毕设简介

基于PLC船闸控制系统的设计

电气工程及其自动化11230537王雪指导教师王树东教授

摘要

本文对以往船闸的继电气控制系统存在的问题作了较为全面的分析，以此引出PLC控制系统的优点及应用的必要性，对PLC的基本组成、工作原理、发展过程及趋势作了全面的介绍。主要实现了用PLC实现船闸的自动控制，并给出了比较详细的系统设计过程，系统的配置，及程序运行的结构框图，及相应的程序，并介绍了船闸的结构与工作原理，对PLC船闸自动控制系统的完善具有重要意义。

关键词：PLC；船闸控制；自动控制

Abstract

Following this paper,the locks of the past problems in electrical control system made a more comprehensive analysis,this leads to the advantages of PLC control systems and application of the necessity of the basic components of the PLC,operating principle,and the trend was the development of a comprehensive Introduction.Introduces the realization of a lock with PLC automatic control,and gives a more detailed system design,system configuration,and the block diagram of the program is running,and the corresponding procedures,and describes the structure and working principle of lock.This article is also alarm and query lock system,fieldbus communication in the host computer and research are also discussed,on the PLC automatic control system locks the improvement of great significance.

KEY WORDS:PLC;Lock control;Automatic control

一、研究背景与意义

多年来船闸一直是河道最常用的交通设施之一，船闸的工艺流程未发生大的变化，目前国内船闸的自动化水平参差不齐。建成较早的船闸控制装置一般由继电器、接触器控制逻电路组成，存在功能弱、故障多、寿命短等缺点。为了缩短船舶通行时间，不断提高船闸电气控制自动化水平，近年新建船闸一般采用计算机控制技术。PLC技术的迅猛发展让自动化控制又多了一个新的亮点，而船闸的PLC监控越来越广泛地被投入使用，它能使管理人员有效地对船闸的运行工况进行自动检测、优化控制和集成管理，从而达到安全、高效、满足社会需求的目标[4]。随着自动化技术的发展，这种研究将得到越来越广泛的应用，而且这种研究具有重要的实用价值，它对于保障河道通道的畅通，及人民的生产和生活具有十分重要的意义，顺应时代发展的要求。

二、国内、外研究现状

多年来船闸一直是河道最常用的交通设施之一，船闸的工艺流程未发生大的变化，目前国内船闸的自动化水平参差不齐。建成较早的船闸控制装置一般由继电器、接触器控制逻辑电路组成，存在功能弱、故障多、寿命短等缺点。为了缩短船舶通行时间，不断提高船闸电气控制自动化水平，近年新建船闸一般采用计算机控制技术。PLC技术的迅猛发展让自动化控制又多了一个新的亮点，而船闸的PLC监控越来越广泛地被投入使用，它能使管理人员有效地对船闸的运行工况进行自动检测、优化控制和集成管理，从而达到安全、高效、满足社会需求的目标。随着自动化技术的发展，这种研究将得到越来越广泛的应用，而且这种研究具有重要的实用价值，它对于保障河道通道的畅通，及人民的生产和生活具有十分重要的意义，顺应时代发展的要求。

我国在船闸的建设控制系统等理论和应用方面已经处于世界先进水平，尤其是三峡船闸的建设，使世界船闸技术实现了一个大的跨越，在解决三峡船闸一系列关键技术难题，高质量、高水平地建成世界上规模和设计水头最大、技术难度最高的三峡双线五级船闸，促进长江航运和沿岸经济全面发展的同时，在船闸技术的许多方面取得了突破和创新，创造和积累了丰富的经验，大大丰富了世界高坝通航船闸设计和建设技术的理论和实践。

通过用PLC对船闸系统的控制，我认识到传统的继电器逻辑控制方式已经不能适应高可靠性，高自动化的要求。PLC具有配置灵活，控制方式修改方便，动作准确可靠并完全适应恶劣工业环境等优点，今后船闸监控系统采用PLC控制技术是一种必然趋势。之所以这么说因为PLC对元器件、电源、输入输出接口、结构设计等采取了严格的措施；在软件上，采用循环扫描、程序语法检查、故障检测与诊断及出错报警、保护数据、封锁输出及自动恢复等措施，使PLC的平均无故障时间达到了10万小时以上，非常适合于船闸的实际应用环境，因此在对船闸的控制器件上选择PLC控制。

三、论文主要研究内容

在分析和研究船闸闸门自动监控流程和控制要求的基础上，确立控制方案，进行了硬件选型及组态。应用Step7软件编写了船闸控制系统的程序，组态王6.55画出了演示界面。本设计遵循先进性、实用性、经济性的原则，实现以人为本的工作理念，并结合工艺特点、生产环境，实现了根据控制要求手动或自动启闭闸门、监测闸室及上下游水位、监测各闸门闸位、定开高启闭闸门、监测系统设备状态等功能。从根本上减轻操作人员的劳动强度，增强工作效率，取得了良好的社会效益和经济效益。

四、船闸的主体结构

船闸在物理建筑上分为闸室，临时工作闸门，上闸首工作闸门，上闸首输水阀门，下闸首工作闸门，下闸首输水阀门。其主体结构的平面图如图1船闸的平面结构图（未包括临时闸门）

图1两座闸门的单级船闸

五、硬件连接图的设计

本系统的硬件主要包括S7-200CN基本单元模块，EM231模拟量输入模块，HM21及其接线盒，及输出继电器组成。

S7-200CN基本单元模块采用CPU226,24个输入，8个输出。

HM21投入式液位变送器。变送器是利用流体静力学原理测量水位或液位，是压力传感器的一种重要应用。用微机械加工技术制作的高灵敏度的硅压阻力敏元件是液位传感器的心脏，辅之以带通气导管的专用电缆及专门的水密封技术，既保证了浸入式传感器的水密封，又使得参考压力腔与环境气压相同，从而获得准确的测量结果与优良的稳定性。HM21液位