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控制系統。分析了橡膠壩控制系統的組成結構、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的發展而出現的一種新型水工建筑物，具有造價低、節約材料、施工周期短、管理靈活、控制方便、運行穩定等優點¨]。為了減輕工作人員的負擔，提高橡膠壩優化運行程度，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觸摸屏研制開發了一種小型橡膠壩自動控制系統。

    2 橡膠壩控制系統結構及工作過程

    山東威海哈工大自動化研究所與青島華海公司合作開發了一級橡膠壩自動監控系統項目，該項目采用充水式橡膠壩，并且在河道附近修建了一個深水蓄水池。系統組成結構如圖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，水管內徑300 mm。D1—194為電動執行
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，壩袋內水位上升，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，將水從壩袋內部分排出，壩袋內水位下降，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，測量壩袋頻率、壓力和水位等運行參數，匯集到PLC控制器，根據現場參數發出控制命令。在壩上游3 km處設置液位傳感器，通過數傳電臺把水位數據實時傳送到PLC中。同時壩袋內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，實現橡膠壩無人值守控制。

    3 橡膠壩控制系統設計

    PLC是廣泛應用于工業生產與控制的核心設備。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點，可滿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自動控制方式，一種是觸摸屏遠程控制方式，一種是現場手動機械控制方式舊j，具體控制方式如圖2所示。

 

圖2橡膠壩系統控制方式

    正常情況下，PLC處理從儀表中檢測出來的原始數據，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，由PLC根據設置數據控制水泵和電動閥門。如PLC出現問題或現場出現緊急情況，則可以操作現場電氣控制柜，通過轉換開關，直接控制水泵和電動閥門等。

    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觸摸屏監控系統設計

    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。用戶可自由組合文字、指示燈、開關按鈕、各種動態圖形圖表、數字數據顯示輸入、異常報警、靜態顯示等來處理或監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，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、動態示意圖等系統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，進行編譯和系統離線模擬。如果沒有錯誤，則可下載到PWS3260內存中，進行現場試運行。

 

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時顯示壩體高度、壩袋內壓、振動頻率；實時顯示河道上游、壩前位置的水位；動態模擬系統運行工況；顯示泵機和電動閥門開啟次數、總運行時間、運行過程監視等信息。

    系統設定瀏覽用戶、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，并且能動態顯示水泵與閥門運行狀態。可以進行PLC自動運行系統和觸摸屏手動運行的選擇，也可以參照當地水文資料對系統運行參數進行設置。可以查看歷史數據，如壩高、壩內壓、壩頻率等數據。主畫面實時顯示壩體高度趨勢圖、壩體振動頻率、壩袋內壓3個數據。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，當操作人員確定報警以后，系統自動提示處理報警事件的專家方法。

    4 結論

    在以PLC為核心的控制系統中，配合觸摸屏的使用，不僅繼承了PLC系統的優點，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，操作簡單直觀，系統反應快速，故障率低，維修方便。同時，對橡膠壩系統聯防聯控、統籌管理水資源和整理當地水文數據，具有重要的實際意義。

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