水利控制說明:
水利樞紐工程節(jié)制閘液壓系統(tǒng)的構成，同步誤差的形成， 以及基于s7—300型PLC系統(tǒng)的硬件組成和軟件設計方法。
主要組成：
液壓啟閉機,液壓同步,PLC；系統(tǒng)重要組成部分，其中節(jié)制閘為二孔一聯(lián)整體式結構，單孔凈寬12米，閘項高程10．3米，底板高程一1．O米。節(jié)制閘閘門采用露頂式實腹鋼粱平面鋼閘門， 門底高程一1．O米， 門頂高程9．O米。門寬12．66米。啟閉機采用倒掛式液壓啟閉機。根據(jù)液壓啟閉機運行實踐表明：單吊點閘門啟閉技術已非常成熟，而雙側傳動的液壓啟閉機的同步控制，仍然是水利水電技術研究方面的一個重要課題。在各設計院和制造廠的努力下，大部分閘門的同步控制是成功的，但也有一部分雙吊點閘門， 尤其是大中型寬跨度的液壓啟閉機雙缸同步問題未獲得根本解決，從而導致閘門傾斜卡死，甚至吊點拉脫，造成閘門失事。而我們九曲河樞紐工程的節(jié)制閘就是采用雙吊點且為大中型寬跨度的液壓啟閉機系統(tǒng)，其雙缸同步控制系統(tǒng)必須得到根本解決，我們引入了可編程序控制器(PLC)作為控制核心，保證了閘門能夠長期平穩(wěn)的運行。 同費氓麓的形成 ： 在水利工程中使用的液壓啟閉機同工程機械相比有其特殊性。首先液壓啟閉機所操作的不是自由懸掛的重物，而是沿著導向門槽作上下移動或者是繞著支鉸作旋轉運動的閘門。因此閘門作為牽引構件上的載荷，不僅取決于閘門重量，還在很大程度上取決于運行阻力的大小。而且這些阻力又是不穩(wěn)定的，因為它與水封和支撐行走機構摩擦表面的狀態(tài)密切相關，如內外水位差，泥沙淤積，建筑垃圾和各種漂浮物落入門槽，以及埋沒部件結冰等都會使運行阻力大大增加。此外，在水中操作閘門，載荷的大小還隨著閘門的開度而變化的動水壓力有關。這些載荷的變化使雙缸承受負載不同，根據(jù)壓力— — 流量關系，承載大的液壓缸比承載小的液壓缸速度慢。同時，從系統(tǒng)本身來講，下列因素也是造成不同步的原因。兩油缸不是安裝在同一閘墩上，這就產(chǎn)生了安裝幾何誤差。雙缸運動副摩擦力不同，由于雙缸的制造精度不同，安裝時的運動副摩擦力也不相等，摩擦力大的液壓缸運行慢：液壓系統(tǒng)的內外泄露和壓縮不可能相等；油管長度和彎頭數(shù)目的不同將造成雙缸沿程阻力的不相等；長時間運行使液壓缸的工作特性發(fā)生變化，而兩缸的工作特性變化不可能相同等等。2系統(tǒng)構成解決雙吊點液壓啟閉機系統(tǒng)不同步問題就是在上述因素對系統(tǒng)影響不可避免的情況下，如何利用PLC來實時控制液壓啟閉機雙缸同步精度。如圖所示為液壓系統(tǒng)原理圖。該系統(tǒng)采用二臺型號為YYB2255—4， 功率為37KW的異步電動機帶動變量液壓泵為系統(tǒng)供油，且液壓泵電機組采用一用一備工作方式。2．1硬件設計： 主要包括下位機和上位機的硬件，共同構成～個小型控制系統(tǒng)。如圖1.下位機和上位機之間通過MPI協(xié)議進行數(shù)據(jù)傳輸，PLc中央機架和擴展機架之間通過IM360和IM361接口模塊進行連接。由于特殊的工藝特點，經(jīng)充分論證選擇了SIEMENS公司的SIMATICS7—300系列PLC作為控制核心。s7—300系列是模塊化小型PLC系統(tǒng)。能滿足中等性能的要求。主要有以下特點：觸摸操作屏$7-300站圖 1
1)大范圍的各種功能模塊，可以滿足和適應自動控制任務；
2)簡單實用的分散式結構和多界面網(wǎng)絡功能；
3)控制靈活，可靠性高，方便用戶；
4)CUP處理速度快，集成功能強；
5)當控制任務增加時，模塊擴展方便靈活。液壓啟閉機系統(tǒng)輸入信號主要有手動／自動／遠程控制開關量的輸入，系統(tǒng)壓力傳感器的輸入，油泵電壓輸入，開度傳感器的輸入，超差信號的輸入及報警信號的輸入等。既有模擬量的輸入又有開關量的輸入。
根據(jù)液壓啟閉機系統(tǒng)的控制要求和被控制器的特點，可充分利用s7—300的系統(tǒng)資源，s7—300可編程控制器的硬件配置如下：
1)電源模塊：PS307，通過背板總線向各模塊供電，輸入電壓為120／230V／AC，可提供輸出24V／DC電源。
2)CPU3l3一lAD03，64kb-E作存儲器， 負載存儲器集成96kbRAM，最大可以擴展512kb，MPI接口可以與OP7／DP操作面板進行通訊主要用來執(zhí)行用戶程序，控制i／o模塊和與上位機通訊。
3)SM321數(shù)字量輸入模塊：16點輸入。
4)SM321模擬量輸入模塊：8通道隔離輸入。
5)SM322模擬量輸出模塊。
6)SM322數(shù)字量輸出模塊：16點輸出，24V／DC。7)SM338型智能計數(shù)模塊；8通道，用于通用計數(shù)和測量任務，可實現(xiàn)超差檢測，并具有比較功能以及故障中斷處理功能8)cP通訊處理模塊，可以實現(xiàn)PPI通訊Pp9)OP7／DP鍵盤顯示及觸摸屏，一個RS232通訊接口可以與PLC，計算機，打印機連接，一個RS485接口可與PLC計算機連接。在控制系統(tǒng)的輸入電路中，由壓力變送器檢測到實時液壓系統(tǒng)的系統(tǒng)壓力，輸出4-20mA的壓力信號，經(jīng)過IC7轉換為0—5V的電壓信號，送入到2)事件處理子程序事件處理子程序包括正常停機子程序， 安全停機子程序，緊急停機子程序， 自動啟動子程序，手動啟動子程序，檢修啟動予程序， 糾偏計算子程序，繼電器控制子程序，定時中斷程序等。繼電器控制器子程序主要完成油泵的運轉和停止控制，通過糾偏計算子程序不斷計算兩個液壓缸是否同步，當糾偏量不為零時，對系統(tǒng)進行糾偏，對速度快的油缸停止供油，當油缸同步時再同時供油。在定時中斷程序中，要實現(xiàn)內外水位的監(jiān)測與比較，當水位差達到設定值時， 自動啟動子程序啟動。3)硬件中斷程序由于選用了具有中斷能力的數(shù)字量和模擬量輸入模塊，所以當硬件檢測到現(xiàn)場信號發(fā)生時(發(fā)生故障)，便自動執(zhí)行硬件中斷處理程序塊(OB40)根據(jù)故障等級，在OB40中執(zhí)行正常停機， 安全停機或緊急停機，從而保證故障及時得到處理。4)安全保護設計為保證整個液壓啟閉系統(tǒng)的安全，可靠運行，安全保護環(huán)節(jié)應該在軟件和硬件兩方面進行，油泵電機的硬件安全設計按照faile—safe原則進行設計，即當控制系統(tǒng)失效時，為保證油泵電機的安全，島后一級的保護措旎是安全鏈機械保護。安全鏈主要有一個類似與門的雙路輸入多路輸出繼電器構成控制核心。安全鏈回路由DC24V供電，經(jīng)多個閉合觸點組成。這些組成安全鏈的常閉觸點包括緊急停機，壓力超上限開關，壓力超下限開關。安全鏈的多個觸點均為常閉觸點，只要其中一個觸點斷開，安全鏈就將失效，切除所有執(zhí)行機構的電源，所有執(zhí)行機構將全部停止工作。必須在故障排除以后，給安全鏈復位，系統(tǒng)才能正常工作。3結束語實踐證明，將PLc引入液壓啟閉系統(tǒng)，成功解決了雙缸同步的問題，且控制方便，可靠性高， 結構簡單， 易于實現(xiàn)計算機直接控制。