P LC和触摸屏在橡胶坝控制制系统中的应用
摘要：介绍了PLC和触摸屏在橡胶坝控制系统中的应用，设计了橡胶坝远程自动控制系统。分析了橡胶坝控制系统的组成结构、工作过程和PLC梯形图控制流程及触摸屏人机界面设计。该系统性能可靠、操作方便、自动化程度高、人机界面直观，有较高应用价值。
关键词：PLC；触摸屏；橡胶坝
中图分类号：TV644：TP391 文献标识码：B 文章编号：1000-0860(2008)10-0113-03
1 引言
橡胶坝是20世纪50年代末随着高分子合成材料工业的发展而出现的一种新型水工建筑物，具有造价低、节约材料、施工周期短、管理灵活、控制方便、运行稳定等优点¨]。为了减轻工作人员的负担，提高橡胶坝优化运行程度，增强系统抗干扰性，避免硬件老化损失，本文采用三菱PLC和HITECH触摸屏研制开发了一种小型橡胶坝自动控制系统。
2 橡胶坝控制系统结构及工作过程
山东威海哈工大自动化研究所与青岛华海公司合作开发了一级橡胶坝自动监控系统项目，该项目采用充水式橡胶坝，并且在河道附近修建了一个深水蓄水池。系统组成结构如图l所示。该橡胶坝长32m，高3 m，宽3.5 m。泵A、泵B均为扬程50 m、流量60~100m³/h、功率22 kW/380 V的ISl00—65—200型号潜水泵，水管内径300 mm。D1—194为电动执行
器Dl(J一510 1125。在进水和排水阀前安装1个公用缓冲罐，用于保护橡胶坝和土建坝体，避免较大扬程的水压冲击橡胶坝坝体产生涨水共振现象。也避免排水水压冲击土建坝体，造成坝体损坏。系统安装止回阀若干，防止水逆流。
图1 橡胶坝系统组成结构
系统运行过程：当处于机充涨坝过程时，打开D1、D4，关闭D2、D3，开启泵A或泵B，从蓄水井中抽水送到坝袋内，坝袋内水位上升，坝体增高，起挡水作用；当机排放坝过程时，打开D2、D3，关闭Dl、D4，开启泵A或泵B，将水从坝袋内部分排出，坝袋内水位下降，坝体降低，起泄洪作用。放坝过程中，如将坝袋中的水全部排出，则为机排塌坝；如不开启泵A或泵B，利用坝袋内水压力将水部分排出，则为自排放坝。正常情况下，泵A、泵B为一用一备；紧急情况下，双泵可以同时工作。
在坝袋、坝前和坝上游3 km处设置自动测量系统，测量坝袋频率、压力和水位等运行参数，汇集到PLC控制器，根据现场参数发出控制命令。在坝上游3 km处设置液位传感器，通过数传电台把水位数据实时传送到PLC中。同时坝袋内部安装压力和频率传感器，实时检测坝袋情况，如果逼近坝袋承受极限，则机排放坝。根据上游水位和坝前水位的逻辑比较结果，自动控制坝袋充、排水方式，实现橡胶坝无人值守控制。
3 橡胶坝控制系统设计
PLC是广泛应用于工业生产与控制的核心设备。传统继电接触器控制方式具有结构复杂、故障率高、可靠性差、布线工作量大、线路改造不灵活等缺点。PLC以体积小、功能强、维护方便、抗干扰能力强、具有良好的扩展性等优点，可满足橡胶坝灵活控制的
要求。
本系统采用常规通用的3种相对独立的控制方式。一种是PLC自动控制方式，一种是触摸屏远程控制方式，一种是现场手动机械控制方式旧j，具体控制方式如图2所示。
图2橡胶坝系统控制方式
正常情况下，PLC处理从仪表中检测出来的原始数据，同系统内预设参数比较，得出控制信号，控制电机和电动阀门。如果需要远程手动控制，则通过触摸屏逐步设置各项参数，由PLC根据设置数据控制水泵和电动阀门。如PLC出现问题或现场出现紧急情况，则可以操作现场电气控制柜，通过转换开关，直接控制水泵和电动阀门等。
3．1 PLC控制系统设计
橡胶坝控制系统核心部件选择三菱公司的FX2N一32MR基本型PLC，有16个输入点，16个继电器输出点。增加扩展模块FX2N一4AD，它是4通道输入A/D转换模块，由用户设定输入方式，模拟量范围是4～20 mA电流信号或者是一10～10 V直流电压信号，最大分辨率为12位；增加通信模块FX：。一232一BD，用于和数传电台进行远程通信。PLC的软件设计主要是通过检测坝前、水坝上游处的水位HI，H2和水坝自身的充涨高度日，经过逻辑判断以后控制橡胶坝充排水泵的开停和电动阀的切换。正常情况下，坝体充涨，保持坝内压和坝前水位不变，并保持适度溢流；若上游水位持续升高，此时应自排放坝；若检测并判断洪水来到时，开始机排塌坝；坝体充排达到共振频率附近时，应尽快泄水或充水；给洪水分级，对于不同规模的洪水，可以控制坝体放坝到零高度、半高或者70％坝高。其间报警检测程序一直运行，若出现水泵阀门不动作、通信出错等情况，及时报警。程序流程如图3所示。
图3 PLC软件控制流程
3．2触摸屏监控系统设计
触摸屏是显示器和触摸开关一体化的可编程终端，和PLC配套使用，组成具有图形化、交互式工作界面的独立系统。用户可自由组合文字、指示灯、开关按钮、各种动态图形图表、数字数据显示输入、异常报警、静态显示等来处理或监控管理及应付随时可能变化信息的多功能显示屏幕"’。本系统使用HITECH公司的PWS3260一DTN彩色触摸屏。它使用32 B RISC处理器，使用RS232或RS485通过COMl或COM2与PLC通信，有带电保持存储区，编程软件使用ADP3．1版本。
触摸屏控制画面设计流程如图4所示。打开软件，新建一个工程，接着进行画面属性配置，包括工程名称、触摸屏型号、PLC型号等。设置完毕，就可以进行画面编辑，使用按钮、指示灯、动态示意图等系统组件来进行画面设计。应该尽量让画面简单易懂、容易操作。然后，配置历史资料存储地址、警报设定类型等。画面完成以后，进行编译和系统离线模拟。如果没有错误，则可下载到PWS3260内存中，进行现场试运行。
图4触摸屏控制界面设计流程
对橡胶坝监控系统要求触摸屏可以实时显示坝体高度、坝袋内压、振动频率；实时显示河道上游、坝前位置的水位；动态模拟系统运行工况；显示泵机和电动阀门开启次数、总运行时间、运行过程监视等信息。
系统设定浏览用户、操作员、管理员3种不同用户，启动界面需要用户名和密码，根据不用的用户可以预先设置不同的操作权限。主画面模拟了橡胶坝的硬件设施，并且能动态显示水泵与阀门运行状态。可以进行PLC自动运行系统和触摸屏手动运行的选择，也可以参照当地水文资料对系统运行参数进行设置。可以查看历史数据，如坝高、坝内压、坝频率等数据。主画面实时显示坝体高度趋势图、坝体振动频率、坝袋内压3个数据。系统设定报警系统，以声音和指示灯闪烁方式显示报警事件。同时，当操作人员确定报警以后，系统自动提示处理报警事件的专家方法。
4 结论
在以PLC为核心的控制系统中，配合触摸屏的使用，不仅继承了PLC系统的优点，还减少了系统配件，提高了系统抗干扰能力，降低了系统成本。该系统投入运行以后，性能可靠稳定，操作简单直观，系统反应快速，故障率低，维修方便。同时，对橡胶坝系统联防联控、统筹管理水资源和整理当地水文数据，具有重要的实际意义。
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