屈家店枢纽闸门自动化监控系统设计与实现

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1、屈家店枢纽闸门自动化监控系统设计与实现［摘要］提高水利工程自动化水平对国家水利发展具有重要意义。针对海河下游管理局屈家店枢纽工程闸门控制急需提高自动化水平的要求，设计并实现了一套完整的闸门监视控制自动化系统。提出了系统的网络架构，电气驱动设计方案，绝对值编码器的译码原理以及监视控制系统的软件实现，包括数据库变量建立方法，软硬件通道连接方法及运行策略的设计思路。全数字化的工业以太网总线的网络化设计大大提高了系统的可靠性、稳定性与实效性。［关键词］PLC;编码器;MCGS;闹门控制;工业以太网中图分类号：TP317文献标识码：A文章编号：1009-914X(2016)22-0008-021工程背

2、景屈家店枢纽位于天津市北辰区屈家店东北，由永定新河节制闸、北运河节制闸、新引河进洪闸组成，是控制永定河、北运河洪水泄入海河，确保天津市区安全的国家一级水利工程［1］。其中，永定新河进洪闸工作闸门11孔，墩厚1.2m，闸孔总宽119.8m。机架桥面上设轻型启闭机房，闸室上游布置工作门及上下游检修槽，闸墩和检修桥面高程8.9m。下游为净宽7.0m的交通桥，高程8.2m。随着科技发展和社会进步，屈家店闸门自动化控制系统设备落后，智能化水平较低，信息不能快速集成，已不能满足城市水利发展的需要［2］。因此，对老旧设备进行改造，设计一套新的闸门监视控制系统在国家水利工程建设中具有重要意义。闸门自动化工程

3、设计起点较高，从系统网络架构到控制器选择、传感器设计制造要坚持高可靠性、稳定性原则。2闸门监控系统网络架构屈家店闸门自动化监控系统由11孔闸门的现地控制单元(LCU-LocalControlUnit)组成。采用全网络化数字化的工业以太网总线架构。n孔闸门的开度由自已设计的采用格雷码编码方案的绝对值型编码器采集，经由现地闸门开度仪转换成RS485数字信号送至现地控制单元PLC(SchneiderTwidoTWDLCAE40DRF)带有以太网接口。最后由11个工业交换机互联成网，并与监控室的交换机互联，进一步与闸管处的计算机连接，构成一体化的工业以太网络总线控制架构。这种架构稳定、可靠、高效;是

4、目前现场总线结构的最高形式。北京昆仑通态的MCGS10.2英寸触摸屏(TPC1061Ti)也带有以太网RJ45接口，网络组态简单，效率较高，人机交互更加友好。3硬件设计3.1PLC控制系统电气驱动设计硬件设计主要要完成两部分的设计：其一、手动控制电气原理图设计;其二、自动控制原理图设计［3］。手动控制由LCU柜上的控制按钮控制，自动控制由SchneiderTwidoPLC控制。被控对象为交流电机，其安装与规格不在此设计范围之内，在此主要考虑控制电路对电机的正反转控制实现。包括闸门控制回路与信号指示回路。闸门控制回路包括上升、下降的手动与自动控制。两电路互锁，以保证系统安全。KM11、KM12

5、为交流接触器，控制电机的正反转。SGP11、SGP12为上限位与下限位机械开关，避免系统极限故障。SA1为系统权限开关，控制面板上的4个位置分别代表“切除”、“现地”、“控制室”、“管理处”4个状态。权限开关打到不同的位置代表不同的控制权限。信号回路用于闸门的状态监视。当闸门处于上升、下降、停止等状态时，对应的指示灯点亮。3.2绝对值型编码器设计合理精度的编码器是闸门开度测量的基础。本项目设计的编码器采用绝对值方案，即编码器具有掉电参数记忆功能［4］。另外，编码采用格雷码，相邻码位之间仅一位数字不同，误码率大大降低，倍数越多，效果越明显。编码器采用19线，第1〜15线为有效数据位，第19线为

6、公共端。采用19芯航空连接至开度仪表。码制转换流程：(1)将低位L8〜L1转换为二进制B8〜B1(产生低位二进制码)。方法：二进制码的最高位等于格雷码的最高位，二进制码的其余位等于高位二进制码与本格雷码按位进行异或逻辑运算。(2)将高位H7〜H1转换为二进制B7/〜B1/(产生高位二进制码)。方法同(1)。(3)把二进制B7/〜B1/与与由L8产生的7位二进制码(当L8=0时，7位二进制码为0000000，当L8=l时，7位二进制码为1111111)进行二进制相加运算，结果表示B15〜B9,去掉最末位B9,产生高位二进制B15〜B10。(1)把高位二进制B15〜B10.与低位二进制B8〜B1

7、拼接组成码制转换结果的14位二进制数字量B15〜B10B8〜B1。测试案例：在原码显示时，19芯插头各脚信号对应数据显示值：第1根数据线与公共点短接输出为1;第2根数据线与公共点短接输出为3;第3根数据线与公共点短接输出为7;第4根数据线与公共点短接输出为15;第5根数据线与公共点短接输出为31;第6根数据线与公共点短接输出为63;第7根数据线与公共点短接输出为127;第8根数据线与公共点短接输出为16383