邢 珂，黃民改

(1.華北水利水電學(xué)院，河南 鄭州 450011;2.河南省工業(yè)學(xué)校，河南鄭州 450011)

基于S7－300PLC的水庫(kù)測(cè)流監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

邢 珂1，黃民改2

(1.華北水利水電學(xué)院，河南 鄭州 450011;2.河南省工業(yè)學(xué)校，河南鄭州 450011)

為實(shí)現(xiàn)水庫(kù)監(jiān)控自動(dòng)化，采用西門(mén)子S7－300PLC和畫(huà)面組態(tài)技術(shù)設(shè)計(jì)了一種新型水庫(kù)水流測(cè)速監(jiān)控系統(tǒng)，給出了系統(tǒng)部分的程序設(shè)計(jì)，并詳細(xì)介紹了測(cè)速監(jiān)控系統(tǒng)的硬件構(gòu)成和PLC的配置，以供相似設(shè)計(jì)參考.

S 7300;水庫(kù);水流測(cè)流

水庫(kù)的水流控制系統(tǒng)在庫(kù)區(qū)的清淤、水庫(kù)水量調(diào)度以及水費(fèi)的收取等方面發(fā)揮了巨大的作用.目前大多數(shù)水庫(kù)都是現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)操作，然后人工計(jì)算其流量，這種方法誤差大，并且需要有人在閘口現(xiàn)場(chǎng)值班.筆者利用西門(mén)子的PLC設(shè)計(jì)了水流測(cè)速自動(dòng)控制系統(tǒng)，能在上位機(jī)上自動(dòng)計(jì)算流量，解決了手動(dòng)控制的各種弊端.

1 水庫(kù)測(cè)流監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成

該系統(tǒng)主要由纜道、纜道電視、測(cè)流鉛魚(yú)、PLC控制系統(tǒng)及測(cè)流視頻系統(tǒng)等構(gòu)成，如圖1所示.

圖1 水庫(kù)測(cè)流監(jiān)控系統(tǒng)框架

2 水庫(kù)測(cè)流監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 信號(hào)的獲取

2.1.1 行程脈沖信號(hào)

行程脈沖信號(hào)主要是由測(cè)得的鉛魚(yú)在水中運(yùn)動(dòng)的水平距離和垂直距離構(gòu)成.依照該距離來(lái)分別計(jì)算河面的寬度以及深度.鋼絲纜道上安裝有水平和垂直編碼器，在鉛魚(yú)的運(yùn)動(dòng)中，可以通過(guò)計(jì)數(shù)編碼器脈沖來(lái)測(cè)量距離的大小.

2.1.2 水面、水底信號(hào)和流速信號(hào)

利用測(cè)流鉛魚(yú)來(lái)測(cè)量水面、水底和流速信號(hào).測(cè)流鉛魚(yú)從上往下開(kāi)始移動(dòng)，當(dāng)觸碰水面時(shí)，就發(fā)出一個(gè)脈沖信號(hào).鉛魚(yú)慢慢進(jìn)入水中，測(cè)速儀器開(kāi)始工作，上位機(jī)搜索到測(cè)流信號(hào)，開(kāi)始記錄.設(shè)計(jì)中在鉛魚(yú)垂直鋼絲纜道上裝有2節(jié)干電池，正極接至鋼絲繩纜道，串連點(diǎn)接到鉛魚(yú)，通過(guò)鉛魚(yú)脈沖開(kāi)關(guān)進(jìn)入水中，PLC連接此信號(hào)時(shí)，1根從水中引出，1根從電機(jī)底座引出，2根信號(hào)正反接可分別獲得流速和水面水底信號(hào).由于2個(gè)信號(hào)來(lái)自于1根信號(hào)線，通過(guò)信號(hào)正負(fù)來(lái)區(qū)分，為了能接入PLC，通過(guò)光耦進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換和隔離，光耦輸出端接到PLC的COM端和信號(hào)端.

2.1.3 水面深度和流速測(cè)量

采用PLC對(duì)水面信號(hào)和水底信號(hào)進(jìn)行控制，利用計(jì)數(shù)器對(duì)其進(jìn)行計(jì)數(shù)，從啟動(dòng)到停止的這個(gè)過(guò)程中所有的脈沖數(shù)傳送到上位機(jī)處理轉(zhuǎn)換成實(shí)際的深度值.流速儀信號(hào)啟動(dòng)，當(dāng)流速儀的螺旋槳旋轉(zhuǎn)1個(gè)固定的數(shù)值后，發(fā)送1個(gè)信號(hào)給PLC，流速儀的接觸器導(dǎo)通，當(dāng)鉛魚(yú)在測(cè)流點(diǎn)停下，測(cè)速計(jì)數(shù)器開(kāi)始啟動(dòng)計(jì)數(shù)，定時(shí)器也啟動(dòng)，當(dāng)測(cè)速完成時(shí)，測(cè)速計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù).若這是一個(gè)合格的測(cè)速過(guò)程，所得脈沖數(shù)存儲(chǔ)到PLC，若這是一個(gè)不合格的測(cè)速過(guò)程，即測(cè)速時(shí)間少于固定的時(shí)間或出現(xiàn)誤差，所得脈沖數(shù)不存儲(chǔ)到PLC.

2.2 監(jiān)控系統(tǒng)PLC控制設(shè)計(jì)

2.2.1 系統(tǒng)的硬件構(gòu)成

該系統(tǒng)選用西門(mén)子PLC300，硬件選用315-2 DP作為CPU，可對(duì)二進(jìn)制或浮點(diǎn)數(shù)有較高的處理性能［1］，CPU本身可組態(tài)DP網(wǎng)絡(luò).計(jì)數(shù)器模塊選用西門(mén)子的FM 350-2，8通道，精度可達(dá)16位.模擬量輸入、輸出模塊分別采用SM331和SM332.數(shù)字量輸入、輸出模塊分別采用SM322和SM321.變頻器選用2臺(tái)西門(mén)子公司的MM440變頻器.根據(jù)PLC的輸出信號(hào)，由變頻器實(shí)現(xiàn)電機(jī)的控制［2］;PLC的輸出指令由上位機(jī)給定.測(cè)得的數(shù)據(jù)(水深和流速)分別傳送到上位機(jī).上位機(jī)將得到的數(shù)據(jù)處理后得到流量值.

2.2.2 系統(tǒng)的硬件組態(tài)

PLC 的輸入/輸出信號(hào)的 I/O 分配見(jiàn)表1［3－4］.

表1 PLC輸入、輸出信號(hào)分配序列表

變頻器參數(shù)設(shè)置P0010=30工廠的缺省設(shè)置值，P0970= 1;按下P鍵恢復(fù)出廠默認(rèn)值.具體見(jiàn)表2.

表2 變頻器各項(xiàng)具體參數(shù)表

2.2.3 系統(tǒng)的軟件編程

系統(tǒng)控制過(guò)程的實(shí)現(xiàn)是靠軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)的，僅就模擬量的轉(zhuǎn)換過(guò)程予以說(shuō)明.首先需要將模擬量轉(zhuǎn)化為PLC能夠識(shí)別的數(shù)字量，需要套用一個(gè)數(shù)據(jù)變換公式

OUT=［(MAX－MIN)/(27 648－0)］*IN+MIN，公式中輸出是OUT，最大值減去最小值，27 648是模塊轉(zhuǎn)換中的常數(shù)，通過(guò)公式的運(yùn)算，可以將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，然后輸入程序中去.部分轉(zhuǎn)換程序:

3 組態(tài)設(shè)計(jì)和上位機(jī)

上位機(jī)采用監(jiān)控組態(tài)軟件與S7-300進(jìn)行通訊，方便快捷地實(shí)現(xiàn)水庫(kù)測(cè)流系統(tǒng)的自動(dòng)控制，隨時(shí)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行操作.組態(tài)軟件是指一些數(shù)據(jù)采集和過(guò)程控制的專(zhuān)用軟件，是在自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級(jí)的軟件平臺(tái)和開(kāi)發(fā)環(huán)境中使用靈活的組態(tài)方式，為用戶(hù)提供快速構(gòu)建工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的軟件工具［5－6］，具有強(qiáng)大的界面顯示組態(tài)功能，豐富的功能模塊，強(qiáng)大的數(shù)據(jù)塊功能等，滿足用戶(hù)的測(cè)控要求和現(xiàn)場(chǎng)要求，使系統(tǒng)具有良好的人機(jī)界面，易于操作.

4 結(jié)語(yǔ)

此系統(tǒng)投入運(yùn)行后，可靠穩(wěn)定，不但實(shí)現(xiàn)了在控制室自動(dòng)測(cè)流，提高了測(cè)流的準(zhǔn)確性，而且節(jié)約了勞動(dòng)力，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度.同時(shí)可實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)際的情況一目了然，對(duì)所有細(xì)節(jié)隨時(shí)掌控.

［1］梁德成.西門(mén)子S7－200PLC入門(mén)及應(yīng)用分析［M］.北京:北京電力出版社，2010.

［2］廖常初.S7－300/400 PLC應(yīng)用技術(shù)(2版)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

［3］崔堅(jiān).西門(mén)子工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信指南(上冊(cè))［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

［4］崔堅(jiān).西門(mén)子工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信指南(下冊(cè))［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

［5］馬國(guó)華.監(jiān)控組態(tài)軟件及其應(yīng)用［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

［6］嚴(yán)盈富.監(jiān)控組態(tài)軟件與PLC入門(mén)［M］.北京:人民郵電出版社，2006.

Design of Monitoring System of Flow Velocity Measurement in Reservoirs Based on S7-300 PLC

XING Ke1，HUANG Min-gai2
(1.North China Institute of Water Conservancy and Hydroelectric Power，Zhengzhou 450011，China;2.Henan Industrial School，Zhengzhou 450011，China)

In order to achieve the automation for monitoring reservoirs，a new monitoring system of flow velocity measurement was designed by Siemens S7-300 PLC and screen configuration technology.The procedure design of the system was given and the hardware and PLC configuration of the monitoring system of flow velocity measurement were introduced in details，which would provide a reference for similar designs.

S7- 300;reservoir;flow velocity measurement

1002－5634(2011)05－0089－03

2011－05－25

邢 珂(1985—)，女，河南長(zhǎng)葛人，碩士研究生，主要從事工業(yè)控制技術(shù)方面的研究.

(責(zé)任編輯:杜明俠)