现场控制站自动控制系统以PLC和触摸屏为核心,具有高可靠性、高实时性、高逻辑处理能力的特点,并通过MB+网络实现了12道溢洪道泄洪闸门的集中自动控制和远方监测功能。该系统运行近3年来没出现大问题,整套系统设计合理、先进,运行安全、可靠,维护方便,操作简便直观,深受该厂职工好评。
【参考文献】
有关武汉东湖学院论文集的文章
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