基于PLC 和组态软件的岳城水库自动化监
控系统的研究与实现
邹孝付，马小平**
作者简介：邹孝付(1987-)，男，在读硕士，中国矿业大学信息与电气工程学院控制理论与控制工程专业
通信联系人：马小平(1961-)，男，博士、博导、教授，研究方向为控制理论研究及应用、计算机控制研究
及应用. E-mail: beijideying@sina.com
5 （中国矿业大学信息与电气工程学院，江苏 徐州 221116）
摘要：本文以河北省岳城水库除险加固工程计算机自动化控制部分为工程背景，阐述了闸门
自动化监控系统的研究与实现。岳城水库监控系统由现地控制层、集中控制层、远方控制层
构成三层监控网络，并通过工业以太网组成一个整体网络；由施耐德Premium PLC 作为下
位机、施耐德Vigeo-Designer 作为触摸屏监控软件、InTouch 作为集中和远方工控机监控软
10 件。实践已经证明岳城水库自动化监控系统方案设计的合理性、可行性、实用性。
关键词：水库；闸门；自动化监控；PLC；组态软件
中图分类号：TP29
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0 引言
长期以来我国各个地区不同大小的水库对当地乃至很大区域的防洪与抗旱起到了很重
要的作用，但水库依然存在着自动化程度低下、管理维修耗时耗力的现状，严重影响了防洪
与抗旱的效率。所以对水库进行自动化改造已不可避免。随着电气控制技术、计算机技术、
35 网络通信技术的发展，传统的手动控制方式的不足日益凸显，更不符合水利设施 “无人值
班，少人值守”的原则[1]；随着PLC、组态软件、工业以太网技术的成熟，将它们应用于水
库的自动化监控上已成为当前水库自动化监控系统的主要形式[2]-[3]。本文以岳城水库自动化
监控系统为背景，阐述了这种监控系统的具体实现。
 1 工程背景介绍
40 河北省岳城水库是国家的大型水库，由于年代久远，对其进行自动化改造已不可避免。
系统需要控制溢流坝和泄洪洞共18 道闸门，采用两个控制柜，每个控制柜采用施奈德的
Premium PLC，并通过运行有施耐德Vigeo-Designer 软件的现地触摸屏和运行有InTouch 软
件的集中监控室、远方监控室的工控机对系统进行监控，系统层次间采用工业以太网构成一
个整体的环网。系统的整体结构如图1 所示：
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图1 监控系统结构
Fig1 Monitoring system structure
2 系统硬件设计
岳城水库自动控制系统中共有两台控制柜，每台控制9 道闸门，由于每个控制柜上的
50 PLC 需要采集9 道闸门的数字量输入、输出、模拟量输入信号，且考虑到系统的稳定性，
故该PLC 控制单元采用施耐德的高档Premium PLC，另外采用扩展一个机架的模式；每个
PLC 控制单元均采用两个电源模块、带工业以太网接口的CPU 模块、9 个数字量输入模块、
2 个数字量输出模块、8 个模拟量输入模块。PLC 控制单元的硬件组态如图2 所示：
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图2 PLC 控制单元硬件组态
Fig2 Hardware configuration of PLC control unit
 基于系统整体性能方面的考虑，岳城水库现地控制柜上的触摸屏采用施耐德公司的
XBTGT5330 型号，同时运行施耐德的Vigeo-Designer 监控软件；集中、远方的控制室采用
60 研华工控机，同时运行高档的InTouch 监控软件。
现地控制层里的PLC 和触摸屏、集中控制层里的工控机、远方控制层里的工控机之间采用
工业以太网组成一个环网。
3 系统软件设计
PLC 采集闸门的开关量信号，如闸门的上升、下降、停止、电机过载、闸门超载等，
65 作为程序控制闸门动作的判断条件；同时采集由绝对型编码器传送过来的闸门的位置信号，
经内部程序处理转化成闸门实际位置信号。当指定一个位置时，由PLC 自动控制闸门动作
到指定位置并停止闸门动作；同时PLC 控制单元还实时采集电机电流、电压、闸门荷重等
模拟量数据以供操作员做出决策。
运行监控软件的触摸屏即HMI(人机界面)，是操作员对整个系统进行控制的最直接的窗
70 口。触摸屏画面不仅要显示闸门的相关信息，还要对系统出现的报警进行显示以提醒操作员，
最后还要对系统的相关数据进行实时显示。岳城水库监控系统触摸屏部分监控画面如图3、
图4 所示：
75 图3 触摸屏单闸门监控画面
Fig3 Singular gate monitoring interface in Touch screen
图4 触摸屏闸门报警监控画面
80 Fig4 Gate alarm monitoring interface in Touch screen
 系统的集中控制层和远方控制层均采用工控机对系统进行自动化控制，由于现地控制层
里的触摸屏为嵌入式设备，其存储量很有限，只能对系统报警信息进行实时显示，不能存储
报警信息；同时对相关参数也只能实时显示，不能存储。作为工业用的工控机由于其存储空
85 间很大、运算速度很快、工作很稳定，使其成为了工业监控系统中集中监控主机的首选。岳
城水库监控系统工控机运行InTouch 组态软件[4]，不仅实现了触摸屏的全部功能，还实现了
对报警数据、电机参数等的存储、打印、查询等功能。工控机部分监控画面如图5、图6 所
示：
90 图5 工控机监控系统主画面
Fig5 Main interface of industrial computer monitoring system
图6 工控机监控系统单闸门监控画面
95 Fig6 Singular gate monitoring interface of industrial computer monitoring system
4 结论
基于PLC 和组态软件的工业自动化控制模式已经在其他很多行业得到了广泛应用，这
几年国家加大力度改造、新建很多水利枢纽，为了提高这些水利枢纽的自动化水平，上述工
业自动化控制模式在水利行业得到了很大程度的应用。本文就是以一个实际项目为背景，阐
100 述了上述自动化控制模式在水利行业上的研究及应用实现，岳城水库自动化监控系统已通过
甲方验收，现在系统运行状态良好，实现了预期的控制要求。