Twido PLC与TesysU在闸门自动化系统中的应用探讨

摘要：介绍了TeSys U电动机智能启动-控制器在横江水库闸门系统中的应用、基本特点、
结构组成、与PLC系统的通讯方法。该设备的出现，彻底改变了传统的接触器、热继电器
的电机控制方法。
关键词：TeSys U电动机智能启动-控制器；PLC系统；Modbus通讯；闸门；自动化控制系统
1. 概述
    横江水库位于揭西县河婆镇新四管区，榕江南河上游左岸的一级支流横江水中游，距揭西县城10KM，属揭阳市管中型水库。水库集雨面积155平方千米，总库容7407万立方米。水库闸门包括4扇弧形泄洪钢闸门（高8.2米宽10.0米），2×22.5吨卷扬机4台，挑流消能；发电引水隧洞深水平板钢闸门1扇（2.7米×2.7米），2×22.5吨卷扬机一台；灌溉输水管的塔式进水口设深水平板钢闸门2扇（高1.85米×宽2.6米），50吨卷扬机2台。为了提高系
统的自动化管理水平，每扇闸门配备一套Twido PLC和一套TeSys U电动机智能启动-控制器。
2. 系统描述
1) 系统结构
对于每扇闸门，系统配置了以下主要设备：1套Twido P LC系统（带以太网口）、1套TeSys U、1套闸门开度仪、1套人机界面。
系统结构框图如下：

    PLC系统选用法国施耐德电气公司的TWIDO系列的TWDLCAE40DRF型号，该类型PLC属于一体化机型，自带24路开入，14路继电器输出，2路晶体管输出，内置1个100Base TX以太网口、1个RS 485串行端口、一个扩展口（可以扩展为RS 485或RS 232接口）。PLC与人机界面之间、PLC与TeSys U之间通过Modbus 485通讯，闸门开度、手/自动指示、闸门运行指示、限位开关等开关量信号通过PLC直接采集。通过人机界面，可以对闸门进行升、降、停控制操作（包括按给定闸门开度开启闸门），在人机界面上，可以显示闸门的开度和电机的平均电流，查询TeSys U的故障代码及其故障原因。通过TeSys U型起动-控制器，我们可以控制电机主级的合闸和分闸、电机的反转和正传、故障确认，获得设备故障（包括短路故障、过电流故障、热过载故障）、报警、电机电流、热状态值、电机运行指示等参数。
2) TeSys U型起动-控制器的特性
TeSys U型起动-控制器具有如下特性：
A．集隔离器、断路器、接触器、热继电器、功能模块与一体，只需单体设备即可完成电动机直接起动-控制全部功能；
B．所有功能模块采用插拔式结构，无需手动接线，不允许错误的选型配合；
C．低功耗、宽电压范围接触器线圈，宽范围整定电流（4倍）电子式热继电器，控制保护精准无误；
D．相比传统方案，体积减小40％，接线时间节约60％，型号数量更减少90％；
E．符合IEC947/EN60947-6-2的全面配合标准，即使在短路情况下也不会出现主触点的熔焊危险。
3) TeSys U型起动-控制器的组成
TeSys U型电动机起动-控制器由动力底座、控制单元、功能模块三部分组成：
A．动力底座是TeSys U的主体部分，承载主回路电流，内置隔离器、断路器和接触器，并且提供控制单元和功能模块的插槽。动力底座上/下可以扩展隔离限流器/可逆换向模块，以增强设备的性能和功能；
B．控制单元参与导通底座的动力回路，是整套电动机起动-控制设备的必要组成部分，主要为系统提供各种保护功能。按照其功能的多少可以分为标准型、高级型和多功能型三类；三种单元均可以和动力底座自由配合使用；均提供拨盘式或者电子式的整定电流设置盘，设置盘可以加铅封或者密码锁锁定防止设定值更改。三种控制单元均采用电子芯片进行I2Rt热值计算，免除环境温度变化对双金属片带来的影响，并且大幅拓宽热继电器的保护范围；
C．功能模块是可选件，用于增加系统的辅助功能。按照其功能不同可以分为三类： 辅助触点类、应用控制类、通信类。各功能模块须和不同的控制单元配合使用才能正常工作，并且同一模块与不同控制单元配合使用所实现的功能也不尽相同。利用通信模块，TeSys U电动机起动器可以通过并行总线、Modbus总线和AS-i总线等方便的与自动化系统相连，提供对设备最为实时和准确的监控。

TeSys U型电动机起动-控制器的控制电路图：

3. TeSys U型起动-控制器与Twido PLC通讯
TeSys U型起动-控制器通过扩展的Modbus RS485通讯口与PLC通讯，通讯参数地址设为1，数据流为19200，数据位为8位（RTU），无效验，1位停止位。在TeSys U通讯模块中，寄存器（部分）与参数对照表如下：

    Twido PLC通过EXCHx指令与Modbus从设备进行数据交换，定义一个字表（％MWi：L或％KWi：L），其中包含用来发送和/或接收的控制信息和数据（发送和/或接收最多128字节）。其语法格式：
     [EXCHx  %MWi：L] 或 [EXCHx  %KWi：L]
其中x表示端口号（0或1），L表示控制字以及发送和接收表中的字数。
4. 结束语
    本系统自运行以来，安全无误，有效的提高了闸门系统的控制和调度的自动化管理水平。
参考文献：
1、TeSys U电动机启动－控制设备说明书
2、Twido可编程控制器软件编程手册
3、《电机学》，辜承林，陈乔夫，熊永前    华中科技大学出版社