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1、. . . . 小型船闸的PLC控制设计目 录1、引言22、船闸控制系统设计22.1 船闸的主体结构22.2 船闸的工作流程32.3 船闸控制方案的选择32.4 PLC功能模块说明42.4.1 CPU模块42.4.2 电源模块42.4.3 开关量的数据采集模块42.4.4 通信模块52.5 PLC系统的配置52.5.1 上闸首临时工作门控制单元52.5.2 上闸首闸、控制单元52.5.3 下闸首闸、门控制单元52.5.4 I/O地址的确定及分配62.6 船闸控制程序设计72.6.1 上闸首临时工作门控制程序72.6.2 上闸首永久闸、阀门的控制程序82.6.3 下闸首闸、阀门的控制程序103、
2、故障报警与查询系统113.1 船闸电机故障分析113.2 故障查询的实现原理113.3 硬件要求113.4 软件要求113.5 编码与可查询的故障114、总结与展望125、致12参考文献12 . . . 小型船闸的PLC控制设计摘要： 本文介绍用PLC实现小型船闸的自动控制，给出了比较详细的系统设计过程，系统的配置，及程序运行的结构框图。本文还对船闸自动报警及查询系统作了探讨与研究，对PLC船闸自动控制系统的完善具有重要意义。关键词： PLC 船闸控制 结构图 自动报警1、引言 船闸是河道最常用的交通设施之一，目前国船闸的自动化水平参差不齐建成较早的船闸控制装置一般由继电器、接触器控制逻辑电路
3、组成，存在功能弱、故障多、寿命短等缺点，近年新建船闸一般采用计算机控制技术随着科学技术的不断发展对船闸自动化水平的要求越来越高，PLC技术的迅猛发展让自动化控制又多了一个新的亮点，而船闸的PLC监控越来越广泛地被投入使用，它能使管理人员有效地对船闸的运行工况进行自动检测、优化控制和集成管理，从而达到安全、高效、满足社会需求的目标。随着自动化技术的发展，这种研究将得到越来越广泛地应用，而且这种研究具有重要的实用价值，它对于保障河道通道的畅通，及人民的生产和生活具有十分重要的意义，顺应时代发展的要求。 本设计的目的就在于用PLC代替传统的继电器接触控制逻辑电路，充分利用PLC的优点实现小型船闸的自
4、动控制。在掌握PLC对船闸的功能控制的基础上，还对船闸运行发生故障时的报警与查询系统做了探讨。2、船闸控制系统设计2.1 船闸的主体结构船闸在物理建筑上分为闸室，临时工作闸门，上闸首工作闸门，上闸首输水阀门，下闸首工作闸门，下闸首输水阀门。其主体结构的平面图如图1（未包括临时闸门）图12.2 船闸的工作流程船闸的工作流程主要分为两个过程：上行过程和下行过程。上行过程：当下游水位与闸室的水位一致后，下闸首的通行指示灯自动亮，下游闸门打开，船只进入闸室，当船只全部进入闸室后，关闭下游闸门，打开上游阀门，此时闸室处于充水状态，等闸室水位与上游水位一致后，上闸首的通行指示灯自动亮，上游闸门打开，关上游
5、阀门，船只离开闸室。下行过程：当上游水位与闸室的水位一致后，上闸首的通行指示灯自动亮，上游闸门打开，船只进入闸室，当船只全部进入闸室后，关闭上游闸门，打开下游阀门，此时闸室处于充水状态，等闸室水位与下游水位一致后，下闸首的通行指示灯自动亮，下游闸门打开，关下游阀门，船只离开闸室。临时通行时的流程与上面流程基本一致。2.3 船闸控制方案的选择由于PLC对元器件、电源、输入输出接口、结构设计等采取了严格措施；在软件上，采用循环扫描、程序语法检查、故障检测与诊断及出错报警、保护数据、封锁输出及自动恢复等措施，使PLC的平均无故障时间达到了10万小时以上8，非常适合于船闸的实际应用环境，因此在对小型船
6、闸的控制器件上选择PLC控制。为了让此系统实现集中监视、操作、管理和现场前端分散控制相统一，使系统能够更好地完成船闸的顺序控制，批量控制，数据采集与处理，使系统更贴近现实船闸的工艺要求，在此放弃了单机控制而采用计算机分布式监控系统，上、下闸首工作闸阀门和临时工作门，分别由独立的PLC单元控制，各闸首的PLC通过CCM网络与上位机相连进行数据通讯1。其结构框图如图2图2采用分布市式计算机监控系统能实现以下操作模式，集中控制操作：在集控室自动完成船闸过闸工艺。集中单步控制操作：根据工作需要，在集控室进行人工手动单步操作，可单独控制开闸门、关闸门、开阀门、关阀门、停机。现地控制操作：根据工作需要脱离
7、集控室控制，在阀门现场进行单步控制。集中控制、集中单步控制、现地控制均可实现以下控制功能：本侧控制、双侧控制、对侧控制。 系统可及时将闸、阀门电流、阀门开度、闸室水位及时送集控室并在模拟屏显示，供操作人员及时了解设备运行状况。2.4 PLC功能模块说明 2.4.1 CPU模块CPU是PLC系统的控制中心，其主要功能是：（1）将输入信号（船闸控制系统运行程序和数据）送到PLC中存储起来。（2）检查电源、存储器、I/O的状态，诊断程序的语法错误。（3）按存放的先后顺序取出程序，进行编译。（4）完成用户程序规定的各种操作5。2.4.2 电源模块利用开关稳压电源为部电路供电。开关电源的输入电压围宽、体
8、积小、重量轻、效益高、抗干扰性能好。2.4.3 开关量的数据采集模块PLC对船闸运行过程中的各种开关量进行实时采集，并将一些特殊规定的重要参量传送至上位微机。在开关量的输入变化时，据其变化的性质，及时作出判断、从而进行正常的动作处理、事故处理。 2.4.4 通信模块各闸首的PLC单元分别与水位计、开度仪进行数字通讯获得相关信息，通过CCM网络传送到上位机。采集的数字信号有：上游水位下游水位闸室水位上闸首的闸阀门开度下闸首的闸阀门开度2.5 PLC系统的配置 根据系统的控制要求，结合教学实验仪器的状况，在此选用欧姆龙公司生产的CJ1M可编程控制器，其控制方式采用存储程序、循环运算处理方式，其I0
9、成批传送与直接处理并用，I/O与CJ1G/H型兼容。置定位功能，系统中包扩置脉冲输入/输出功能的CPU单元，该CPU单元利用用于简单的定位系统。处理速度为100ns2。具体配置如下：2.5.1 上闸首临时工作门控制单元机架 l块CPU模块 l块开入模块 4块开出模块 l块2.5.2 上闸首闸、控制单元机架 1块CPU模块 1块开入模块 l块可出模块 4块模拟量输入模块 l块通讯模块 l块扩展机架 l块扩展电源模块 l块扩展电缆 l块2.5.3 下闸首闸、门控制单元机架 l块CPU模块 l块开入模块 2块可出模块 5块模拟量输入模块 l块通讯模块 l块扩展机架 1块扩展电源模块 l块扩展电缆 l
10、块2.5.4 I/O地址的确定及分配船闸控制系统的控制核心是哪些信号需要输入，哪些输出信号需要驱动哪些负载，以及采用何种编程方式、输入输出点的确定，是设计整个控制系统的首要问题，决定系统的程序设计方案。输入信号的确定在对船闸的运行过程中，将进行开关闸/阀等动作，包括上闸首阀门的开、关；上闸首闸门的开、关；下闸手阀门的开、关；下闸首闸门的开、关，这些动作都将作为PLC的输入。为了防止闸、阀门开、关的超时，特别设置了超时报警，这也将作为PLC的输入，上、下游液及闸室的水位感应装置也将作为PLC的输入。输出信号的确定通过软件对输入控制信号进行处理后，由输出接口发出控制信号及各种指示信号。在船闸开始运
11、行时，对上、下闸首的闸阀门各设置了一个继电器，以此来控制电机的正转（开闸、阀门）和反转（关闸、阀门）；在闸室的两端都会有相应的通行指示灯（以控制船的通行），以及报警指示灯，这些都作为船闸的输出 I/O地址分配输入地址分配 I1 上闸首阀门开门按纽 I2 上闸首阀门关门按纽I3 上闸首闸门开门按纽 I4 上闸首闸门关门按纽I5 下闸首阀们开门按纽 I6 下闸首阀门关门按纽I7 下闸首闸门开门按纽 I8 下闸首闸门关门按纽I9 上游水位感应器 I10 闸室水位感应器I11 下游水位感应器 I12 开关门超时报警输出地址分配Q1 报警指示灯 Q7 上行时的通行指示灯Q2 下行时的通行指示灯 Q8 上
12、闸首阀门开门继电器Q3 上闸首阀门关门继电器 Q9 上闸首闸门开门继电器Q4 上闸首闸门关门继电器 Q10 下闸首阀门开门继电器Q5 下闸首阀门关门继电器 Q11 下闸首闸门开门继电器Q6 下闸首闸门关门继电器 定时器的分配T0 上闸首闸门开门30秒后到位，若闸门还未停止运行，则报警灯亮。T1 下闸首闸门开门30秒后到位，若闸门还未停止运行，则报警灯亮。 2.5.5 其它配置为了通讯的需要，配置了1个通讯转换器D-01CV它将RS-232C标准信号转换成RS-422标准信号增强了通讯能力，使信号传输距离达到1公里6。S-01PEX编程器1个，读写存储器CMOSRAM G一03M 2个，OMGl
13、4M 3个。PLC与上位机的串行通讯硬件配置如图3所示。上位机采用AST 徽机使用COM1口地址3FSH，初始化为：通讯速率96kb/s,8位数据位，1位停止位，奇校验,PLC主机箱中插人通讯控制模块I0 CCM ,使用Port1口. 2.6 船闸控制程序设计PLC系统在硬件上分为三个控制单元 它们是上闸首临时工作门控制单元；上闸首永久闸阀门控制单元；下闸首闸阀门控制单元针对每个控制单元分别编制了上闸首临时工作门控制程序，上闸首永久闸阀门控制程序；下闸首闸阀门控制程序。2.6.1 上闸首临时工作门控制程序临时工作门运行，只有单项操作，没有程序控制操作运行控制单元没有与网络相连，它只与下闸首控制
14、单元有硬件的闭锁关联。程序控制系指船舶通过船闸时工作闸门输水闸门按预定的程序自动控制运行；单项控制是指对同类功能的单项机械分别进行控制。临时工作门的工作过程为：(1)上行：临时工作门处于关闭状态,船只已进入闸室完毕，下闸首闸、阀门确认已全关，此时开启上闸首临时工作门，输水平压后，继续开启至全开位，船只上行驶出闸室，之后，下一个闸次若仍为上行就对临时工作门实施关闸门操作。(2)下行：临时工作门处于开启状态确认下闸首闸阀门已全关，关闭上闸首临时工作门 之后为下闸首PLC控制单元的操作运行。以上操作过程通过充水、上升、下降等按钮向上闸首PLC控制单元发出命令并由其完成相应的驱动闸门过程。对该程序的编制采用梯形图编程方法。特点是结构清晰，简单明了，
