基于PLC的水闸控制系统设计
摘要：文主要研究关于水闸的PLC控制系统，首先分析了水闸自动化控制系统的组成，之后针对传统的液压启闭机控制系统电路复杂，维护工作量大，操作麻烦等缺点，提出了新型水闸控制方案，具体有以下几个方面①.水闸控制系统、闸门传统的继电控制和卷扬式启闭机的正负控制方式；②.闸门采用PLC和液压控制方式控制；③.成功将工业信息化，智能化代入到水利工程管理当中；④.针对水利枢纽控制管理展开了PLC的编程以及模块化设置；⑤.结合闸门控制的需求分析，设计出水闸控制系统。
关键词：水闸；控制系统设计
Design of sluice control system based on PLC
Abstract: This paper mainly studies the PLC control system of the sluice. Firstly, it analyzes the composition of the automatic control system of the sluice. After that, it proposes a new sluice control scheme in view of the disadvantages of the traditional hydraulic hoist control system, such as complex circuit, large maintenance workload and troublesome operation. The sluice control system, the traditional relay control of the sluice gate and the positive and negative control of the winch hoist; The gate is controlled by PLC and hydraulic control mode; (3) Successfully put industrial information and intelligence into the management of water conservancy projects; (4). PLC programming and modular setting for the control and management of water conservancy project; Combined with the demand analysis of gate control, design the sluice control system.
Key words: sluice; Control system design
目录
第一章 绪论 1
1.1研究背景 1
1.2研究意义 2
1.3水闸控制系统国内外研究综述 3
1.3.1国内研究 3
1.3.2国外研究 4
1.4论文的主要研究内容 5
第二章 水闸监控系统总体方案设计 7
2.1水位闸位测量模块设计 8
2.1.1水位测控仪和水位传感器的选用 8
2.1.2水闸开度传感仪和传感器的选用 9
2.2PLC控制器的功能与选型 10
2.2.1PLC控制器的功能 10
2.2.2PLC的选型 11
2.2.3 PLC闸门自控系统设计 13
2.3闸门控制电路设计 14
第三章 控制系统软件设计 17
3.1编程软件的使用环境 17
3.2水闸监控系统组态软件的开发 17
3.2.1水闸监控系统组态软件功能的实现 17
3.2.2水闸监控系统的主控画面设计 18
3.2.3数据流图 20
3.3控制系统主程序设计 22
3.3.1程序初始化流程图 22
3.3.2水闸的关闭模块 23
3.3.3水闸的提升，降落模块 23
3.3.4水闸的自动回升模块 24
3.3.5水闸异常工作状态判断模块 25
3.3.6水闸是否处于正常工作状态判断模块 26
3.4水闸监控系统通讯网络构建 28
3.4.1工业以太网技术发展 28
3.4.2上位机与PLC通讯组态 29
3.4.3上位机的变量组态 30
3.4.4PLC与智能仪表的通讯程序 30
第四章 总结与展望 32
致谢 33
参考文献 34
第一章 绪论
1.1研究背景
我国是一个水旱灾害频繁发生的国家，兴水利、除水害历来是治国安邦的大事。我国由于国土面积大而引发的地势问题有：南北跨度比较大、地势由西到东呈现从高到低的趋势，大多地区处季风气候区，而且我国人口数量基数大，与其他国家相比，国家水情具有特殊性，主要突出在以下几个方面：
一、水利资源时空分布不均，由于人口基数大导致人均占有量少。根据水利资源调查结果表明，我国水利资源总量为二万八千四百亿立方米，可居世界第6位。但是我国人均水资源占有量仅仅约两千一百立方米，为世界平均水平的百分之二十八。从水资源时间分布来看，降水时间分布不均匀，60%～80%主要集中在汛期； 从总体上来看，我国虽然水资源众多，但是条件并不优越，尤其是我国开发利用水资源的难度较大，情况较为复杂。
二、我国江河湖泊水系复杂，南北差异非常大。我国由于地势从西到东呈三级阶梯分布，而且国土面积的69%皆为山丘高原，地形复杂。我国水系复杂，仅仅流域面积在一百万平方公里以上的河流有5万多条，之后我国按照河流水系划分，分为长江流域、黄河流域、淮河流域等七大江河流域，以及分布在我国西北部的内陆河流、沿海地区的入海河流和在我国边境周围的跨国界河流，例如红河，以上河流以及支流基本上构成了我国河流水系的框架。
三、我国地处季风气候区，洪涝灾害频发，由于受季风气候影响下，夏季湿热多雨、雨热同期，在我国大部分地区都有同样的降水现象。不仅时间短、降水量大的局地暴雨多次发生，且经历时间长、范围广且覆盖面积大的全流域降雨也会发生，每年都会发生不同程度的洪灾。所以随着我国国力的增强，对人民安全的保证进一步提高，国家对于防洪保安的要求愈发提高，各个水利枢纽防洪任务更加繁重。
综上所述，我国基本国情水情为人多水少且时空分布不平衡，洪涝灾害经常发生、人均水力资源缺少、由于之前伐木导致水土流失严重且不保护环境导致的水生态环境脆弱等特点下，导致了我国有着世界上非常繁重、治水难度巨大的治水任务国家。
建国70多年来，围绕着传统水利问题，除害兴利，展开了规模非常大的水利建设工程，逐渐形成了各部门结合的水利工程体系，引发了水利面貌的根本性变化，水利基础设施得到了具体的改善，但与其他公共基础设施相比，我国的水利发展情况相对滞后，是国家基础设施的明显短板。
一、在抗洪排涝工程体系方面，仍然有很多突出薄弱环节。尤其是中小河流防洪标准低，国内有上万条中小河流有效治理未能进行。
二、小型水库病险率高，病险水库数量高达4.1万多座。
三、 防御山洪灾害能力弱，绝大多数尚缺乏监测预警设施的灾害隐患点，也未及时进行治理。滞洪区建设迟缓，许多蓄滞洪区围许多都是低标准、地要求建设方案，进退洪工程和避洪安全设施缺乏，难以及时有效启用。
因此，水闸控制系统对于完善我国水利工程体系有着非常重要的地位。
1.2研究意义
随着时代的发展，科学技术的进步，有效的水资源管理变得更加重要。因此，为了实现工业的信息化和智能化，相继提出了无人值班、无人值班的控制模式，并且为了能够实现水资源的信息化，科学化管理水资源越发彰显其重要性和必要性，尤其是在我国水利资源不均衡不全面的情况下，水利资源必然成为国家经济发展及人民对美好生活向往的制约因素。水利部门还紧急呼吁设计规范化的水闸控制系统，进一步提高水利工程效率与结果，提升供水设备的可靠性与规范性。随着通信、计算机技术和自动控制技术的不断发展，我们可以先将这些输入技术应用于水闸控系统。
针对原始的水压供水方式所存在的问题包括占地面积大，投资高，水泵频繁启动，耗电多，网管水压不稳等问题，而且水泵的频繁启动使设备故障率高，检修维护也存在困难。
因此，水闸监测系统的主要目标和内容是将这些先进工业技术应用于水闸控制与水位的测量、计算与调节，以保证国家水利资源的科学、合理和有效利用，有益于我国水利资源的规范化运用，对于处理我国将来的水利资源短缺、运用不规范等问题具有重要的战略意义。
参考文献
[1]董捷，边一康，西藏查龙水电站监控系统改造.云南水利发电，2011，6∶1-4。
[2]朋林，赵成萍，施一潭.基于PLC的闸水闸自动控制系统的设计与实现，中国测试技术，325∶12-17.
[3]邓诗军，大型水电厂计算机监控系统发展方向初探.中国电力出版社，2006，10;35-42.
[4]顺田，梁卫.乌江渡发电厂实现按"无人值班"（少人值守）方式运行，中国电力出版社，2005，6;5-8，
[5]库德强.基于工控机和PLC的监控系统的研究。北京;沈阳工业大学硕士学位论文，2006,3:10-13.
[6]何旭东.小型水电站技改监控系统的设计与实现.西安∶电子科技大学硕士学位论文，2011,3:23-29.
[7]陈海霞，任庆海.基于工业以太网的闸水闸自动监控系统。水利水文自动化，2006，3;5-9.
[8]李生民，小型水电站综合自动化系统设计研究。西安∶西安理工大学硕士学位论文，2002,9;32-38.
[9]刘艳梅.基于PLC的水电厂的现地控制单元的研究.沈阳∶东北农业大学硕士学位论文，2008,4:35-42.
[10]汤晓华，郭小进，邹登海，何新洲.基于西门子S7-400系列PLC的现地控制单元冗余设计.水电自动化与大坝监侧，2006，10∶3-5.
