【正文】 ，光電碼盤選用 多圈 格雷碼盤 。 具體程序見 軟件設(shè)計部分。本系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖 如 圖 所示 ，其中從左至右依次為 1 號槽位到 9 號槽位 ，在這里，槽位號只是 相對的，實際上不存在物理槽位，每個模塊用背部總線 相 連接。 圖 西門子 S7300型 PLC Siemens S7300 PLC PLC 的軟件設(shè)計 輸入量、輸出量的介紹 在本液壓啟閉控制系統(tǒng)中，輸入量包括按鈕、常開觸點、常閉觸點等開關(guān)量， 8 位格雷碼數(shù)字量以及液位變送器等模擬量。其子程序流程圖如下圖所示 。 下面對圖 中的 梯形圖程序予以簡單的解釋 ： 首先，把 閘門的左右 開度 IB IB2 送入中間變量 MW MW2 中 ，這樣就可以實現(xiàn)閘門左右開度的比較 。 PLC 的梯形圖設(shè)計 圖 30 圖 31 圖 圖 格雷碼轉(zhuǎn)二進制子程序 Gray code to binary system 32 （ 1） I/O 點的分配 ： 圖 I/O點的分配 Distribution of I/O point （ 2） 梯形圖程序 ： 圖 。 6．總體控制程序 總體控制程序如圖 所 示， I/O 點的分配如圖 所示 ，其中圖 是由圖 ～ 組成的 。整個過程的流程圖如 圖 所示。 九號槽 位為 通信處理器，用于 PLC 與上位機和其它智能設(shè)備之間的通信。 S7300 的 PLC 采用緊湊的、無槽位限制的模塊化組合結(jié)構(gòu)，根據(jù)應(yīng)用對象的不同，可 選用不同型號和不同數(shù)量 的模塊 ，并可以將這些模塊安裝在同一機架 上。 當把格雷碼送入 PLC 以后 ，不 能直接進行比較大小和算術(shù)運算，也不能直接轉(zhuǎn)換成其 它信號， 要經(jīng)過一次碼變換，變成自然二進制碼， 把格雷碼轉(zhuǎn)變?yōu)樽匀欢M制 碼。絕對編碼器 的每個 位置 是 唯一 的 ，它無需記憶，無需找參考點，而且不用一直計數(shù)，什么時候需要知道位置，什么時候就去讀取它的位置。 安裝時 把變送器直接投入水池或其它液位中，電纜線引出水面到顯示儀 表、二次儀表或控制室。然后直接編入梯形圖中，與預(yù)設(shè)的閘門開度相比較，來進行閘門的糾偏、全啟閉的控制以及自動防下滑的報警控制。輸出單元主要有繼電器、指示燈、電磁閥等， PLC 通過控制輸出單元的狀態(tài)來實現(xiàn)控制目的。然后 根據(jù) 實際情況，設(shè)計出了電機軟啟動的電氣 原理 圖。 當進行手動控制時，按下按鈕 SB1， KM1 得電并自鎖，電機進入了軟啟動階段。 KM2 為非軟啟動接觸器，即如果 KM1 在沒有閉合的情況下，單獨接通 KM2，會直接啟動油泵電機。在電氣回路中，通過控制接觸器的通斷來進行油泵電機啟動、停止的控制。 最后 電機啟動除正常使用軟啟動器外，必須保留可切換至直接啟動方式的功能，以確保在軟啟動器或 PLC 不能工作時，油泵電機應(yīng)急啟動運行。 軟啟動器應(yīng)用分析 一般情況下， 要 根據(jù)電動機的負載情況 (重載或輕載 )、啟動的頻繁程度來選擇軟啟動器，根據(jù)實際啟動狀況來選擇、優(yōu)化啟動參數(shù)。 18 電流限幅啟動 模 式 電動機啟動時，根據(jù)設(shè)定的啟動電流將對應(yīng)的電壓施加于電動機，當電動機力 矩足以克服負載阻力時，電動機獲得力矩開始升速，至電動機接近額定轉(zhuǎn)速時 ，輸出電流下降至額定電流以下。當電機轉(zhuǎn)速達到預(yù)定值時，使 KM3 斷電，并使 KM2 17 得電，則異步電機運行于三角形連接。 軟啟動器的基本原理 軟 啟 動器采用晶閘管三相交流調(diào)壓電路，利用晶閘管進行調(diào)壓，其輸出電壓值的大小由晶閘管導(dǎo)通角 θ 決定，導(dǎo)通角 θ 由單片機控制，通過調(diào)節(jié)晶閘管的導(dǎo)通角來改變加到定子繞組的三相電壓。 圖 閘門開度儀與 PLC的連接 Connecting of the photoelectric encoder and PLC 根據(jù)上文對糾偏控制原理的 敘述， 可知 首先要讓 閘門左右開度相比較 ，得到 閘門開度的差值 ， 如果比較結(jié)果為零 ，則直接跳出糾偏程序進入其它控制流程 ；當閘門 左邊開度大于右邊開 度時， PLC 進行左超糾偏，讓 4DT 得電；當閘門右邊開度大于左邊開度時， PLC 進行右超糾偏 ，讓 5DT 得電 。并且液壓傳動裝置對油溫和負載變化都比較敏感，不適宜在低溫及高溫下工作。當兩 缸不同步時，檢測裝置就會發(fā)出信號 ，調(diào)節(jié)比例調(diào)速閥的開度，使雙缸同步。 這種回路的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單 。 由自動控制原理可知，開環(huán)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單，但是輸出與輸入 之間 不存在反饋 ，開環(huán)系統(tǒng)的控制精度 主要取決于液壓系統(tǒng)中液壓元件 的精度 ，因此在要求系統(tǒng)精度較高的 環(huán)境中不宜采用開環(huán)控制。 3． 空載卸荷與過載保護的 具體 過程 本系統(tǒng)中的卸荷、過載保護回路 如圖 所示，先導(dǎo)溢流閥 4 與二位二通電磁換向閥 組成此回路，其中先導(dǎo)溢流閥的遠程控制口 K 通過換向閥接回油箱。然后電磁換向閥 6 的電磁鐵 2DT 得電，油液通過調(diào)速閥 、 （ 、 ） ，流至液壓鎖 （ ） ，同時使 （ ） 反向?qū)?，最后油?流到液壓缸的下腔（有桿腔），推動活塞向上運動 ，而液壓缸上腔（無桿腔）的油液則經(jīng)過 （ ） 流回油箱 ，活塞桿縮回，閘門開啟 。 （ 6） 液壓鎖定回路 圖 中共有 2 組，即 與 為一組， 與 為一組 。 10 過濾器 液壓泵 單向閥 先導(dǎo)溢流閥 二位二通電磁閥 三位四通電磁閥 調(diào)速閥 三位三通電磁閥 液壓鎖 節(jié)流閥 1 液壓缸 圖 液壓啟閉原理圖 Schematic diagram of the hydraulic hoist 液壓 控制回路及液壓元件簡介 （ 1） 液壓泵 用以 提供整個液壓系統(tǒng)的動力 。 易于實現(xiàn)過載保護。閘門的啟閉控制 是多年來的一個話題。其中在線式的 UPS 還具備與電網(wǎng)隔離、強抗干擾特性，是高可靠性控制系統(tǒng)的最佳選擇。 （ 1）主控級計算機兼操作員工作站 通常情況下配置一臺主計算機兼操作員工作站，特殊情況可采用雙機冗余配置熱備用工作方式。 可根據(jù)系統(tǒng)的控制要求并綜合考慮人機界面的操作特點，編制各個操作界面。如果PROFIBUS 網(wǎng)絡(luò)采用 FMS 協(xié)議 ，工業(yè)以太網(wǎng)采用 TCP/IP 或 ISO 協(xié)議，則可以實現(xiàn)不同公司設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換。集中式閘門監(jiān)控系統(tǒng)由于采用了集中控制，可靠性相對較低，一個 PLC 出現(xiàn)故障就會導(dǎo)致整個系統(tǒng)的癱瘓，并且能控制的閘 門數(shù)也是有限的。集散控制系統(tǒng)的出現(xiàn)是工業(yè)過程控制發(fā)展史上的一個里程碑。 5 系統(tǒng)總體方 案的確定 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)的確定 水閘監(jiān)控系統(tǒng)按照拓撲結(jié)構(gòu)可分為分布式監(jiān)控系統(tǒng)和集中式監(jiān)控系統(tǒng)， 下面依次進行介紹。 （ 5） 建立實時數(shù)據(jù)庫及歷史數(shù)據(jù)庫?？傊?， 整個控制系統(tǒng)要 以最低 的 成本來完成 對 計算機網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)。 （ 2） 實用性原則 實用性就是能夠最大限度地滿足實際 工作要求，是 水閘監(jiān)控 系統(tǒng)在建設(shè)過程中所必須考慮的 原則 ，它是自動化系統(tǒng)對用戶最基本的承諾。 絕大多 數(shù) 水電站的 現(xiàn)地控制單元 所采用的硬件系統(tǒng)是 PLC，其優(yōu)點為有靠性高、組態(tài)靈活、編程簡單實用 。 本論文研究的內(nèi)容 本文主要是利用 計算機 網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、自動控制技術(shù)以及傳感器技術(shù)對水閘監(jiān)控系統(tǒng)進行設(shè)計與研究 ， 制定了系統(tǒng)的總體框架結(jié)構(gòu) ，對系統(tǒng)進行了 軟 、 硬件設(shè)計。 這個時期我們開工建設(shè)了世界上最大的水電站 三峽水電站。隨著社會主義建設(shè)事業(yè)進一步推進，水電建設(shè)逐漸 提上日程 。 一方面，閘門監(jiān)控系統(tǒng)可以隨著自動化水平地提高而迅速發(fā)展，并且其控制水平日益完善。同時對液壓啟閉過程中同步策略進行了研究， 給出了 基于 電磁換向閥控制回路 的解決方案 。 隨后，本系統(tǒng)選定了具有起重量大、負載剛性大、自動化程度高、安全可靠性好等特點的液壓啟閉 機控制閘門升降。 閘門監(jiān)控系統(tǒng)的建立，將大大提高信息采集的準確性及傳輸?shù)臅r效性， 能夠 對 災(zāi)情的 發(fā)展趨勢做出及時、準確的預(yù)測 。 解放初期 ，我國工業(yè)基礎(chǔ)極其薄弱，一切從頭開始，艱難起步。到 2021 年，中國水電裝機容量達 7700 萬千瓦，超過加拿大，位居世界第二。目前，中國是世界水電裝機第一大國， 并且 已逐步成為世界水電創(chuàng)新的中心。各水閘所使用的控制裝置 也沒有統(tǒng)一的 規(guī)格 ， 現(xiàn)在應(yīng)用比較廣泛的是 單片機 、 可編程序控制器裝置（ PLC） 。 系統(tǒng)的設(shè)計原則 這是我們設(shè)計時要考慮的總體原則，它必需滿足設(shè)計目標中的要求，遵循系統(tǒng)整體性、先進性和可擴充性原則， 設(shè)計出 合理 的方案， 下面我們分別逐個進行討論 ： （ 1） 先進性原則 采用當今國內(nèi)、國際上最先進和成熟的計算機軟硬件技術(shù)，使新建立的系統(tǒng)能夠最大限度地適應(yīng)今后技術(shù)發(fā)展變化和業(yè)務(wù)發(fā)展變化的需要， 以防由于跟不上時代而被歷史所淘汰。 （ 6） 經(jīng)濟性原則 在 滿足系統(tǒng)需求的前提下，應(yīng)盡可能選用價格便宜的設(shè)備，以便節(jié)省投資， 即選用性價比高的設(shè)備。 （ 4） 保留系統(tǒng)原手動操作功能，手動操作與自動操作相互屏蔽。 （ 4） 現(xiàn)地控制單元 根據(jù)上位機指令進行單門操作。 這種系統(tǒng)的組成是分層的，結(jié)構(gòu)是模塊化的，根據(jù)實際應(yīng)用對象可靈活選擇。但是因為所使用的 PLC 較多，布線較為復(fù)雜，造成工程成本偏高。 6 工業(yè)以太網(wǎng) 是 用于工廠管理和單元層的通信系統(tǒng)，符合 國際標準，用于對時間要求不太嚴格、需要傳送大量數(shù)據(jù)的通信場合， 可以通過網(wǎng)關(guān)來連接遠程網(wǎng)絡(luò) 。 7 （ 2）人 機操作界面 人機操作界面是通過 觸摸顯示屏來實現(xiàn)的。輔助設(shè)備主要包括油箱、濾油器、傳感器等。隨著技術(shù)的進步，目前的 UPS 除了不間斷供電之外，還具備過壓、欠壓保護功能，軟件監(jiān) 控功能等等。而在這個過程當中 ，閘門的啟閉起到了決定性的作用 。操作簡便、易于實現(xiàn)自動控制和遙控。 因此，在進行液壓控制系統(tǒng)的設(shè)計時 ， 我們 應(yīng)該盡可能的去利用其優(yōu)點， 避開其缺點 ，最大限度的減少損失。 （ 5） 速度控制回路 由調(diào)速閥組成 ，通過控制油液流量的大小借以控制活塞的推進速度。 閘門的液壓啟閉控制 閘門的升降控制 在閘門開啟的過程中，液壓泵首先要經(jīng)過一個軟啟動的過程，軟啟動過程結(jié)束后， 電 磁換向閥 的電磁鐵 1DT 得電 ，通過先導(dǎo)溢流閥 4 使系統(tǒng)的壓力調(diào)至工作壓力，即系統(tǒng)建壓。因此要在液壓泵的旁邊并上一個降壓回路， 這樣可以 減小液壓泵的 壓力 ，實現(xiàn)過載保護。同步控制分為 開環(huán)控制與閉環(huán)控制兩種。為了達到同步，缸 1 右腔的面積必須與缸 2 左腔的面積相等。 （ 2） 電液比例調(diào)速閥控制回路 此回路中 使用了一個普通調(diào)速閥和一個比例調(diào)速閥 ，由4 個單向閥組成的橋式回路包圍著，它們分別控制兩個液壓缸的運 動。但是精密的液壓 控制 元件 抗污能力差，對工作液的清潔度要求高。 當閘門左超時 ，電磁鐵 4DT 得電（相對于圖 ）， 右缸中活 塞下降，推動閘門右端下降，最終使閘門左右開度相等 ； 同理 ，當閘門右超時 ，電磁鐵 5DT 得電 ， 左缸中的活塞下降 ，推動閘門左端下降，最終使閘門左右開度相等。軟啟動器屬于電力電子控制電路，屬于新興領(lǐng)域，電力電子技術(shù)是弱電與強電相結(jié)合、直流電與交流電相結(jié) 合的學科，具有很大的發(fā)展前途，因此重視對軟啟動器的研究，對未來電氣及自動化領(lǐng)域的發(fā)展有很大的幫助。啟動時，先接通開關(guān)，然后使接觸器 KM1 、 KM3得電，將異步電動機接成 Y 形啟動。 因此，電壓斜坡 啟動 方式電壓不 從 0V 開始上升，而是有一個起始電壓 U0，這個電壓通常要根據(jù)負載特性設(shè)定成能使電機運轉(zhuǎn)所需的最小電 壓。 圖 電流斜坡啟動模式 current ramp starting 軟停車模式 在這種停車模式下，電動機的供電由旁路接觸器切換到軟啟動器的晶閘管輸出 ，軟啟動器的輸出電壓由全壓逐漸減小，使電動機轉(zhuǎn)速平穩(wěn)降低，以避免機械震蕩，直到電動機停止運行。 而且控制系統(tǒng)可靠性要高，還要 具有較強的容錯能力。 KM KM2 為接觸器，它是電氣 及 PLC 控制中最 21 為典型、最為常見的器件。 KM1 為油泵電機的軟啟動、軟停止運行過程 的 主回路接觸器，用來控制主電路是否會進入軟啟動階段。手動控制與自動控制是相互獨立的，實現(xiàn)手動控制與自動控制之間的切換是靠轉(zhuǎn)換開關(guān)來進行的，手動與自動之間可以相互屏蔽。 圖 電機軟啟動流程圖 Process of the softstarting 小結(jié) 本 章 首先 介紹了 有關(guān)油泵電機軟啟動的相關(guān)知識 ， 如軟啟動的基本原理、與傳統(tǒng)降壓啟動的比較 、軟啟動的 幾種 模式等。輸入單元由按鈕、繼電器接觸開關(guān)、行程開關(guān)、光電開關(guān)以及各種變送器、傳感器等裝置產(chǎn)生，然后轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號傳送到 CPU 中 去。閘門開度儀與 PLC 采用并行連接，因此可以直接接入 PLC 的數(shù)字量輸入模塊中，把閘門的開