P LC和觸摸屏在橡膠壩控制制系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘要：介紹了PLC和觸摸屏在橡膠壩控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，設(shè)計(jì)了橡膠壩遠(yuǎn)程自動(dòng)控制系統(tǒng)。分析了橡膠壩控制系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)、工作過(guò)程和PLC梯形圖控制流程及觸摸屏人機(jī)界面設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)性能可靠、操作方便、自動(dòng)化程度高、人機(jī)界面直觀，有較高應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：PLC；觸摸屏；橡膠壩

中圖分類號(hào)：TV644：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1000-0860(2008)10-0113-03

    1 引言
    橡膠壩是20世紀(jì)50年代末隨著高分子合成材料工業(yè)的發(fā)展而出現(xiàn)的一種新型水工建筑物，具有造價(jià)低、節(jié)約材料、施工周期短、管理靈活、控制方便、運(yùn)行穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)¨]。為了減輕工作人員的負(fù)擔(dān)，提高橡膠壩優(yōu)化運(yùn)行程度，增強(qiáng)系統(tǒng)抗干擾性，避免硬件老化損失，本文采用三菱PLC和HITECH觸摸屏研制開發(fā)了一種小型橡膠壩自動(dòng)控制系統(tǒng)。

    2 橡膠壩控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作過(guò)程

    山東威海哈工大自動(dòng)化研究所與青島華海公司合作開發(fā)了一級(jí)橡膠壩自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)項(xiàng)目，該項(xiàng)目采用充水式橡膠壩，并且在河道附近修建了一個(gè)深水蓄水池。系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)如圖l所示。該橡膠壩長(zhǎng)32m，高3 m，寬3.5 m。泵A、泵B均為揚(yáng)程50 m、流量60~100m³/h、功率22 kW/380 V的ISl00—65—200型號(hào)潛水泵，水管內(nèi)徑300 mm。D1—194為電動(dòng)執(zhí)行
器Dl(J一510 1125。在進(jìn)水和排水閥前安裝1個(gè)公用緩沖罐，用于保護(hù)橡膠壩和土建壩體，避免較大揚(yáng)程的水壓沖擊橡膠壩壩體產(chǎn)生漲水共振現(xiàn)象。也避免排水水壓沖擊土建壩體，造成壩體損壞。系統(tǒng)安裝止回閥若干，防止水逆流。

圖1 橡膠壩系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)
 

    系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程：當(dāng)處于機(jī)充漲壩過(guò)程時(shí)，打開D1、D4，關(guān)閉D2、D3，開啟泵A或泵B，從蓄水井中抽水送到壩袋內(nèi)，壩袋內(nèi)水位上升，壩體增高，起擋水作用；當(dāng)機(jī)排放壩過(guò)程時(shí)，打開D2、D3，關(guān)閉Dl、D4，開啟泵A或泵B，將水從壩袋內(nèi)部分排出，壩袋內(nèi)水位下降，壩體降低，起泄洪作用。放壩過(guò)程中，如將壩袋中的水全部排出，則為機(jī)排塌壩；如不開啟泵A或泵B，利用壩袋內(nèi)水壓力將水部分排出，則為自排放壩。正常情況下，泵A、泵B為一用一備；緊急情況下，雙泵可以同時(shí)工作。

    在壩袋、壩前和壩上游3 km處設(shè)置自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，測(cè)量壩袋頻率、壓力和水位等運(yùn)行參數(shù)，匯集到PLC控制器，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)發(fā)出控制命令。在壩上游3 km處設(shè)置液位傳感器，通過(guò)數(shù)傳電臺(tái)把水位數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送到PLC中。同時(shí)壩袋內(nèi)部安裝壓力和頻率傳感器，實(shí)時(shí)檢測(cè)壩袋情況，如果逼近壩袋承受極限，則機(jī)排放壩。根據(jù)上游水位和壩前水位的邏輯比較結(jié)果，自動(dòng)控制壩袋充、排水方式，實(shí)現(xiàn)橡膠壩無(wú)人值守控制。

    3 橡膠壩控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

    PLC是廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)與控制的核心設(shè)備。傳統(tǒng)繼電接觸器控制方式具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、故障率高、可靠性差、布線工作量大、線路改造不靈活等缺點(diǎn)。PLC以體積小、功能強(qiáng)、維護(hù)方便、抗干擾能力強(qiáng)、具有良好的擴(kuò)展性等優(yōu)點(diǎn)，可滿足橡膠壩靈活控制的
要求。

    本系統(tǒng)采用常規(guī)通用的3種相對(duì)獨(dú)立的控制方式。一種是PLC自動(dòng)控制方式，一種是觸摸屏遠(yuǎn)程控制方式，一種是現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)機(jī)械控制方式舊j，具體控制方式如圖2所示。

圖2橡膠壩系統(tǒng)控制方式

    正常情況下，PLC處理從儀表中檢測(cè)出來(lái)的原始數(shù)據(jù)，同系統(tǒng)內(nèi)預(yù)設(shè)參數(shù)比較，得出控制信號(hào)，控制電機(jī)和電動(dòng)閥門。如果需要遠(yuǎn)程手動(dòng)控制，則通過(guò)觸摸屏逐步設(shè)置各項(xiàng)參數(shù)，由PLC根據(jù)設(shè)置數(shù)據(jù)控制水泵和電動(dòng)閥門。如PLC出現(xiàn)問(wèn)題或現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)緊急情況，則可以操作現(xiàn)場(chǎng)電氣控制柜，通過(guò)轉(zhuǎn)換開關(guān)，直接控制水泵和電動(dòng)閥門等。

    3．1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

    橡膠壩控制系統(tǒng)核心部件選擇三菱公司的FX2N一32MR基本型PLC，有16個(gè)輸入點(diǎn)，16個(gè)繼電器輸出點(diǎn)。增加擴(kuò)展模塊FX2N一4AD，它是4通道輸入A/D轉(zhuǎn)換模塊，由用戶設(shè)定輸入方式，模擬量范圍是4～20 mA電流信號(hào)或者是一10～10 V直流電壓信號(hào)，最大分辨率為12位；增加通信模塊FX：。一232一BD，用于和數(shù)傳電臺(tái)進(jìn)行遠(yuǎn)程通信。PLC的軟件設(shè)計(jì)主要是通過(guò)檢測(cè)壩前、水壩上游處的水位HI，H2和水壩自身的充漲高度日，經(jīng)過(guò)邏輯判斷以后控制橡膠壩充排水泵的開停和電動(dòng)閥的切換。正常情況下，壩體充漲，保持壩內(nèi)壓和壩前水位不變，并保持適度溢流；若上游水位持續(xù)升高，此時(shí)應(yīng)自排放壩；若檢測(cè)并判斷洪水來(lái)到時(shí)，開始機(jī)排塌壩；壩體充排達(dá)到共振頻率附近時(shí)，應(yīng)盡快泄水或充水；給洪水分級(jí)，對(duì)于不同規(guī)模的洪水，可以控制壩體放壩到零高度、半高或者70％壩高。其間報(bào)警檢測(cè)程序一直運(yùn)行，若出現(xiàn)水泵閥門不動(dòng)作、通信出錯(cuò)等情況，及時(shí)報(bào)警。程序流程如圖3所示。

圖3 PLC軟件控制流程

    3．2觸摸屏監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

    觸摸屏是顯示器和觸摸開關(guān)一體化的可編程終端，和PLC配套使用，組成具有圖形化、交互式工作界面的獨(dú)立系統(tǒng)。用戶可自由組合文字、指示燈、開關(guān)按鈕、各種動(dòng)態(tài)圖形圖表、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)顯示輸入、異常報(bào)警、靜態(tài)顯示等來(lái)處理或監(jiān)控管理及應(yīng)付隨時(shí)可能變化信息的多功能顯示屏幕"’。本系統(tǒng)使用HITECH公司的PWS3260一DTN彩色觸摸屏。它使用32 B RISC處理器，使用RS232或RS485通過(guò)COMl或COM2與PLC通信，有帶電保持存儲(chǔ)區(qū)，編程軟件使用ADP3．1版本。

    觸摸屏控制畫面設(shè)計(jì)流程如圖4所示。打開軟件，新建一個(gè)工程，接著進(jìn)行畫面屬性配置，包括工程名稱、觸摸屏型號(hào)、PLC型號(hào)等。設(shè)置完畢，就可以進(jìn)行畫面編輯，使用按鈕、指示燈、動(dòng)態(tài)示意圖等系統(tǒng)組件來(lái)進(jìn)行畫面設(shè)計(jì)。應(yīng)該盡量讓畫面簡(jiǎn)單易懂、容易操作。然后，配置歷史資料存儲(chǔ)地址、警報(bào)設(shè)定類型等。畫面完成以后，進(jìn)行編譯和系統(tǒng)離線模擬。如果沒(méi)有錯(cuò)誤，則可下載到PWS3260內(nèi)存中，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試運(yùn)行。

圖4觸摸屏控制界面設(shè)計(jì)流程

    對(duì)橡膠壩監(jiān)控系統(tǒng)要求觸摸屏可以實(shí)時(shí)顯示壩體高度、壩袋內(nèi)壓、振動(dòng)頻率；實(shí)時(shí)顯示河道上游、壩前位置的水位；動(dòng)態(tài)模擬系統(tǒng)運(yùn)行工況；顯示泵機(jī)和電動(dòng)閥門開啟次數(shù)、總運(yùn)行時(shí)間、運(yùn)行過(guò)程監(jiān)視等信息。

    系統(tǒng)設(shè)定瀏覽用戶、操作員、管理員3種不同用戶，啟動(dòng)界面需要用戶名和密碼，根據(jù)不用的用戶可以預(yù)先設(shè)置不同的操作權(quán)限。主畫面模擬了橡膠壩的硬件設(shè)施，并且能動(dòng)態(tài)顯示水泵與閥門運(yùn)行狀態(tài)。可以進(jìn)行PLC自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)和觸摸屏手動(dòng)運(yùn)行的選擇，也可以參照當(dāng)?shù)厮�文資料對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。可以查看歷史數(shù)據(jù)，如壩高、壩內(nèi)壓、壩頻率等數(shù)據(jù)。主畫面實(shí)時(shí)顯示壩體高度趨勢(shì)圖、壩體振動(dòng)頻率、壩袋內(nèi)壓3個(gè)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)設(shè)定報(bào)警系統(tǒng)，以聲音和指示燈閃爍方式顯示報(bào)警事件。同時(shí)，當(dāng)操作人員確定報(bào)警以后，系統(tǒng)自動(dòng)提示處理報(bào)警事件的專家方法。

    4 結(jié)論

    在以PLC為核心的控制系統(tǒng)中，配合觸摸屏的使用，不僅繼承了PLC系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，還減少了系統(tǒng)配件，提高了系統(tǒng)抗干擾能力，降低了系統(tǒng)成本。該系統(tǒng)投入運(yùn)行以后，性能可靠穩(wěn)定，操作簡(jiǎn)單直觀，系統(tǒng)反應(yīng)快速，故障率低，維修方便。同時(shí)，對(duì)橡膠壩系統(tǒng)聯(lián)防聯(lián)控、統(tǒng)籌管理水資源和整理當(dāng)?shù)厮�文�?shù)據(jù)，具有重要的實(shí)際意義。

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