基于PLC和云组态软件的水闸控制

水能经济

基于PLC 和云组态软件的水闸控制

庄红军 张万辉 范永顺【摘要】为数众多的水闸多分布在野外,交通不便工作环境恶劣。通过PLC 进行闸门开启控制,实现远程控制闸门能够大幅度减轻劳动强度,提升水利自动化信息化水平。4G 网络的普及让这一设想可以轻松成为现实。

【关键词】水闸PLC;组态

东昌府区水务局

随着中国国力的不断发展,实现水利自动化信息化成为当前一项重要的工作。新形势下,对闸门的监控有了更高的要求,其自动化信息化程度的发展直接影响到农业节水型社会的建设,影响到其经济效益的发挥。通过远程及时控制闸门开启,可以迅速调节水量分配,提高供水的精确性,提供灌区水资源利用效率。同时自动化信息化系统的建设也降低了工作人员的劳动强度,改善了工作环境。建设闸门自动化信息化系统已经成为实现配水现代化的需求,是建设节水型农业的必然趋势。

一、闸门自动化控制系统的基本构成

闸门自动化控制系统由两级组成,分别是现地监控单元及远程控制中心。现地控制中心由闸门、启闭机、PLC、闸门开度仪、现地控制柜、智能网关等硬件构成。远程控制中心配备闸门监控主机,安装上位组态软件。该系统可以实现现地、远程两级安全控制,通过组态软件,远程指令经无线网络智能网关传递至PLC, PLC 实现对闸门的开启关闭等功能,另外闸门的实时数据经过PLC 采集后通过智能网关上传至云端,供管理者调度使用。

二、闸门自动化系统的详细组成

现地控制单元硬件构成:现场由PLC、控制柜、太阳能电池、闸门开度仪等仪表设备构成。PLC 采集电流、电压、闸门开度等各项参量,并对机电设备进行控制。PLC 通过智能网关于上位机进行通讯。

其中,PLC 是闸门控制系统的核心。PLC 即可编程逻辑控制器,是一种采用一类可编程的存储器,可执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数等面向用户的指令,通过数字或模拟输入输出控制生产过程,现在在工业领域已经得到广泛的应用。PLC 器件包括CPU、存储器、控制面板、输出输入接口、电源等等。CPU 是PLC 的控制中枢,可接收和存储从编程器键入的用户程序和数据,执行用户程序,输出数据。存储器分为系统程序存储器和用户程序存储器,分别存放系统和应用软件。PLC 的工作一般分为三个阶段,分别是输入采样阶段、用户程序执行阶段和输出刷新阶段。

闸门系统软件由上位组态软件编辑生成。可实现数据采集功能,通过闸门开度仪采集闸门开度数据,通过水位计采集闸前后水位计算水位差,利用公式推导出过闸流量。可采集闸门开关量输入,闸门行程开关限位、控制开关转换、故障信号等等。可实现状态量采集,操作状态,电机状态及闸门行程状态。可实现闸门的控制,开启闭合,并对闸门运行发生故障时进行保护。

闸门的远程控制,通过4G 网络实现。PLC 通过智能网关连接公网,接入组态云平台。随着物联网的铺开,基于云的组态软件相继得到开发,而4G 网络的覆盖,让以前成本较高的互联网接入可以以较低成本得以实现。组态与物联网云平台,安全性较高,集成性好,支持移动设备,易开发成本低。

三、闸门自动化控制系统的优点

传统的闸门操作方便,但是存在交通不便,缺乏保护等等缺点。基于PLC 和云组态的闸门控制系统,可以实现闸门的远程启闭,与传统闸门比较优势较大。

1、技术先进,稳定可靠。该系统采用国际知名PLC 品牌,采用profibus-DP 总线,智能网关通讯、4G 网络支持,云组态软件开发,数据安全性高。

2、多重保护,功能齐全。相对于传统闸门,基于PLC 的闸门控制系统,提供了闸门开度限位保护,电机过电流电压保护等功能更好的确保闸门启闭过程的安全。闸门开度同闸前后水位差能够计算出闸门过闸流量,利于灌区流量控制。

3、远程随时操作,调度及时。基于云组态平台的闸门控制系统,可以随时通过移动终端查看闸门运行情况,发送闸门开启关闭指令,可以实时对过闸流量进行调控,更加精确的进行灌区调水控制。

4、安全性能高。该运行系统采用业界标准的EmacScript/W3C 等国际标准,所有程序均在沙箱中运行,彻底保障程序的安全性。

5、数据可存储性。闸门控制系统可以存储一个周期内闸门参数,流量参数,操作纪录。通过汇总历史数据,可以实现过闸水量综合,历史用水趋势等信息的查询。

6、开放性系统,整合能力强。传统组态软件自成一体,和其他信息整合能力差。云组态采用完全的Web 标准,支持和现有的OA 系统,MES 系统,整合能力强。

7、可靠性高,抗干扰能力强

传统的继电器闸门控制系统大量使用中间、时间继电器,继电器触点接触不良极易造成故障。PLC 控制系统用梯形图代替了中间继电器和时间继电器,硬件原件大大减少,其中接线减少到继电器控制系统的1/10-1/100,因触点接触不良造成的故障大为减少。PLC 采取了一系列抗干扰措施,抗干扰能力强,无故障时间平均达到数万小时以上,在有强烈干扰的现场被广泛应用,PLC 已被广大用户公认为最可靠的工业控制设备之一。

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