淺談水電站閘門PLC遠端監控系統

傳統的液壓啟閉機控制系統通常是採用繼電接觸器線路來控制閘門的執行。這種系統的最大缺點就是線路複雜，維護工作繁重，操作麻煩，可靠性低，故障率高。本文主要淺要討論基於PLC的閘門控制系統，水電站閘門的傳統繼電器控制和捲揚啟閉機正反轉控制閘門升降的模式；採用PLC和液壓控制的模式對閘門進行控制。
在水工建築物的固定式和移動式機械中佔有重要地位的閘門啟閉機械，早期以繩毅式、鏈條式、多節拉桿式為主，但由於其操作的不是自由懸掛的重物，而是沿導向門槽作上下移動或者是繞著支絞作旋轉運動的閘門。可靠性，安全係數低，很難精確的控制。
隨著經濟和液壓技術的不斷髮展，傳動穩定的液壓啟閉機逐步取代了那些比較落後的繩毅式、鏈條式、多節拉桿式的啟閉機。作為一種比較完善而又經濟的先進的傳動裝置，其動力機構為油缸，由於油缸能夠產生很大的下壓力，所以，當採用液壓啟閉機操作閘門下降時，閘門就無需加重，因此也就可以減少驅動裝置的額定啟升容量。
一種典型的水閘自動化監控系統，其現地控制單元lcu(local control unit)有的採用8位或16位微控制器，致命的缺點是不便於擴充；而可程式設計控制器(programmable logic controller)簡稱plc因其具有邏輯判斷、定時、計數、記憶和算術運算、資料處理、聯網通訊及pid迴路調節等功能在閘門監控系統中得到了廣泛的應用。plc更符合工業現場的要求：高可靠性、強抗各種干擾的能力、程式設計安裝使用簡便、低價格長壽命。
由於傳統的液壓啟閉機控制系統存在控制線路複雜，維護工作繁重，可靠性低，不能對整個水電站進行自動控制，遠端通訊能力欠缺等缺點和侷限性，所以越來越不能滿足水電站的生產發展。
1、分散式監控系統的介紹
在我國的自動化控制領域中自動化控制系統主要分為分散式監控系統和集中式監控系統。分散式監控系統以控制物件分散為主要特徵。以控制物件為單元設定多套相應的裝置，構成現地控制單元，完成控制物件的資料採集和處理、電機機組等主要裝置的控制和調節以及裝置的資料通訊等。每孔閘門或一定數量的閘門配置一個現地控制單元(local controlunit，簡稱lcu)，每個lcu可構成一個獨立的控制迴路。其中某一個現場控制單元發生故障不會影響其他現場控制單元的正常工作。
2、分散式系統在閘門監控系統中的運用
控制系統採用分層分散式結構，一個較標準的plc閘群控制系統的總體結構圖，其可分為三層式結構：現地控制層、集中控制層和遠端監控層。
現地控制層的每孔閘門配置一個現地PLC，收集閘位、水位和各種現場開關量、模擬量資訊並上傳至集控層PLC，同時接受集控plc的命令並通過介面執行。集控層PLC主要目的是作為上位機和現地plc互動資訊的硬體中轉站，有著速度快、功能強大和穩定性高等特點。集控層上位機的人機互動系統一般由相應的組態軟體構成，在監控閘群系統的同時，肩負著與遠端監控層互動資訊的功能，因此遠地監控層也可通過公眾網路或專用網路實時監測閘群控制的狀況。
具體來說，該控制方案有著以下顯著優點：
(1)現地plc功能強大：由於是工業級產品，現地層plc均為模組化結構，設計、安裝、維護非常方便；且功能強大、穩定性高、可擴充套件性強；裝置介面種類的選擇面也很廣。
(2)集控層功能增強：集控層在上位機和現地PLC之間加設了高效能的主控PLC，作為硬體的資訊中轉站，使得集控層工作更穩定；同時，由於分擔了上位機的大部分工作，因此上位機可增加上傳通訊的功能，使得建立更高階的遠地監控層成為現實。
(3)增加了遠地監控層：在閘群控制的發展方向上，江河流域控制以及跨流域控制是其中重要的一項內容。因此，遠地監控層的建立成為必然趨勢，而plc系統的強大功能為其建立打下了堅實的基礎。
3、閘門監控系統的主從站PLC選擇
3.1閘門監控系統從站PLC的選擇
閘控系統從站PLC主要用於接受主站命令和上傳現場資訊，因此較強的實時通訊能力是必備的。由於現場的閘位資訊、荷重資訊和水位資訊需要在本地計算和顯示，所以從站PLC不能只具備輸入/輸出功能，還必須具有一定的計算能力，即現場智慧裝置必須具備cpu單元。另外，由於閘控現場需要一些必要的開關量輸入/輸出的訊號互動，因此如果從站plc能整合一定數量的dl/do點。
3.2閘控系統的主站PLC選擇
閘控系統的主站在整個控制系統中起到了承上啟下的關鍵中樞作用。對於下級的現地層裝置來說，它負責實時收集全部閘門現場裝置的狀態資訊，並下達相應的操作命令；對於上級的上位機作業系統來說，它負責處理各種現場上傳的狀態資訊並將相應的資訊上傳給上位機用於顯示和判斷，同時也接受上位機下達的命令。
4、閘門控系統的通訊方式
閘控系統在現場控制層面，採用了porfibus一dp工業現場匯流排作為集控層與現地層之間的通訊方式。從站plc通過profibus一dp匯流排與集中控制層的主站plc採用主——從方式連網通訊，現場各種外圍裝置的狀態資訊均通過從站上傳到主站中，同時主站也通過分佈在相應閘門旁的從站向現場控制和保護裝置傳送命令。在集中控制層面，採用的工業乙太網的通訊方式。主站plc通過乙太網口直接與上位機連線，採用乙太網通訊的方式與上位機互動資訊。上位機採用wincc軟體對現地控制層和集中控制層進行組態和建立人機互動介面。
profibus-dp經過優化的高速、廉價的通訊連線，專為自動控制系統和裝置己分散的i/0之間通訊設計，使用profibus-dp模組可取代價格昂貴的24v或0～20ma並行訊號線。profibus-dp用於分散式控制系統的高速資料傳.輸。
profibus-dp的基本功能有：dp主站和dp從站間的迴圈使用者資料傳送；各dp從站的動態啟用和解除啟用；檢查dp從站的組態；強大的診斷功能，三級診斷資訊(本站診斷、模組診斷、通道診斷)；輸入或輸出的同步；通過匯流排給dp從站分配地址：保證每個dp從站最大為246位元組的輸入和輸出資料：通過匯流排給dp主站進行配置。
與傳統的控制方法相比，profibus 閘門監控系統有以下突出優點：①用一條電纜實現現場裝置和現場控制了系統的轉連以及現場控制了系統和集中控制級系統及中央控制級系統的轉連，使用數字化通訊代替了4～20 ma或24v dc訊號，增強了現場級資訊整合量；②系統的開放性、可操作性、轉換性大大增強，不同廠家的產品和專長技術只要使用同一匯流排標準，即可進行系統整合；③系統的可靠性、可維護性好，採用profibus連線方式替代一對一的i/ o連線，減少了由接線點造成的不可靠因素，同時系統具有現場級裝置的線上故障診斷、報警、記錄功能，可完成現場裝置的遠端引數設定、修改等引數化工作，增強了系統的可維修性；④降低了系統及工程造價
對於大範圍、大規模i/ o的分散式系統，profibus節省了大量的線纜，i/o模組及電纜敷設工程費用，從而減少了工程成本.綜上所述，profibus現場匯流排技術對於閘門監控系統提供了可行的解決方案，代表著控制技術數字化、智慧化、網路化的發展方向，具有廣闊的應用前景。
5、總結
本文主要淺要討論基於PLC的閘門控制系統，水電站閘門的傳統繼電器控制和捲揚啟閉機正反轉控制閘門升降的模式，採用PLC和液壓控制的模式對閘門進行控制。