论plc在防洪枢纽自动化控制原理及应用.doc

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论PLC在防洪枢纽自动化控制原理及应用
论PLC在防洪枢纽自动化控制原理及应用

　　摘要：21 世纪的今天，PLC 会有更大的发展，现代PLC的发展有两个主要趋势 ：其一是向体积更小、速度更快、功能更强和价格更低的微小型方面发展 ；其二是向大型网络化、高可靠性、好的兼容性和多功能方面发展，而且PLC 的可靠性越来越强。本文主要阐述了PLC的原理及应用。

　　关键词：结构与原理；监视和控制；建设
　　Abstract: the 21 st century, PLC will have more development, the development of modern PLC has two main trend: one is to smaller, faster, stronger and more function price low small small-sized aspect development; The second is to large network, high reliability, good compatibility and multi-functional aspects, and the reliability of the PLC is more and more strong. This paper mainly expounds the principle and application of PLC.
　　Keywords: structure and principle; Monitor and control; construction
　　中图分类号：TN711.5文献标识码：A 文章编号：
　　引言：数字化防汛设施监控系统是个双向系统，一方面利用数字化摄像、测量、感应设备实现数据的采集，通过有线光缆、无线微波等传输方式将数据实时传送到中控室，进行读取、处理、存储和利用；另一方面，通过该系统，工作人员能在第一时间掌握各防汛设施的状态、读数和命令执行情况，在办公室的工作站上利用分级授权就能做到对各水利设施发布防汛操作指令，在抗洪安全中能发挥重要作用。
　　一、PLC自动控制系统的基本结构与原理
　　1.1 PLC是由基本单元、扩展单元、扩展模块及特殊功能模块构成的
　　基本单元包括CPU、存储器、I/O单元和电源，是PLC 控制的核心 ；扩展单元是扩展I/O 点数的装置，内部有电源 ；扩展模块用于增加I/O点数和改变I/O 点数的比例，内部无电源，由基本单元或扩展单元供电。扩展单元和扩展模块内无CPU，必须与基本单元一起使用。特殊功能模块是一些特殊用途的装置。下面介绍PLC 基本单元的硬件和软件。
　　1.2 PLC 硬件
　　主要由中央处理单元、存储器、输入单元、输出单元、电源单元、编程器、扩展接口和存储器接口组成：PLC 内部有许多具有不同功能的元件，实际上这些元件是由电子电路和存储器组成的。PLC 的工作原理与计算机的工作原理基本上是一致的，可以简单地表述为在系统程序的管理下，通过运行用户程序完成控制任务。但是，计算机与PLC的工作方式有所不同，计算机一般采用等待命令的工作方式，而PLC 则采用循环扫描的工作方式。编程语言及方法基本上有这几种 ：①梯形图语言 ②指令表（助记符）语言 ③顺序功能图 ④能块图：类似于数字逻辑电路的编程语言 ⑤结构文本 ：大中型PLC 中可以实现复杂的数学运算。
　　二、实现目标
　　通过采用计算机、网络通信、信号处理、测量控制、系统分析以及人机接口等技术综合运用，实现3孔节制闸及供用电部分的自动控制，满足无人值班、少人值守定期巡视，并且可以向上级管理机关传输远传数据，使上级管理机关能够实时接收节制闸的监控和视频图像，实现远程监视的要求。提高设备运行效率和水资源的有效利用率，降低运行成本，提高经济效益。
　　三、系统特点及性能
　　3.1系统能满足防汛调度的基本要求
　　实现人力现场值守相同效果，具有设计合理、技术先进、图像清晰、传输稳定、操作方便、维护简单等特点。
　　3.2实时性。系统应采用技术过硬、指标先进的产品，特别是 PLC 要用知名公司生产的高指标产品，满足下列要求：电气模拟量采集周期小于 1 s，非电气模拟量小于 5 s，接受控制命令到执行控制的响应时间在 1 s 之内，微机调取重要和报警画面的响应时间小于 1 s，调取常规画面小于 2 s，调取其他画面小于 3 s；数据库刷新到画面上实时数据刷新时间不大于 2 s，防汛指令发布及执行命令至应答显示的响应时间不大于 3 s，从出现报警信号至画面上显示并发音响报警的响应时间不能超过 2 s。
　　3.3先进性。数据存储格式采用 MPEG-4 压缩技术代替 MPEG，可以降低视频数据流量和文件大小，节省空间和传输带宽，节省网络费用；同时，在画质上，最高分辨率可达 720×576，满足标清的显示要求，提高防汛设施的读数清晰度和精确性，同时保持水流等动态影像的流畅和清晰。而且，控制系统除了中控室可以操作外，在局域网内其他得到授权的微机上，也具备这个功能，系统能依据用户网络的实际情况采取网络单播、组播和服务器组播等技术，以降低多个用户请求同一视频流数据时的网络流量，在保证图像质量的前提下，有效降低在多用户并发操作下的图像延迟和带宽占用。同时，系统组网方式灵活，监控点数量可以灵活增加或者减少。
　　3.4稳定性。防汛抗台期间，气象条件极其恶劣，系统可以考虑采用嵌入式DVR单板结构，CPU可以采用较低主频，这样外围电路比较简单，不仅更专业，便于维护，外部连接也更方便，而且可靠性和稳定性得到广泛认可。
　　3.5保密性。网内每台微机和每个监控点都分配专属的IP地址，由最高权限的执行者设置不同等级的使用权限，网内成员如果要调取监控或者操作指令，必须具备已有的权限并通过权限及口令的正确输入，方可实现，不同的使用者可获得的监控信息也不一样。
　　四、PLC 自动控制系统在防洪枢纽的应用
　　当前防洪枢纽水泵，水闸运行控制主要通过PLC自动控制模块进行控制, 主要具体的水利工程工艺用途。
　　4.1清污和污物输送。在开启水泵前，通过清污机的翻转式耙手清除水中的水藻和水面的漂浮物。皮带输送机把各个清污机收集的污物输送到集污池。
　　4.2水泵调水。启动液压式或者卷扬式启闭机以打开工作闸门，启动轴流水泵或潜水泵可把低位侧水源抽吸到高位侧。水泵与工作闸开始数量和顺序需据工况决定。
　　4.3节制闸调水。当下游侧需要更多水源时，参照河流的涨落工况开启节制闸门，水源从高位侧排放到低位侧。闸门开关过程可进行同步纠偏。
　　根据这几个水利工程工艺，我们分别介绍PLC在其中的具体应用，首先每个防洪枢纽对水泵，水闸的控制，都是通过对各个水泵，水闸数据的采集与处理后，进行判断，最终做出相应的反馈动作，其中包括开关量，模拟量，脉冲量的累积和处理，抽水量及其流量计算，开关量输出，信号量值及其状态设定。其次，运行监视和事故报警。运行实时的监视，参数越限报警的记录，系统时钟校对和事故顺序记录，故障状态显示记录，事故追忆及相关量记录。最后最重要的是这些信息在各个终端计算机之间的数据通讯联系和反馈，只有这样，我们才能第一时间采集和处理这些来自各个水泵，水闸的即时信息数据，当然也包括与上级调度网络的通信，计算机和设备之间的通讯。辅助这些肉眼看不到的数据信息，我们也可以在船闸和水泵实物上安装球形或者定点摄像头，以便我们更好的监视现场状况，做到万无一失。同时也可以利用这些“眼睛”代替我们检查一些人难以到达的地方。
　　五、结语：
　　从发展来看，如果和水情测报系统融合，就能实时掌握水库上下游各个水情测报点的水情情况，可更加有效地对水库日常的控制运用决策产生重大影响，特别在汛期遭遇强台风袭击等恶劣的气候环境中，在水库抗洪安全中能发挥重要作用。可以预见，系统的建设和投入运行，必将减轻人工巡视检查的强度，提高对水利设施及防汛指令执行情况进行实时监视的范围及时效性，并通过可视化远程控制手段，能发挥人为难以替代的作用。

　　参考文献：
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　　[2]李文森. 水库汛限水位动态控制的应用[J]. 红水河,2012,(1).
　　[3]黄磊,杨士斌,刘涛,陈琦莹. 水闸调度中信息孤岛的整合分析[J]. 海河水利,2012,(1).

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