P LC和觸摸屏在橡膠壩控制制系統(tǒng)中的應用
摘要：介紹了PLC和觸摸屏在橡膠壩控制系統(tǒng)中的應用，設計了橡膠壩遠程自動控制系統(tǒng)。分析了橡膠壩控制系統(tǒng)的組成結構、工作過程和PLC梯形圖控制流程及觸摸屏人機界面設計。該系統(tǒng)性能可靠、操作方便、自動化程度高、人機界面直觀，有較高應用價值。
關鍵詞：PLC；觸摸屏；橡膠壩
中圖分類號：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年代末隨著高分子合成材料工業(yè)的發(fā)展而出現(xiàn)的一種新型水工建筑物，具有造價低、節(jié)約材料、施工周期短、管理靈活、控制方便、運行穩(wěn)定等優(yōu)點¨]。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(tǒng)抗干擾性，避免硬件老化損失，本文采用三菱PLC和HITECH觸摸屏研制開發(fā)了一種小型橡膠壩自動控制系統(tǒng)。
2 橡膠壩控制系統(tǒng)結構及工作過程
山東威海哈工大自動化研究所與青島華海公司合作開發(fā)了一級橡膠壩自動監(jiān)控系統(tǒng)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深水蓄水池。系統(tǒng)組成結構如圖l所示。該橡膠壩長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(nèi)徑300 mm。D1—194為電動執(zhí)行
器Dl(J一510 1125。在進水和排水閥前安裝1個公用緩沖罐，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(xiàn)象。也避免排水水壓沖擊土建壩體，造成壩體損壞。系統(tǒng)安裝止回閥若干，防止水逆流。
圖1 橡膠壩系統(tǒng)組成結構
系統(tǒng)運行過程：當處于機充漲壩過程時，打開D1、D4，關閉D2、D3，開啟泵A或泵B，從蓄水井中抽水送到壩袋內(nèi)，壩袋內(nèi)水位上升，壩體增高，起擋水作用；當機排放壩過程時，打開D2、D3，關閉Dl、D4，開啟泵A或泵B，將水從壩袋內(nèi)部分排出，壩袋內(nèi)水位下降，壩體降低，起泄洪作用。放壩過程中，如將壩袋中的水全部排出，則為機排塌壩；如不開啟泵A或泵B，利用壩袋內(nèi)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，雙泵可以同時工作。
在壩袋、壩前和壩上游3 km處設置自動測量系統(tǒng)，測量壩袋頻率、壓力和水位等運行參數(shù)，匯集到PLC控制器，根據(jù)現(xiàn)場參數(shù)發(fā)出控制命令。在壩上游3 km處設置液位傳感器，通過數(shù)傳電臺把水位數(shù)據(jù)實時傳送到PLC中。同時壩袋內(nèi)部安裝壓力和頻率傳感器，實時檢測壩袋情況，如果逼近壩袋承受極限，則機排放壩。根據(jù)上游水位和壩前水位的邏輯比較結果，自動控制壩袋充、排水方式，實現(xiàn)橡膠壩無人值守控制。
3 橡膠壩控制系統(tǒng)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(tǒng)繼電接觸器控制方式具有結構復雜、故障率高、可靠性差、布線工作量大、線路改造不靈活等缺點。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，可滿足橡膠壩靈活控制的
要求。
本系統(tǒng)采用常規(guī)通用的3種相對獨立的控制方式。一種是PLC自動控制方式，一種是觸摸屏遠程控制方式，一種是現(xiàn)場手動機械控制方式舊j，具體控制方式如圖2所示。
圖2橡膠壩系統(tǒng)控制方式
正常情況下，PLC處理從儀表中檢測出來的原始數(shù)據(jù)，同系統(tǒng)內(nèi)預設參數(shù)比較，得出控制信號，控制電機和電動閥門。如果需要遠程手動控制，則通過觸摸屏逐步設置各項參數(shù)，由PLC根據(jù)設置數(shù)據(jù)控制水泵和電動閥門。如PLC出現(xiàn)問題或現(xiàn)場出現(xiàn)緊急情況，則可以操作現(xiàn)場電氣控制柜，通過轉(zhuǎn)換開關，直接控制水泵和電動閥門等。
3．1 PLC控制系統(tǒng)設計
橡膠壩控制系統(tǒng)核心部件選擇三菱公司的FX2N一32MR基本型PLC，有16個輸入點，16個繼電器輸出點。增加擴展模塊FX2N一4AD，它是4通道輸入A/D轉(zhuǎn)換模塊，由用戶設定輸入方式，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(shù)傳電臺進行遠程通信。PLC的軟件設計主要是通過檢測壩前、水壩上游處的水位HI，H2和水壩自身的充漲高度日，經(jīng)過邏輯判斷以后控制橡膠壩充排水泵的開停和電動閥的切換。正常情況下，壩體充漲，保持壩內(nèi)壓和壩前水位不變，并保持適度溢流；若上游水位持續(xù)升高，此時應自排放壩；若檢測并判斷洪水來到時，開始機排塌壩；壩體充排達到共振頻率附近時，應盡快泄水或充水；給洪水分級，對于不同規(guī)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(xiàn)水泵閥門不動作、通信出錯等情況，及時報警。程序流程如圖3所示。
圖3 PLC軟件控制流程
3．2觸摸屏監(jiān)控系統(tǒng)設計
觸摸屏是顯示器和觸摸開關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(tǒng)。用戶可自由組合文字、指示燈、開關按鈕、各種動態(tài)圖形圖表、數(shù)字數(shù)據(jù)顯示輸入、異常報警、靜態(tài)顯示等來處理或監(jiān)控管理及應付隨時可能變化信息的多功能顯示屏幕"’。本系統(tǒng)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COMl或COM2與PLC通信，有帶電保持存儲區(qū)，編程軟件使用ADP3．1版本。
觸摸屏控制畫面設計流程如圖4所示。打開軟件，新建一個工程，接著進行畫面屬性配置，包括工程名稱、觸摸屏型號、PLC型號等。設置完畢，就可以進行畫面編輯，使用按鈕、指示燈、動態(tài)示意圖等系統(tǒng)組件來進行畫面設計。應該盡量讓畫面簡單易懂、容易操作。然后，配置歷史資料存儲地址、警報設定類型等。畫面完成以后，進行編譯和系統(tǒng)離線模擬。如果沒有錯誤，則可下載到PWS3260內(nèi)存中，進行現(xiàn)場試運行。
圖4觸摸屏控制界面設計流程
對橡膠壩監(jiān)控系統(tǒng)要求觸摸屏可以實時顯示壩體高度、壩袋內(nèi)壓、振動頻率；實時顯示河道上游、壩前位置的水位；動態(tài)模擬系統(tǒng)運行工況；顯示泵機和電動閥門開啟次數(shù)、總運行時間、運行過程監(jiān)視等信息。
系統(tǒng)設定瀏覽用戶、操作員、管理員3種不同用戶，啟動界面需要用戶名和密碼，根據(jù)不用的用戶可以預先設置不同的操作權限。主畫面模擬了橡膠壩的硬件設施，并且能動態(tài)顯示水泵與閥門運行狀態(tài)?？梢赃M行PLC自動運行系統(tǒng)和觸摸屏手動運行的選擇，也可以參照當?shù)厮馁Y料對系統(tǒng)運行參數(shù)進行設置?？梢圆榭礆v史數(shù)據(jù)，如壩高、壩內(nèi)壓、壩頻率等數(shù)據(jù)。主畫面實時顯示壩體高度趨勢圖、壩體振動頻率、壩袋內(nèi)壓3個數(shù)據(jù)。系統(tǒng)設定報警系統(tǒng)，以聲音和指示燈閃爍方式顯示報警事件。同時，當操作人員確定報警以后，系統(tǒng)自動提示處理報警事件的專家方法。
4 結論
在以PLC為核心的控制系統(tǒng)中，配合觸摸屏的使用，不僅繼承了PLC系統(tǒng)的優(yōu)點，還減少了系統(tǒng)配件，提高了系統(tǒng)抗干擾能力，降低了系統(tǒng)成本。該系統(tǒng)投入運行以后，性能可靠穩(wěn)定，操作簡單直觀，系統(tǒng)反應快速，故障率低，維修方便。同時，對橡膠壩系統(tǒng)聯(lián)防聯(lián)控、統(tǒng)籌管理水資源和整理當?shù)厮臄?shù)據(jù)，具有重要的實際意義。
參考文獻：
[1] sL2”—98，橡膠壩技術規(guī)范[s]．
[2] 毛雪珍，顏文?。甈LC在水電站橡膠壩監(jiān)控系統(tǒng)中的應用[J]．自動化儀表，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(tǒng)設計[J]．工業(yè)控制計算機，2006，19(9)：48．49．
