基于M340PLC的泄洪闸门集控系统

摘要：本文介绍了施耐德M340系列PLC在水电厂泄洪闸门集控系统的详细应用，实现了泄洪闸门启闭的全自动操作。通过PLC对控制系统故障信息的处理，提高控制系统可靠性，确保闸门能正常运行。并给出系统的实施过程、控制方法，为行业中类似的改造提供依据和参考。

关键词：M340 ；PLC；闸门集控系统

泄洪闸门系统属于水利枢纽的重要系统，它对水库调控水位、航运畅通、汛期安全泄洪等起着重要作用。长湖水电厂位于英德市滃江下游河段上，泄洪大坝由5扇弧形泄洪闸门组成。由于长湖水库流域集雨面积大（4800平方公里），有效库容小（0.55亿立方米），每逢39月的雨季，泄洪闸门需要频繁操作，年平均泄洪量达12.69亿m3，汛期的泄洪任务繁重对泄洪闸门集控系统的可靠性提出更高的要求。改造后的泄洪闸门集控系统以施耐德M340可编程逻辑控制器为控制核心，具有可靠、稳定的特点。

1 系统结构

改造后的泄洪闸闸门集控系统从结构上采用由主控级和现地控制级组成分布式控制系统。主控级采用南瑞NC2000计算机监控系统为集控平台，现地控制柜采用施耐德M340系列PLC组成控制核心。系统由一台集控上位机、一台操作员站及五套闸门现地控制柜组成。主控级和现地控制级采用光纤以太星型网通信，局域网按IEEE802.3设计，通信规约采用TCP/IP协议。网络结构分为两层，其中上层为光纤结构的以太网，底层为基于ModBus的总线网络。

2 系统控制方式

泄洪闸门的控制方式包括远方自动、现地自动、现地手动三种控制方式。前两种方式通过发送控制令到现场控制柜可编程控制器PLC对闸门进行启闭控制，现地手动控制方式通过现场控制柜自动回路手动点动操作。远方自动、现地自动方式可以对相应闸门进行任意闸门开度以及全开、全关的操作，具有操作精度高、动作迅速等特点。在PLC正常情况下，一般以PLC作为核心控制器选择远方自动、现地自动两种操作方式的其中一种进行控制。当出现现场控制柜PLC故障时，采用现地手动方式对闸门进行控制。

3 控制系统状态监测及其处理

要实现闸门控制的高可靠性、高安全性，必须要实时监测闸门升降过程中的各种状态数据，其中最重要的数据包括闸门位置状态、控制系统状态信号。施耐德M340PLC自身可配置对应的开关量、模拟量模块，为信号的采集提供便捷途径。

3.1 闸门状态信号检测

闸门开度信号检测：闸门开度信号的检测关系到整个闸门控制系统自动控制精度的高低，因此我们选择倍加福绝对型SSI信号编码器进行数据采集。该编码器具有非常优秀的抗冲击性和抗震性，防护等级高达IP67，具有高分辨率的特点，测量精度高。通过编码器测量卷扬机的实时转动位置信号并传送至开度仪，由开度仪解码并转换为4～20mA的闸门开度信号至PLC模拟量模块，实现闸门任意开度的启闭操作以及闸门故障预测及处理。

闸门位置信号检测：闸门位置信号包括电气全关位、电气全开位、机械全关位及机械全开位信号。其中电气全关、全开信号由开度仪采集开度信号并根据用户设置判断并上送闸门全关、全开开关量信号。机械全关、全开位置信号属于极限位置保护信号，信号由机械主令开关产生。PLC通过采集以上信号实现闸门的开终、关终控制。

3.2 控制系统状态信号检测

闸门控制系统状态信号包括控制回路电源信号、动力回路电源信号、抱闸动作信号、变频器故障信号、制动电阻过热信号等。此类信号用于判断系统所处的状态，并跟据系统故障情况由PLC做出处理。控制回路电源信号及动力回路电源信号通过相应的开关辅助接点获得，抱闸动作信号、变频器故障信号、制动电阻过热信号由相应的设备检测获得。

4 控制系统可靠性措施

泄洪闸门的正常运行关系到水电厂大坝的安全度汛，因此，闸门集控系统设计的可靠性是第一指标。在闸门集控系统的设计、实施过程中采取了一系列有效的可靠性措施。

4.1 编码器抗干扰措施

由于采用变频器的方式对启闭电机进行控制，变频器产生的谐波干扰将影响编码器的正常运行，干扰方式主要包括电磁辐射、感应耦合及传导三种。为减少电磁干扰，主要采取的措施包括：

1）采用外加箔状屏蔽的双屏蔽线缆，并且线缆安装时远离干扰源（变频器、电机、抱闸线圈等感性器件），信号电缆与动力电缆分开线缆槽并避免了与动力电缆平行敷设。采用此方法后能有效地减少辐射干扰。

2）信号电缆屏蔽线和接头、端子盒和接收器的外壳屏蔽端子相连。信号电缆屏蔽線采取双端接地连接的方式。

4.2 系统故障处理措施

闸门集控系统故障分为两大类。一类是一般故障，当此类故障出现时，停止正在执行中的自动流程，复归开出继电器，但在该信号恢复前，仍然可以通过现地手动进行操作。另一类是严重故障，当此类故障出现时除了停止正在执行中的自动流程，复归开出继电器外，还将直接开出动作主回路断路器分励线圈的继电器，跳开开关。在故障信号复归前，闸门将不能进行任何操作。

1）闸门开度仪故障、电流表故障、变频器故障、抱闸未动作故障为一般故障。对于开度仪故障及电流表故障，通过PLC判断其模拟量品质的好坏来确定是否存在故障。一般而言，上送至PLC的闸门开度及电流表工程值正常范围为4000～20000，当数据超出此范围时判定开度仪或电流表存在故障。为减少误动作的可能，加入故障延时启动，即故障出现时间Ton累积达到2s（该值可根据实际情况修改）才启动故障流程。

2）电阻过热、电机电流越限、闸门卡滞、闸门失速为严重故障。电阻过热故障判断通过电机电阻箱反馈的开关量接点监测。电机电流越限主要通过PLC实时判断电流表上送的模拟量数据是否大于设置定值来确定。PLC每隔0.5s采集并记录此时闸门开度，并记为当前闸门开度（AI_VALUE）。每隔1s把前0.5s的闸门开度记录下，并记为0.5s前闸门开度（AI_VALUE）。闸门动作时，当0.5s前闸门开度值与当前闸门开度值相等时判断为闸门卡滞；当0.5s前闸门开度值与当前闸门开度值相减的绝对值大于10cm时判断为闸门失速。以上故障加入故障延时启动，防止误动作的可能。

5 结语

长湖水电厂泄洪闸门集控系统改造充分发挥了施耐德M340 PLC的强大控制运算能力，同时利用PLC的I/O扩展能力，实现了对泄洪闸门集控系统的状态信息处理及控制。本次改造的成功实施，提高了闸门集控系统的安全性和可靠性，也可为同类闸门集控系统升级改造提供依据和参考。