以PLC为基础的控制系统在闸门液压自动启闭机上的应用探讨

    郇乐萌 鲍亮

    摘 要：传统闸门在操作工程中存在着很多问题，其准确度较低，同时很难做到动态控制，为了解决这些问题，本文利用PLC来对于液压自动启闭机进行控制，有效地实现了控制自动化与故障的监测，从而优化了控制过程，本文对其进行探讨，为其进一步发展打下坚实的基础。

    关键词：PLC；液压自动启闭机；控制

    DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.09.145

    1 引言

    本文针对传统闸门人工操作的实时性差、准确性低等缺陷，设计了可编程逻辑控制器（PLC）在液压启闭设备中的应用，阐述了系统的硬件和软件配置，实现了闸门启闭全过程的自动控制及故障的监测与处理，大大提高了启闭机的自动化水平。

    2 PLC系统概述

    2.1 系统结构

    S7系列可编程逻辑控制器包括S7-200系列、S7-300系列和S7-400系列。它具有强大的功能，适用于中小型自动化系统。该控制系统应采用西门子S7-300 PLC在德国进行。S7-300系列PLC是西门子公司生产的一种模拟中小型结构可编程控制器。S7-300系列PLC广泛应用于分布式自动化系统中。它涵盖机床、机械、电力设施、民用设施、环保设备等自动化控制领域。它可以用来更新和更换继电器的简单控制，也可以实现复杂的自动化控制。因此，S7-300系列具有高性能/成本性能。S7-300 PLC是西门子PLC近年来推出的PLC产品之一。模块化中型PLC系统，满足中小型控制要求，在工业中得到广泛应用。许多客户在设计选型、调试和实际应用中可能遇到各种各样的问题，下面是S7-300 PLC选型和应用中的一些关键问题的分析。

    PLC和其他的工业控制装置相比，优点主要集中于其可靠性较好，同时可移植性也较强。在硬件设计方面，PLC的所有输入输出都是采用光耦合的器件，使得内外部电路互不影响，同时plc的电路和输入输出回路有着非常多的滤波电路，这样就可以使得信号谐波不会对其运行造成影响。PLC的操作较为稳定，其所配置的开关电源性能也非常好。在软件设计方面，PLC程序采用的是循环方式来进行执行的，在循环执行过程当中对输入进行改变也不会影响到程序的正常运行，PLC程序采用的是面向对象的语言，较为简单，同时用图形的方式来进行编译，还可以进行错误的自动检查，使得程序的正确性大大的提升。同时PLC的用户程序和系统程序是较为独立的，用户很难改动内部的固化程序，这样就使得其可靠性能非常高。同时可移植性非常强，因为PLC采用单元扩展的形式，让功能可以模块化，在需要的时候可以对于输入输出模块进行更换或者加减，这样就使得我们想给其增加功能的时候，只需要对其进行模块的增加和程序的简单改写，就可以完成不同的控制需求，这样也使得PLC维护非常的方便。

    2.2 工作原理

    因为操作系统和软件方面存在一定的差异，因此PLC的工作过程和我们平常用的计算机是有较多的不同点，PLC的工作过程主要分为输入采样、程序执行、通信处理、CPU分析、输出刷新五个扫描循环，要不断的对其进行重复扫描。对于线圈来说有两个状态，第一是停止状态，第二是运行状态。在停止状态时只能进行内部的处理和通信的服务，在运行状态时则进行以上五个循环的不断扫描和重复。输入采样是PLC对于输入进行监测，使得读入的线圈状态一直保持到下一次输入，执行程序是PLC按照用户程序所编写的要求来对其状态进行控制、逻辑计算和数据处理。CPU诊断和分析是CPU对于PLC的硬件模块进行监控，一旦出现问题立刻报警。通信处理是PLC在對于其进行检查之后进行通信，将程序传入到输出设备，来对其进行控制。输出刷新是PLC将信号传入到输出设备之后进行刷新，让其线圈的得电失电状态满足于用户所控制的要求，这样就使得输出设备能够做到用户对其指定的动作。

    3 闸门的液压启闭机系统原理

    3.1 硬件配置

    （1）导轨。 S7-300的模块机架。

    （2）被转换为电源模块。提供CPU和24V的直流负载电路用的直流电源（信号模块、传感器、油门等）。

    （3）CPU模块。CPU所有种类的例子有不同的性能，一些CPU的合并与数字输入/输出点和模拟，以及一些CPU简介等的通信接口。CPU的前面板的状态故障显示器，模式开关24V的电源端子，电池箱和存储器模块的箱子（不是若干的CPU）。

    （4）功能模块。功能模块主要用于对时间要求苛刻、存储器容量要求较大的过程信号处理任务。

    （5）计数：计数器模块。快速/晚送驱动位置控制模块、电子控制模块、步进马达定位模块，如伺服马达定位模块。

    3.2 运行流程

    该液压启闭系统主要由油泵电动机组、弧形闸门液压缸、油箱等组成。闸门提升和关闭的控制，主要是通过液压启闭机电气控制装置根据现地或远方启/闭闸门命令自动启动油泵电机组，从而通过活塞杆在油缸中的伸缩带动闸门关闭或开启。（1）开启闸门，空载启动液压泵电动机组，延时10秒左右，液压缸无杆腔油液经34.1单向阀背压0.4MPa 流回油箱。（2）关闭闸门，空载启动液压泵电动机组，延时10秒左右，液压缸有杆腔油液经23.9-23.10调速阀后流回液压缸无杆腔，同时压力油经20.1-20.2溢流阀向液压缸无杆腔补油，压力为0.4MPa。

    4 总结

    PLC的编程语言是较为简单的，很多计算机知识并不充分的人也能很容易对其进行学习和掌握，因此推广PLC是非常容易的，PLC不但能满足顺序控制要求，还能够做到条件和循环的判断，近年来，其应用范围不断扩大，我们也对其进行的其他功能的扩展，这些年为了适应信息技术的发展，PLC的网络通讯功能也在不断增强，其在工厂的发展当中将会有更多的应用。

    参考文献：

    [1]马运彬.恰海水库表孔闸门PLC控制系统分析[J].内蒙古水利，2018（03）：74-76.

    [2]沈森尧.PLC控制系统在河道闸门远程控制中的应用[J].企业技术开发，2018，37（03）：63-65.

    [3]马运彬.恰海水库表孔闸门PLC控制系统分析[J].内蒙古水利，2017（10）：75-77.

    [4]石磊，左建新，卢辉.核电空气闸门系统改造中PLC取代继电器可行性的研究[J].自动化应用，2017（07）：89-91+93.