南水北调兴隆水利枢纽船闸控制系统改进方案及实施.doc

南水北调兴隆水利枢纽船闸控制系统改进方案及实施 　　摘 要：该文对某公司系列PLC在湖北省汉江兴隆水利枢纽兴隆船闸电气系统中的改进方案做出详细描述。主要的描述内容包括：概况，电气控制系统结构，系统改进前存在的问题，改进内容，改进现地主、从站PLC的程序过程，改进完成后效果等。此方案已用于湖北省汉江兴隆水利枢纽兴隆船闸电气系统 关键词：兴隆船闸 电气控制 PLC 中图分类号：U641.2 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）10（a）-0038-02 汉江兴隆水利枢纽船闸位于汉江下游湖北省潜江、天门市境内，上距丹江口枢纽378.3 km，下距河口273.7 km，兴隆船闸航道等级为III级，主体段由上闸首、闸室、下闸首下游消能段组成，总长268 m，闸室平面有效尺寸为180 m×23 m×3.5 m（长×宽×最小槛上水深）。汉江兴隆水利枢纽工程船闸电控系统由2套上位操作员站、上闸首左现地子站、上闸首右现地子站、下闸首左现地子站、下闸首右现地子站组成。上位操作员站主要设备为2台工作站，其他4个子站以Quantum PLC为核心。该电控系统采用开放式、分层分布式网络结构，上位操作员站与上闸首左现地子站、下闸首左现地子站之间通过10 Mbps/100 Mbps以太网，上闸首左现地子站与上闸首右现地子站间通过热备光纤及同轴电缆相联，下闸首左现地子站与下闸首右现地子站间通过热备光纤及同轴电缆相联。各闸首现地子站主PLC与从站PLC之间为RS485协议进行通讯，该系统总体运行可靠、稳定。但随着运行年限的增长，该系统的薄弱性凸显出来。为提高整个电控系统的可靠性、安全性，对该系统进行局部改进是相当必要的 1 电气控制系统结构 兴隆船闸电控系统采用开放式、分层分布式网络结构， 主要有远程RIO控制网络、Modbus 485现场总线网络、工业以太网络 1.1 网络结构 兴隆船闸通过以太网交换机系统把视频监控上位机、网络打印机、热备冗余的PLC控制器、现地控制柜内HMI人机界面等联系在一起组成一个统一的通信系统。兴隆船闸选择带有热备冗余功能的PLC控制器，是因为热备冗余技术在现代工业控制领域应用广泛也很成熟，采用热备冗余技术后在其中一台PLC控制器出现间断或故障时，另外一台PLC控制器可以无间隙地完全接管全部工作，从而使系统运行不受影响 兴隆船闸整个网络系统主体采用现代工业以太网，以光缆作为主通讯介质，各单元柜内采用电缆作为通讯介质，组成整个网络通讯系统，提高了系统通讯的快速性、准确性和抗干扰性能。在每个通讯单元内设置一个光电转换机作为链接分支器，实现通讯单元至通讯网络的链入。整个系统网络采用环形工业以太网，以确保系统通讯的可靠性 1.2 现地子站PLC控制说明 兴隆船闸现地控制单元采用Quantum系列双机热备PLC+RIO的模式，完成对所管辖的受控设备的监控。兴隆船闸Quantum系列双机热备PLC选用型号为Quantum CPU-67160，它是目前法国施耐德公司生产的较高端的PLC控制器，该控制器数据接口丰富，它具有一个Modbus （RS232）、一个Modbus Plus（RS485）、一个USB接口、一个以太网接口等接口。它具有两个内存扩展插槽可以根据所需容量插入内存卡的容量大小将内存容量扩展，而PLC本身自带有4 M内存，离散量地址可到65 528 kB，寄存器地址可到64 976 kB。满足同时它具有热备冗余功能，两台PLC控制器可以通过同步光纤完成数据交换，在一台出故障时，另一台可以同步接管所有工作，切换工作瞬时完成，不会对控制流程造成中断，从而对设备控制运行没有任何影响。RIO模块选择法国施耐德公司Quantum系列的配套RIO模块140-CRP-93100模块，该模块的传输速率为1.544 MB/s，很好地满足了兴隆船闸远程RIO通信运行需求 2 系统改进前存在的问题 （1）兴隆船闸控制系统在油缸行程数据采集、传输过程中，各闸首现地子站主PLC（Quantum系列，负责主控程序运行）与从站PLC（Premium系列，负责采集油缸行程数据）的串口通讯接口长时间的连续运行容易出现元件老化，且有时行程数据采集、传输过程中不连续，导致发生数据丢包现象，出现设备停机故障，影响了通航效率 （2）上位机监控操作界面手动操作未设活动桥顶升停止功能，工作人员需手动停止 3 改进内容 基于兴隆船闸控制系统的组网情况，整个控制系统已经组建了光纤以太网，将各闸首现地子站主PLC与从站PLC之间的串口通讯改为以太网通讯，可有效防止数据交换时的丢包现象，也不会影响各闸首现地子站主PLC之间的双机热备功能 该改进方案的主要工作内容如下 （1）更换4块从站P