PLC控制系统在水闸工程中的应用
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摘要：随着数字控制技术和网络通讯技术的高速发展，当前工业的自动化和智能化程度有了显著的提高，因此水力设备的管理也发生了改变，常采用智能化建设来实现闸门的控制。在水闸工程中，PLC控制系统发挥着重要的作用，能够有效提升闸门控制的效率，不仅节约了时间，而且提高了水闸控制的智能化程度。基于此，本文从PLC控制的概述入手，首先分析闸门智能化监控系统的组成和数据的采集与闸门的启闭控制，然后重点探究影响PLC控制系统可靠性的主要因素及解决方案，希望可以借此给PLC控制系统在水闸工程中应用的相关研究提供一定的参考意见。
关键词：PLC控制系统;水闸工程;解决方案
中图分类号：TP274 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2020）10-0000-00
1 PLC控制系统概述
PLC控制系统可以根据预设的逻辑执行命令，集合了通讯技术、计算机技术和微电子技术等现代化的科技，在工业控制装置中十分常用。特别是进入21世纪后，PLC技术又和互联网紧密的结合在一起，可以有效的提升信息传递的及时性，同时利用互联网实现远程的控制，因此其应用的范围进一步扩大[1]。而且PLC控制系统还具有通用性强、可靠性高、抗干扰能力强等特点，对于工业设备的智能化控制有着重要的意义。从当前的实际情况来看，PLC控制系统主要包括以下几个部分：
（1） 数据采集器。数据采集器主要是采集设备运行的各类信息，然后将数据反馈给中央處理器。数据采集器的类型较多，在具体的应用中可根据客户的需求定制，属于整个PLC控制系统的开端[2]。
（2） 中央处理器。中央处理器主要是接收数据采集器的反馈数据，然后将数据进行整理，根据预设的逻辑输出信号，控制执行机构。一般而言，中央处理器具有数据储存的功能，也用于储存编辑的程序，在整个PLC控制系统中属于核心部分。
（3） 执行机构。在PLC控制系统中，执行机构属于末端，执行机构接收中央处理器的信号，根据信号执行相应的动作，进而实现对各类设备的控制。
除上述的几个部分外，PLC控制系统还包括编辑器和外围借口，其中编辑器主要是根据需求预设逻辑程序，然后将其储存于中央处理器中，外围借口则是用于数据的导出和导入。
2 闸门智能化监控系统的组成
水闸工程在抗旱和防洪等方面发挥着不可替代的作用，但是从当前的实际情况来看，水闸工程的闸门控制仍然有很多采用人工的方式，信息化程度相对较低，这样就会极大的增加工作量，同时降低水闸控制的效率[3]。而且采用人工的方式还会造成数据采集不准确的问题，不利于现代化的闸门管理。因此，可采用现代化的技术对水闸工程的闸门控制进行优化升级，提高其操作的简便性，以此来保证控制的及时性，同时节约人工的成本。
结合水闸工程闸门控制的需求，其智能化监控系统主要如图一所示。其中主要是包括中央处理器、无线传输、终端控制系统，在具体的应用中，通过现场控制来协调输入模块，实现智能化的水闸控制，具体的只能控制系统结构如图1所示。
在水闸工程的PLC控制系统中，输入模块主要个采集信息的元器件向现场控制反馈信息数据，然后传递给中央处理，最终下大相应的执行命令。而且各类执行操作都处于监控系统中，可以及时的发现问题，避免由于错误的操作而造成恶劣影响[4]。另外，在整个水闸工程中，PLC系统还可实现智能化控制，如果预设完善的逻辑程序，PLC系统就可根据各类信号自动执行操作的命令，加快了水闸控制的反应速度。
3 数据的采集与闸门的启闭控制
3.1数据的采集
在水闸工程的智能化控制系统中，数据采集主要分为两个部分，分别是水位和闸门的开度，具体如下所示：
（1） 水位采集。水位采集是为了判断是否满足开闸或者闭闸的条件，主要是通过水位采集器来完成数据的收集，然后将数据传输到现场的控制柜中，然后由现场控制的PLC系统进行转换和存档，通过内部CPU板处理数据，最后传递至控制中心。
（2） 闸门开度的采集。闸门的开度直接关系到闸门智能化控制的精确性，而且也是闸门安全启动和关闭的重要保障，因此必须采集精确的信息。一般而言，闸门的开度采集是利用闸门开度仪完成的，其主要的结构为传感器和编码器。在闸门开启的过程中，其开度的数据是实时采集的。
利用现代化的电子元器件采集信号能够有效提升信号采集的精度，而且相应的数据可以形成记录，对于后续的分析完善也有着重要的意义。目前我国水闸控制正在不断的优化，这些都和已有信息数据有着密切的关系。另外，通过PLC系统进行数据的采集还可实现远程的控制和监督，实时反馈水闸现场的信息，有利于水闸控制智能化水平的提升。
3.2闸门的启闭控制
水闸工程闸门启闭的控制是由液压结构实现的，当液压结构接收到来自中央控制器的信号后，就执行相应的动作。与电机控制相比，液压控制结构的体积相对较小，而且起重量较大，具有较强的负载性能，安全性也较高[5]。在水闸工程的PLC控制系统中，油泵开始工作前要对接触器进行检查，只有在闭合的状态下，油泵才可执行预定的才做，以此来避免直接启动和系统启动程序同时进行。
在具体的情况中，当水闸的水位上升到一定程度后，水位采集器的信号会被系统处理，然后由中央控制器给出信号，通过现场控制的结合来判断是否执行开闸的操作，如果满足条件，中央控制器给液压机构下达指令，控制闸门开启，闸门开度信息实时监控。在水位下降到预设的数据后，水位采集器再度反馈信号，由中央处理器控制液压机构关闭闸门。整个系统的智能化程度较高，而且所需要的人力也较少，可以实现自动化的控制，有效的节约人工成本，同时提升闸门启闭的效率。
4 影响PLC控制系统可靠性的主要因素及解决方案 4.1影响PLC控制系统可靠性的主要因素
在水闸工程中，影响PLC控制系统可靠性的主要因素如下：
（1） 软件因素。PLC控制系统包含多种软件，他们是分析数据、记录数据和处理数据的关键所在，主要分为应用软件和系统软件两个部分。一般而言，软件的可靠性和开发方式、程序复杂度和模块化程度有着直接的关系。如果软件出现了异常，很可能导致系统无能无法正常实现，甚至导致系统的瘫痪。特别是对于水闸工程而言，如果软件可靠性较低，将带来各种安全隐患。
（2） 硬件因素。水闸工程智能化控制系统中的硬件主要包括执行单元、采集元器件和记忆网络。从当前的实际情况来看，PLC控制系统的记忆网络相对较为稳定，相比于传统的继电器有了极大的提升，因此其可靠性相对较高，所以主要的影响因素为执行单元和采集元器件。这些硬件设施的可靠性和自身质量有着关系，也可能因为设备的老化、外部的腐蚀等造成硬件设备的可靠性降低。
4.2提高PLC控制系统可靠性的方案
为了保障水闸PLC控制系统的可靠性，需要对软件和硬件进行监控，实时监测其运行的数据，进而保证其可靠性。对于水闸PLC控制系统的软件而言，要对功能模块进行巡回验证，特别是在数据采集方面，要进行初步的筛选和验证，当出现异常数据后要有效的判断，以此来避免错误操作。在软件设计的过程中也要进行控制，利用可视化编程软件来提升可靠性，同时适当的简化功能，这样也可提升软件的可靠性。
对于水闸工程PLC控制系统的硬件设备而言，其可靠性提升可从以下几个方面入手：
（1） 硬件的选择。在购买各类硬件设备时就可选择高质量的元器件，确保其满足使用的要求。当然，这会在一定程度上增加经济投入，因此建设方要有效的进行选择和协调，选择性价比较高的硬件设备。
（2） 硬件互锁设计。为了避免干扰产生的错误输出，可进行硬件互锁设计，以此来提升硬件运行的可靠性。
（3） 定期的维修和保养。对于PLC控制系统中的关键缘起缘，要定期的进行维修和保养，检查其功能是否满足使用要求，如果出现了异常，及时的维修和更换，这也是提升硬件可靠性的重要措施之一。
4.3具体实施措施
在具体的水闸工程中，其PLC控制系统要采取多种措施来提升可靠性，主要有以下几种：
（1） 输入输出端的光隔离技术。在PLC控制系统的输入和输出端，可采用光隔离的技术来进行保护，这样就可降低雷电和的干扰，避免出现错误的数据输入，而且也能延长元器件的使用寿命。如果输入和输出端有感性元件，还可在两端增加阻容电路或者二极管，这样可减少电路切断时的电弧影响。
（2） 软件和硬件的互锁设计。为了有效提升水闸PLC控制系统的可靠性，还可进行软件和硬件的互锁设计。这是因为在水闸工程中，有时会出现执行元器件的正反动作，如果同时进行，则会造成元器件的损坏，甚至出现各类事故，因此可对软件和硬件进行互锁设计，避免动作的重复而出现“撞机”的问题[6]。
（3） 错误信号的滤除。在大型设备的传动中，常会出现各类振动，这就会造成错误信号的传递。因此要对错误信号进行滤除，可采用定时接通电路的方法来实现，防止中间一级的故障发生。
（4） 控制的简化。在PLC控制系统中，其复杂程度对可靠性也有着较大的影响，如果整个系统十分复杂，很可能由于部分的失效而造成整个系统的瘫痪，因此要尽可能的将控制系统简化，减少控制结构，简化系统回路，这样就可降低问题发生的可能。另外，简化的结构也可方便后续的故障检修，因此对于水闸PLC控制系统而言，要在保证功能实现的基础上尽可能简化，以此来提升其可靠性[7]。
（5） 安装与布线。PLC容易受到大功率用电去的干扰，因此在安装的位置选择上需要远离高频焊机等大型设备。另外，PLC装置也要远离动力线路和线圈，减少干扰信号的输入，以来提升其运行的可靠性。
5 结语
在传统的水闸控制中，人力发挥着重要的作用，但是这种方式的执行效率较低，已经无法满足当前社会发展的需求。因此随着技术的不断发展，PLC智能控制系统开始应用在水闸工程中，有效提升了水闸控制的智能化程度，不仅减少了人力的输出，而且有利于提升反应的速度。目前，在水闸工程中，PLC控制系统会根据输入的信号执行逻辑，最终输出执行的命令。在具体的应用中，水闸工程中的PLC控制系统容易受到干扰，其软件和硬件的可靠性会直接影响控制系统功能的实现。因此，本文针对性的分析影响可靠性的具体因素和解决方案，希望能够给水闸工程中PLC控制系统的应用优化提供一定的参考。
参考文献
[1]马凤伟，孟凡文，边海宁，王友权.基于PLC和组态王的水闸监控系统[J].电子世界，2020（01）：145-146.
[2]贺天强，张珂珂.浅谈PLC控制系统在水闸工程中的应用[J].江西水利科技，2016，42（05）：329-332.
[3]胡翠.水闸液压启闭设备电气控制系统的研究[D].江门：五邑大学，2015.
[4]朱静华.水电厂泄水闸监控系统的闸门集控功能设计与实现[D].南京：东南大学，2015.
[5]周凯.泄水闸弧形闸门开度检测及同步控制系统设计与实现[D].武漢：武汉理工大学，2015.
[6]葛新，王越宇.PLC可编程控制在引嫩扩建闸控自动化中的应用[J].黑龙江水利科技，2013，41（01）：254-256.
[7]霍志卿.PLC在桥闸自动控制中的应用[J].职业，2012（15）：149.
收稿日期：2020-08-29
作者简介：徐秀萍（1965—），女，辽宁瓦房店人，本科，高级实验师，高级工程师，研究方向：电气自动化教学。 通訊作者：李成良（1965—），男，辽宁瓦房店人，研究生，副教授，研究方向：电气自动化教学。
Talking about the Application of PLC Control System in Sluice Project
XU Xiu-ping，LI Cheng-liang
（Department of electrical and information engineering， school of applied technology， dalian ocean university，Wafangdian Liaoning 116300）
Abstract： With the rapid development of digital control technology and network communication technology， the current industrial automation and intelligence has been significantly improved， so the management of hydraulic equipment has also changed， and intelligent construction is often used to achieve gate control. In the sluice project， the PLC control system plays an important role， which can effectively improve the efficiency of the gate control， which not only saves time， but also improves the intelligence of the sluice control. Based on this， this article starts from the overview of PLC control， first analyzes the composition of the gate intelligent monitoring system and data acquisition and gate opening and closing control， and then focuses on exploring the main factors and solutions that affect the reliability of the PLC control system. This provides certain reference opinions for the relevant research on the application of PLC control system in the sluice project.
Keywords： PLC control system; Sluice project; Solution
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