闸门自动化控制

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1、西门子S7-200PLC在船闸闸门自动监控系统中的应用1. 引言随着科技发展和社会进步,在我国的水利 事业中计算机监控技术已被广泛应用于泵站监 控、船闸监控、闸门监控、变电站监控等方面。 在船闸自动化监控方面，可编程控制器（ PLC） 技术较为成熟地应用使得船闸监控系统也逐渐 趋于完善。PLC具有可靠性高，开发周期短，使 用操作方便、便于现场编程调试等特点。船闸自 动监控系统在运行时能根据控制要求手动或自 动启闭闸门、监测闸室上下游水位及闸室内水 位、监测各闸门闸位、定开高启闭闸门、监测系 统设备状态。本文根据中山东河水利船闸自动监控系统 的设计、调试、运行实践，提出船闸自动监控系 统的设计原

2、则和方法。经工程的运行检验证明是 可行的。2. 船闸闸门自动控制系统构成2.1 系统的组成 中山东河水利船闸监控系统监控中心建在 水利枢纽监控中心室内。系统由一台远程控制计 算机（操作员站）、一台上位机（工程师站）、一台 网络报警打印机、两套由 PLC 可编程控制器组成 的现地监控单元、现地操作单元、数据采集系统 及执行机构、上下游水位传感器及闸位传感器等 设备组成。见系统构成图见图 1：图1：东河船闸控制系统方案2.2 系统的监控范围船闸上、下闸首闸门自动监控；上、下游及闸室内水位自动监测； 闸门位置及状态的实时自动监测； 启闭机房设备状态的实时自动监测； 通航灯的自动控制；3. 船闸闸门自

3、动控制系统的设计3.1 系统的设计原则与要求（1）实用性与先进性。在方案设计中特 别强调系统的实用性与先进性相结合。在确保实 用效益的基础上，采用成熟的自动控制技术、计 算机技术、安全防范技术。（2）可靠性与安全性。根据水闸技术 管理规程SL75-94、水闸工程管理设计规范 SL170-96等规范要求，选用合理设备，设计高 可靠性的软、硬件控制系统，使船闸的控制更安 全可靠。（3）经济性和可扩展性。在满足系统设 计要求的前提下，选用性价比高的传感器设备、 监控设备及通信设备。所采用的设备要充分考虑 易升级换代，并且在升级时可以最大限度地保护 原有的硬件设备和软件投资。3.2 系统主要设备的选型

4、（1）主回路供电采用带电分励的空气开 关，可用于现场无人职守的远程操作方式。该装 置动作可靠并有过载、欠压、短路保护功能，且 可以通过控制回路分励控制，增加系统对电机的 保护措施。在现场无人职守情况下，起到在电机 停机后接触器异常触点粘连情况下，自动分断电 机主回路，保护电机的作用。（2）闸门启闭机主回路的电源通断采用 交流接触器控制电机的正转、反转。（3）控制回路采用 PLC 控制。本系统采 用的 PLC 为德国西门子公司的 S7-200 系列。具 体配置如下。CPU: CPU226（24 点 DI, 16 点 DO）； DI: EM221（8 点）；DO: EM222（8 点）；AI: E

5、M231（4 路） ；以太网模块： CP243-1 ；中文文本显示器： TD200 ；编程软件：STEP 7-Micro/WIN。该型号 CPU 具有 2 个 RS-485 串行通信口。一个串口采 用 Profibus 总线协议与 TD200 显示器通信，另 一个串口用来编程，系统通过 CP243-1 的以太网 口，采用 TCP/IP 协议与系统上位机通信，以实 现系统的远程自动监控。（4）船闸闸门现地监控单元的操作面板 上有手动、自动、检修三档转换开关，用来设置 闸门的控制状态；手动状态时闸门的上升、下降、 停止由面板上的按钮控制；可以通过面板上的中 文显示器查看各闸门的当前开启高度及上下游

6、 和闸室内的水位值。（5）闸门开度传感器和船闸上、下游水 位传感器均选用格雷码机械编码式传感器，该传 感器数据准确、稳定、误差小、可靠性高、工作 寿命长。（6）船闸内水位采用康宇测控仪表 KYB900 压力式水位传感器。上下游水位考虑到进出船只 造成的影响，采用的是德国 VEGA 的超声波液位 计。输出 4-20mA 模拟量信号。3.3 主回路与控制回路设计船闸分上闸首和下闸首二个启闭机房，各 配备一台闸门现地监控单元。由于上下闸首监控 单元工作原理相似，本文仅对上游监控单元做介 绍。该系统可采用手动控制和自动控制二种工 作方式，其控制原理说明如下（1） 手动控制。将控制机柜面板上的转 换开关

7、置于手动位置,当按下上升按钮时，交流 接触器1 得电，其触点闭合，启闭机电路接通， 电机正转，闸门上升。当按下停止按钮或闸门到 上限位时控制回路断开，电机停止运转；当按下 下降按钮，交流接触器 2 得电，其触点闭合，闸 门启闭机电路接通，电机反转，闸门下降。当按 下停止按钮或闸门到下限位时控制回路断开，电 机停止运转。（2） 自动控制。先将控制机柜面板上的 转换开关置于自动位置，当中心控制室需要控制 闸门运行时，由上位机发送命令，当命令为上升 控制时，PLC控制相应中间继电器触点闭合，使 交流接触器 1 得电，其触点闭合，闸门启闭机电 路接通，电机正转，闸门上升。当上位机发送停 止命令或闸门到

8、上限位时控制回路断开，电机停 止运转；当发送下降命令时， PLC 控制相应中间 继电器触点闭合，交流接触器 2 得电，其触点闭 合，闸门启闭机电路接通，电机反转，闸门下降。 当上位机发送停止命令或闸门到下限位时控制 回路断开，电机停止运转。3.4 系统功能：341 现地监控单元功能： 接收上位机调度运行命令，发送现场采 集的各类设备运行实时参数与状态信号。 根据上位机指令可进行上、下扉门、通 航灯的控制。具有安全连锁功能。 船闸闸门控制范围为从全关到全开、或 从全开到全关。在中间任何位置可允许进行紧急 停止操作。 系统具有多重联锁功能，具有开、关、 停故障报警等功能。有效地保障了系统现场设备 的安全运行。 根据上下游水位及通航要求，对上下游 水位及闸室内水位进行水位平信号的检测，并将 该信号与上下闸首及扉门的控制进行联锁，以防 误动作。自动控制船闸的上行、下行的自动操作。 同时自动控制通航红绿灯，确保通航安全。船闸监控系统中从上游经过船闸驶往下游 时上闸首的整体控制流程如图 2 所示。上闸首动 作完成后，下闸首开始动作，其过程与上闸首相似。当船从下游经过船闸驶往上游时整体控制流程与图 2 相似，此处不再赘述。