基于S7－300PLC的水庫測流監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計

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的水庫測流監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計

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)水庫監(jiān)控自動化，采用西門子S7－300PLC和畫面組態(tài)技術(shù)設(shè)計了一種新型水庫水流測速監(jiān)控系統(tǒng)，給出了系統(tǒng)部分的程序設(shè)計，并詳細(xì)介紹了測速監(jiān)控系統(tǒng)的硬件構(gòu)成和PLC的配置，以供相似設(shè)計參考.

S 7300;水庫;水流測流

水庫的水流控制系統(tǒng)在庫區(qū)的清淤、水庫水量調(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)水庫都是現(xiàn)場手動操作，然后人工計算其流量，這種方法誤差大，并且需要有人在閘口現(xiàn)場值班.筆者利用西門子的PLC設(shè)計了水流測速自動控制系統(tǒng)，能在上位機(jī)上自動計算流量，解決了手動控制的各種弊端.

1 水庫測流監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成

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

圖1 水庫測流監(jiān)控系統(tǒng)框架

2 水庫測流監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計

2.1 信號的獲取

2.1.1 行程脈沖信號

行程脈沖信號主要是由測得的鉛魚在水中運(yùn)動的水平距離和垂直距離構(gòu)成.依照該距離來分別計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，在鉛魚的運(yùn)動中，可以通過計數(shù)編碼器脈沖來測量距離的大小.

2.1.2 水面、水底信號和流速信號

利用測流鉛魚來測量水面、水底和流速信號.測流鉛魚從上往下開始移動，當(dāng)觸碰水面時，就發(fā)出一個脈沖信號.鉛魚慢慢進(jìn)入水中，測速儀器開始工作，上位機(jī)搜索到測流信號，開始記錄.設(shè)計中在鉛魚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，通過鉛魚脈沖開關(guān)進(jìn)入水中，PLC連接此信號時，1根從水中引出，1根從電機(jī)底座引出，2根信號正反接可分別獲得流速和水面水底信號.由于2個信號來自于1根信號線，通過信號正負(fù)來區(qū)分，為了能接入PLC，通過光耦進(jìn)行信號轉(zhuǎn)換和隔離，光耦輸出端接到PLC的COM端和信號端.

2.1.3 水面深度和流速測量

采用PLC對水面信號和水底信號進(jìn)行控制，利用計數(shù)器對其進(jìn)行計數(shù)，從啟動到停止的這個過程中所有的脈沖數(shù)傳送到上位機(jī)處理轉(zhuǎn)換成實(shí)際的深度值.流速儀信號啟動，當(dāng)流速儀的螺旋槳旋轉(zhuǎn)1個固定的數(shù)值后，發(fā)送1個信號給PLC，流速儀的接觸器導(dǎo)通，當(dāng)鉛魚在測流點(diǎn)停下，測速計數(shù)器開始啟動計數(shù)，定時器也啟動，當(dāng)測速完成時，測速計數(shù)器停止計數(shù).若這是一個合格的測速過程，所得脈沖數(shù)存儲到PLC，若這是一個不合格的測速過程，即測速時間少于固定的時間或出現(xiàn)誤差，所得脈沖數(shù)不存儲到PLC.

2.2 監(jiān)控系統(tǒng)PLC控制設(shè)計

2.2.1 系統(tǒng)的硬件構(gòu)成

該系統(tǒng)選用西門子PLC300，硬件選用315-2 DP作為CPU，可對二進(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).計數(shù)器模塊選用西門子的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臺西門子公司的MM440變頻器.根據(jù)PLC的輸出信號，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/輸出信號的 I/O 分配見表1［3－4］.

表1 PLC輸入、輸出信號分配序列表

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)控制過程的實(shí)現(xiàn)是靠軟件編程來實(shí)現(xiàn)的，僅就模擬量的轉(zhuǎn)換過程予以說明.首先需要將模擬量轉(zhuǎn)化為PLC能夠識別的數(shù)字量，需要套用一個數(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)水庫測流系統(tǒng)的自動控制，隨時對現(xiàn)場進(jìn)行操作.組態(tài)軟件是指一些數(shù)據(jù)采集和過程控制的專用軟件，是在自動控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境中使用靈活的組態(tài)方式，為用戶提供快速構(gòu)建工業(yè)自動控制系統(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，滿足用戶的測控要求和現(xiàn)場要求，使系統(tǒng)具有良好的人機(jī)界面，易于操作.

4 結(jié)語

此系統(tǒng)投入運(yùn)行后，可靠穩(wěn)定，不但實(shí)現(xiàn)了在控制室自動測流，提高了測流的準(zhǔn)確性，而且節(jié)約了勞動力，減輕了勞動強(qiáng)度.同時可實(shí)現(xiàn)對實(shí)際的情況一目了然，對所有細(xì)節(jié)隨時掌控.

［1］梁德成.西門子S7－200PLC入門及應(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.西門子工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信指南(上冊)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

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

［5］馬國華.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［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)