□趙金玉 □賀玉霞（駐馬店市薄山水庫管理局）

一、PLC的基本概念

可編程控制器(Programmable Controller)是計算機家族中的一員，是為工業(yè)控制應用而設計制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器 (Programmable Logic Controller)，簡稱PLC，它主要用來代替繼電器實現邏輯控制。隨著技術的發(fā)展，這種裝置的功能已經大大超過了邏輯控制的范圍。

二、PLC的基本結構

（一）中央處理單元(CPU)

中央處理單元(CPU)是PLC的控制中樞，它按照PLC系統程序賦予的功能接收存儲從編程器鍵入的用戶程序和數據。檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當PLC投入運行時，首先它以掃描的方式接收現場各輸入裝置的狀態(tài)和數據，并分別存入I/O映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數運算的結果送入I/O映象區(qū)或數據寄存器內。所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內的數據傳送到相應的輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行。

（二）存儲器

存放系統軟件的存儲器稱為系統程序存儲器；存放應用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。

（三）電源

PLC的電源在整個系統中起著十分重要的作用。如果沒有一個良好的、可靠的電源系統是無法正常工作的，因此PLC的制造商對電源的設計和制造也十分重視。一般交流電壓波動在+10%(+15%)范圍內，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網上去。

（四）輸入輸出接口電路

現場輸入接口電路由光耦合電路和微機的輸入接口電路，作用是PLC與現場控制的接口界面的輸入通道?，F場輸出接口電路由輸出數據寄存器、選通電路和中斷請求電路集成，作用PLC通過現場輸出接口電路向現場的執(zhí)行部件輸出相應的控制信號。

三、PLC的工作原理

（一）輸入采樣階段

在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數據，并將它們存入I/O映象區(qū)中相應的單元內。輸入采樣結束后，轉入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數據發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應單元的狀態(tài)和數據也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。

（二）用戶程序執(zhí)行階段

在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序對由觸點構成的控制線路進行邏輯運算，然后根據邏輯運算的結果，刷新該邏輯線圈在系統RAM存儲區(qū)中對應位的狀態(tài)，或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應位的狀態(tài)，或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功指令。

（三）輸出刷新階段

當掃描用戶程序結束后，PLC就進入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內對應的狀態(tài)和數據刷新所有的輸出鎖存電路，再經輸出電路驅動相應的外設。這時，才是PLC的真正輸出。

四、應用實例

以薄山水庫為例。薄山水庫溢洪道新閘門14m×11.8m,額定啟門力2×500kN,啟閉揚程15m，弧形工作閘門5扇,均采用PLC控制.根據水閘的運行要求,PLC控制器在水閘啟閉系統中對閘門進行實時監(jiān)控及管理。PLC按照工作要求執(zhí)行指令,把輔助設備采集到的數據進行運算處理,并在觸摸屏上顯示。PLC控制器執(zhí)行指令的過程是一個隨著時間而不斷重復的數據采集運算處理過程,從而實現閘門實時監(jiān)控。PLC控制器的運行程序是以水閘的運行要求為依據,來源于電腦編程,并通過數據線下載傳輸到PLC控制器。

PLC控制器的數據采集設備包括載荷傳感器和軸角編碼器。載荷傳感器安裝在啟閉機的平衡滑輪軸的軸承處,利用壓電效應采集閘門運行中的受力數據,并傳輸給變送器,由變送器把數據轉換成標準電信號,最后傳輸給PLC控制器的數據模塊以此來完成載荷的實時監(jiān)控。PLC控制運行中,當荷載達到90%額定啟門力時,PLC控制器發(fā)出預警信號;當荷載達到100%額定啟門力時,PLC控制器發(fā)出延時報警信號;當荷載達到105%額定啟門力時,PLC控制器切斷主回路,啟閉機停止運行。PLC控制器的額定載荷的設定為:額定荷載=額定啟門力/鋼絲繩組數。薄山水庫弧形閘門額定荷載為500kN。

軸角編碼器安裝在鋼絲繩滾筒的軸頭處并與鋼絲繩滾筒同步運轉,軸角編碼器利用光電掃描原理采集閘門運行中的開度數值,傳輸給PLC控制器的數據模塊以此實現開度的實時顯示。PLC控制器的數據顯示及執(zhí)行指令的設備為觸摸屏又稱顯示面板。水閘采用PLC控制器監(jiān)控是建立在傳統閘門控制設備基礎之上的新科技成果,且保留傳統閘門控制的所有功能。

五、PLC控制器的優(yōu)點

（一）技術先進、穩(wěn)定可靠

該自動化控制系統使用的profibus-DP現場總線、通訊網絡、可編程控制器及組態(tài)軟件均經過嚴格測試,可以保證系統穩(wěn)定可靠地運行。

（二）實現遠程監(jiān)控，界面直觀,操作簡單

控制中心采用全中文界面,使用觸摸屏視窗,使操作更加人性化,可在觸摸屏視窗上設定閘門開度,系統執(zhí)行自動運行指令。表現為閘門在上升、下降的過程中,觸摸屏上能夠顯示出閘門實時開度數值、載荷數值及閘門運行中的實時位置圖,便于閘門控制系統操作人員直觀掌握閘門啟閉狀態(tài)信息。

（三）存儲功能

PLC控制器具有系統的存儲功能,可通過觸摸屏視窗上的菜單指令,記憶閘門每次的運行參數。

（四）適用性強,抗干擾能力強

PLC控制器除了邏輯處理功能以外,現代PLC大多具有完善的數據運算能力,可用于各種數字控制領域。

（五）開放性

該系統采用的現場總線是國際通用的具有開放協議的現場總線和接口,同時各控制站均留有I/O余量,以便于以后系統的改造和擴展。

（六）安全性

PLC控制器具有全面安全保護體系。如果要執(zhí)行閘門運行任務,必須先進入菜單執(zhí)行解鎖指令,輸入密碼后方可進行其他指令,同時在電腦編程中設定閘門的額定揚程值及額定啟門力值,下載到PLC控制器的運行程序中,使系統的電路及設備獲得故障自我診斷保護。PLC帶有硬件故障自我檢測功能,出現故障時可及時發(fā)出警報信息，對閘門啟閉設備的安全運行提供有利保障。

六、影響PLC控制器應用的因素

PLC控制器在水利工程的應用,作為一種高新技術成果,逐漸得到人們的認同。但是,在其應用的過程中,也受到一些因素的影響,存在一定的問題。

同樣以薄山水庫為例,輸水泄洪洞的腐蝕性氣體嚴重,并且濕度較大,新閘門井與輸水泄洪洞環(huán)境相似,尤其在暑期,該情況尤為嚴重。PLC控制器和其他輔助設備在這種惡劣的工作環(huán)境下受到腐蝕,工作人員積極想辦法,并增設一些其他設施來改善環(huán)境,盡量減少對該設備的不利影響,起到了必要的維護作用。

冬季在沒有任何取暖設施的情況下,閘室內溫度過低,會對PLC控制器的應用有一定的約束作用。作為現場應用的設備,周圍環(huán)境中如有粉塵、磁場、雷電等,也對PLC控制器的應用產生不良影響。PLC控制器在應用初期將會遇到一些問題,應當盡快采取措施,避免事故發(fā)生,使設備處在安全的待運行狀態(tài)。

七、結語

PLC控制器在薄山水庫閘門啟閉系統中經過初期應用,已顯示出對閘門自動化監(jiān)控的優(yōu)勢。它使閘門運行管理工作提高了效率,降低了對閘門監(jiān)控的難度,為水務工程的安全管理提供保障。PLC控制器的種類和型號繁多,針對不同設備,根據設備的功能選用最符合要求的PLC控制器的種類和型號非常重要。在科技不斷發(fā)展的今天,PLC控制器的功能將會更加強大和完善,并在今后水務工程領域的應用將會更加普及,為水務工程電器設備的科學管理、可靠運行更好地服務。