P LC和觸摸屏在橡膠壩控制制系統中的應用
摘要：介紹了PLC和觸摸屏在橡膠壩控制系統中的應用，設計了橡膠壩遠程自動(dòng)控制系統。分析了橡膠壩控制系統的組成結構、工作過(guò)程和PLC梯形圖控制流程及觸摸屏人機界面設計。該系統性能可靠、操作方便、自動(dòng)化程度高、人機界面直觀(guān)，有較高應用價(jià)值。
關(guān)鍵詞：PLC；觸摸屏；橡膠壩
中圖分類(lèi)號：TV644：TP391 文獻標識碼：B 文章編號：1000-0860(2008)10-0113-03
1 引言
橡膠壩是20世紀50年代末隨著(zhù)高分子合成材料工業(yè)的發(fā)展而出現的一種新型水工建筑物，具有造價(jià)低、節約材料、施工周期短、管理靈活、控制方便、運行穩定等優(yōu)點(diǎn)¨]。為了減輕工作人員的負擔，提高橡膠壩優(yōu)化運行程度，增強系統抗干擾性，避免硬件老化損失，本文采用三菱PLC和HITECH觸摸屏研制開(kāi)發(fā)了一種小型橡膠壩自動(dòng)控制系統。
2 橡膠壩控制系統結構及工作過(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(kāi)發(fā)了一級橡膠壩自動(dòng)監控系統項目，該項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。系統組成結構如圖l所示。該橡膠壩長(cháng)32m，高3 m，寬3.5 m。泵A、泵B均為揚程50 m、流量60~100m³/h、功率22 kW/380 V的ISl00—65—200型號潛水泵，水管內徑300 mm。D1—194為電動(dòng)執行
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，用于保護橡膠壩和土建壩體，避免較大揚程的水壓沖擊橡膠壩壩體產(chǎn)生漲水共振現象。也避免排水水壓沖擊土建壩體，造成壩體損壞。系統安裝止回閥若干，防止水逆流。
圖1 橡膠壩系統組成結構
系統運行過(guò)程：當處于機充漲壩過(guò)程時(shí)，打開(kāi)D1、D4，關(guān)閉D2、D3，開(kāi)啟泵A或泵B，從蓄水井中抽水送到壩袋內，壩袋內水位上升，壩體增高，起擋水作用；當機排放壩過(guò)程時(shí)，打開(kāi)D2、D3，關(guān)閉Dl、D4，開(kāi)啟泵A或泵B，將水從壩袋內部分排出，壩袋內水位下降，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，則為機排塌壩；如不開(kāi)啟泵A或泵B，利用壩袋內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處設置自動(dòng)測量系統，測量壩袋頻率、壓力和水位等運行參數，匯集到PLC控制器，根據現場(chǎng)參數發(fā)出控制命令。在壩上游3 km處設置液位傳感器，通過(guò)數傳電臺把水位數據實(shí)時(shí)傳送到PLC中。同時(shí)壩袋內部安裝壓力和頻率傳感器，實(shí)時(shí)檢測壩袋情況，如果逼近壩袋承受極限，則機排放壩。根據上游水位和壩前水位的邏輯比較結果，自動(dòng)控制壩袋充、排水方式，實(shí)現橡膠壩無(wú)人值守控制。
3 橡膠壩控制系統設計
PLC是廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)與控制的核心設備。傳統繼電接觸器控制方式具有結構復雜、故障率高、可靠性差、布線(xiàn)工作量大、線(xiàn)路改造不靈活等缺點(diǎn)。PLC以體積小、功能強、維護方便、抗干擾能力強、具有良好的擴展性等優(yōu)點(diǎn)，可滿(mǎn)足橡膠壩靈活控制的
要求。
本系統采用常規通用的3種相對獨立的控制方式。一種是PLC自動(dòng)控制方式，一種是觸摸屏遠程控制方式，一種是現場(chǎng)手動(dòng)機械控制方式舊j，具體控制方式如圖2所示。
圖2橡膠壩系統控制方式
正常情況下，PLC處理從儀表中檢測出來(lái)的原始數據，同系統內預設參數比較，得出控制信號，控制電機和電動(dòng)閥門(mén)。如果需要遠程手動(dòng)控制，則通過(guò)觸摸屏逐步設置各項參數，由PLC根據設置數據控制水泵和電動(dòng)閥門(mén)。如PLC出現問(wèn)題或現場(chǎng)出現緊急情況，則可以操作現場(chǎng)電氣控制柜，通過(guò)轉換開(kāi)關(guān)，直接控制水泵和電動(dòng)閥門(mén)等。
3．1 PLC控制系統設計
橡膠壩控制系統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)。增加擴展模塊FX2N一4AD，它是4通道輸入A/D轉換模塊，由用戶(hù)設定輸入方式，模擬量范圍是4～20 mA電流信號或者是一10～10 V直流電壓信號，最大分辨率為12位；增加通信模塊FX：。一232一BD，用于和數傳電臺進(jìn)行遠程通信。PLC的軟件設計主要是通過(guò)檢測壩前、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(kāi)停和電動(dòng)閥的切換。正常情況下，壩體充漲，保持壩內壓和壩前水位不變，并保持適度溢流；若上游水位持續升高，此時(shí)應自排放壩；若檢測并判斷洪水來(lái)到時(shí)，開(kāi)始機排塌壩；壩體充排達到共振頻率附近時(shí)，應盡快泄水或充水；給洪水分級，對于不同規模的洪水，可以控制壩體放壩到零高度、半高或者70％壩高。其間報警檢測程序一直運行，若出現水泵閥門(mén)不動(dòng)作、通信出錯等情況，及時(shí)報警。程序流程如圖3所示。
圖3 PLC軟件控制流程
3．2觸摸屏監控系統設計
觸摸屏是顯示器和觸摸開(kāi)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立系統。用戶(hù)可自由組合文字、指示燈、開(kāi)關(guān)按鈕、各種動(dòng)態(tài)圖形圖表、數字數據顯示輸入、異常報警、靜態(tài)顯示等來(lái)處理或監控管理及應付隨時(shí)可能變化信息的多功能顯示屏幕"’。本系統使用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，有帶電保持存儲區，編程軟件使用ADP3．1版本。
觸摸屏控制畫(huà)面設計流程如圖4所示。打開(kāi)軟件，新建一個(gè)工程，接著(zhù)進(jìn)行畫(huà)面屬性配置，包括工程名稱(chēng)、觸摸屏型號、PLC型號等。設置完畢，就可以進(jìn)行畫(huà)面編輯，使用按鈕、指示燈、動(dòng)態(tài)示意圖等系統組件來(lái)進(jìn)行畫(huà)面設計。應該盡量讓畫(huà)面簡(jiǎn)單易懂、容易操作。然后，配置歷史資料存儲地址、警報設定類(lèi)型等。畫(huà)面完成以后，進(jìn)行編譯和系統離線(xiàn)模擬。如果沒(méi)有錯誤，則可下載到PWS3260內存中，進(jìn)行現場(chǎng)試運行。
圖4觸摸屏控制界面設計流程
對橡膠壩監控系統要求觸摸屏可以實(shí)時(shí)顯示壩體高度、壩袋內壓、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)模擬系統運行工況；顯示泵機和電動(dòng)閥門(mén)開(kāi)啟次數、總運行時(shí)間、運行過(guò)程監視等信息。
系統設定瀏覽用戶(hù)、操作員、管理員3種不同用戶(hù)，啟動(dòng)界面需要用戶(hù)名和密碼，根據不用的用戶(hù)可以預先設置不同的操作權限。主畫(huà)面模擬了橡膠壩的硬件設施，并且能動(dòng)態(tài)顯示水泵與閥門(mén)運行狀態(tài)。可以進(jìn)行PLC自動(dòng)運行系統和觸摸屏手動(dòng)運行的選擇，也可以參照當地水文資料對系統運行參數進(jìn)行設置。可以查看歷史數據，如壩高、壩內壓、壩頻率等數據。主畫(huà)面實(shí)時(shí)顯示壩體高度趨勢圖、壩體振動(dòng)頻率、壩袋內壓3個(gè)數據。系統設定報警系統，以聲音和指示燈閃爍方式顯示報警事件。同時(shí)，當操作人員確定報警以后，系統自動(dòng)提示處理報警事件的專(zhuān)家方法。
4 結論
在以PLC為核心的控制系統中，配合觸摸屏的使用，不僅繼承了PLC系統的優(yōu)點(diǎn)，還減少了系統配件，提高了系統抗干擾能力，降低了系統成本。該系統投入運行以后，性能可靠穩定，操作簡(jiǎn)單直觀(guān)，系統反應快速，故障率低，維修方便。同時(shí)，對橡膠壩系統聯(lián)防聯(lián)控、統籌管理水資源和整理當地水文數據，具有重要的實(shí)際意義。
參考文獻：
[1] sL2”—98，橡膠壩技術(shù)規范[s]．
[2] 毛雪珍，顏文俊．PLC在水電站橡膠壩監控系統中的應用[J]．自動(dòng)化儀表，2005，26(5)：56·47．
[3] 馬紅旗．觸摸屏在PLC中的應用[J]．機電一體化，2003，(4)：36．37．
[4] 張華強，高蕾，孟凡剛．基于PIE和HMI的換熱站控制系統設計[J]．工業(yè)控制計算機，2006，19(9)：48．49．
