摘要：傳統(tǒng)的液壓啟閉機控制系統(tǒng)通常是采用繼電接觸器線路來控制閘門的運行。這種系統(tǒng)的最大缺點就是線路復雜，維護工作繁重，操作麻煩，可靠性低，故障率高。故本論文主要淺要討論基于plc的閘門控制系統(tǒng)，水電站閘門的傳統(tǒng)繼電器控制和卷揚啟閉機正反轉控制閘門升降的模式；采用plc和液壓控制的模式對閘門進行控制。
關鍵詞：閘門；plc；監(jiān)控系統(tǒng)
在水工建筑物的固定式和移動式機械中占有重要地位的閘門啟閉機械，早期以繩毅式、鏈條式、多節(jié)拉桿式為主，但由于其操作的不是自由懸掛的重物，而是沿導向門槽作上下移動或者是繞著支絞作旋轉運動的閘門?？煽啃?，安全系數(shù)低，很難精確的控制。
隨著經(jīng)濟和液壓技術的不斷發(fā)展，傳動穩(wěn)定的液壓啟閉機逐步取代了那些比較落后的繩毅式、鏈條式、多節(jié)拉桿式的啟閉機。作為一種比較完善而又經(jīng)濟的先進的傳動裝置，其動力機構為油缸，由于油缸能夠產(chǎn)生很大的下壓力，所以，當采用液壓啟閉機操作閘門下降時，閘門就無需加重，因此也就可以減少驅動裝置的額定啟升容量。
一種典型的水閘自動化監(jiān)控系統(tǒng)，其現(xiàn)地控制單元lcu(local control unit)有的采用8位或16位單片機，致命的缺點是不便于擴充；而可編程控制器(programmable logic controller)簡稱plc因其具有邏輯判斷、定時、計數(shù)、記憶和算術運算、數(shù)據(jù)處理、聯(lián)網(wǎng)通信及pid回路調節(jié)等功能在閘門監(jiān)控系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。plc更符合工業(yè)現(xiàn)場的要求：高可靠性、強抗各種干擾的能力、編程安裝使用簡便、低價格長壽命。
由于傳統(tǒng)的液壓啟閉機控制系統(tǒng)存在控制線路復雜，維護工作繁重，可靠性低，不能對整個水電站進行自動控制，遠程通訊能力欠缺等缺點和局限性，所以越來越不能滿足水電站的生產(chǎn)發(fā)展。
1分布式監(jiān)控系統(tǒng)的介紹
在我國的自動化控制領域中自動化控制系統(tǒng)主要分為分布式監(jiān)控系統(tǒng)和集中式監(jiān)控系統(tǒng)。分布式監(jiān)控系統(tǒng)以控制對象分散為主要特征。以控制對象為單元設置多套相應的裝置，構成現(xiàn)地控制單元，完成控制對象的數(shù)據(jù)采集和處理、電機機組等主要設備的控制和調節(jié)以及裝置的數(shù)據(jù)通信等。每孔閘門或一定數(shù)量的閘門配置一個現(xiàn)地控制單元(local controlunit，簡稱lcu)，每個lcu可構成一個獨立的控制回路。其中某一個現(xiàn)場控制單元發(fā)生故障不會影響其他現(xiàn)場控制單元的正常工作。
2分布式系統(tǒng)在閘門監(jiān)控系統(tǒng)中的運用
控制系統(tǒng)采用分層分布式結構，一個較標準的plc閘群控制系統(tǒng)的總體結構圖，其可分為三層式結構：現(xiàn)地控制層、集中控制層和遠程監(jiān)控層。
現(xiàn)地控制層的每孔閘門配置一個現(xiàn)地plc，收集閘位、水位和各種現(xiàn)場開關量、模擬量信息并上傳至集控層plc，同時接受集控plc的命令并通過接口執(zhí)行。集控層plc主要目的是作為上位機和現(xiàn)地plc交互信息的硬件中轉站，有著速度快、功能強大和穩(wěn)定性高等特點。集控層上位機的人機交互系統(tǒng)一般由相應的組態(tài)軟件構成，在監(jiān)控閘群系統(tǒng)的同時，肩負著與遠程監(jiān)控層交互信息的功能，因此遠地監(jiān)控層也可通過公眾網(wǎng)絡或專用網(wǎng)絡實時監(jiān)測閘群控制的狀況。
具體來說，該控制方案有著以下顯著優(yōu)點：
(1)現(xiàn)地plc功能強大：由于是工業(yè)級產(chǎn)品，現(xiàn)地層plc均為模塊化結構，設計、安裝、維護非常方便；且功能強大、穩(wěn)定性高、可擴展性強；設備接口種類的選擇面也很廣。
(2)集控層功能增強：集控層在上位機和現(xiàn)地plc之間加設了高性能的主控plc，作為硬件的信息中轉站，使得集控層工作更穩(wěn)定；同時，由于分擔了上位機的大部分工作，因此上位機可增加上傳通訊的功能，使得建立更高級的遠地監(jiān)控層成為現(xiàn)實。
(3)增加了遠地監(jiān)控層：在閘群控制的發(fā)展方向上，江河流域控制以及跨流域控制是其中重要的一項內(nèi)容。因此，遠地監(jiān)控層的建立成為必然趨勢，而plc系統(tǒng)的強大功能為其建立打下了堅實的基礎。
3閘門監(jiān)控系統(tǒng)的主從站plc選擇
3.1閘門監(jiān)控系統(tǒng)從站plc的選擇
閘控系統(tǒng)從站plc主要用于接受主站命令和上傳現(xiàn)場信息，因此較強的實時通訊能力是必備的。由于現(xiàn)場的閘位信息、荷重信息和水位信息需要在本地計算和顯示，所以從站plc不能只具備輸入/輸出功能，還必須具有一定的計算能力，即現(xiàn)場智能設備必須具備cpu單元。另外，由于閘控現(xiàn)場需要一些必要的開關量輸入/輸出的信號交互，因此如果從站plc能集成一定數(shù)量的dl/do點。
3.2閘控系統(tǒng)的主站plc選擇
閘控系統(tǒng)的主站在整個控制系統(tǒng)中起到了承上啟下的關鍵中樞作用。對于下級的現(xiàn)地層設備來說，它負責實時收集全部閘門現(xiàn)場設備的狀態(tài)信息，并下達相應的操作命令；對于上級的上位機操作系統(tǒng)來說，它負責處理各種現(xiàn)場上傳的狀態(tài)信息并將相應的信息上傳給上位機用于顯示和判斷，同時也接受上位機下達的命令。因此，在主站plc選擇上，選擇s7-400 系列plc。
4閘門控系統(tǒng)的通訊方式
閘控系統(tǒng)在現(xiàn)場控制層面，采用了porfibus一dp工業(yè)現(xiàn)場總線作為集控層與現(xiàn)地層之間的通訊方式。從站plc通過profibus一dp總線與集中控制層的主站plc采用主——從方式連網(wǎng)通訊，現(xiàn)場各種外圍設備的狀態(tài)信息均通過從站上傳到主站中，同時主站也通過分布在相應閘門旁的從站向現(xiàn)場控制和保護設備發(fā)送命令。在集中控制層面，采用的工業(yè)以太網(wǎng)的通訊方式。主站plc通過以太網(wǎng)口直接與上位機連接，采用以太網(wǎng)通訊的方式與上位機交互信息。上位機采用wincc軟件對現(xiàn)地控制層和集中控制層進行組態(tài)和建立人機交互界面。
profibus-dp經(jīng)過優(yōu)化的高速、廉價的通信連接，專為自動控制系統(tǒng)和設備己分散的i/0之間通信設計，使用profibus-dp模塊可取代價格昂貴的24v或0～20ma并行信號線。profibus-dp用于分布式控制系統(tǒng)的高速數(shù)據(jù)傳.輸。
profibus-dp的基本功能有：dp主站和dp從站間的循環(huán)用戶數(shù)據(jù)傳送；各dp從站的動態(tài)激活和解除激活；檢查dp從站的組態(tài)；強大的診斷功能，三級診斷信息(本站診斷、模塊診斷、通道診斷)；輸入或輸出的同步；通過總線給dp從站分配地址：保證每個dp從站最大為246字節(jié)的輸入和輸出數(shù)據(jù)：通過總線給dp主站進行配置。
與傳統(tǒng)的控制方法相比，profibus 閘門監(jiān)控系統(tǒng)有以下突出優(yōu)點：①用一條電纜實現(xiàn)現(xiàn)場設備和現(xiàn)場控制了系統(tǒng)的轉連以及現(xiàn)場控制了系統(tǒng)和集中控制級系統(tǒng)及中央控制級系統(tǒng)的轉連，使用數(shù)字化通信代替了4～20 ma或24v dc信號，增強了現(xiàn)場級信息集成量；②系統(tǒng)的開放性、可操作性、轉換性大大增強，不同廠家的產(chǎn)品和專長技術只要使用同一總線標準，即可進行系統(tǒng)集成；③系統(tǒng)的可靠性、可維護性好，采用profibus連接方式替代一對一的i/ o連接，減少了由接線點造成的不可靠因素，同時系統(tǒng)具有現(xiàn)場級設備的在線故障診斷、報警、記錄功能，可完成現(xiàn)場設備的遠程參數(shù)設定、修改等參數(shù)化工作，增強了系統(tǒng)的可維修性；④降低了系統(tǒng)及工程造價
對于大范圍、大規(guī)模i/ o的分布式系統(tǒng)，profibus節(jié)省了大量的線纜，i/o模塊及電纜敷設工程費用，從而減少了工程成本.綜上所述，profibus現(xiàn)場總線技術對于閘門監(jiān)控系統(tǒng)提供了可行的解決方案，代表著控制技術數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡化的發(fā)展方向，具有廣闊的應用前景。
5總結
本論文主要淺要討論基于plc的閘門控制系統(tǒng)，水電站閘門的傳統(tǒng)繼電器控制和卷揚啟閉機正反轉控制閘門升降的模式，采用plc和液壓控制的模式對閘門進行控制。
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