S7—200系列PLC在三門峽水利樞紐中的應用

摘要：本文系統(tǒng)闡述了150T懸臂吊PLC硬件構成和電氣原理，通過各機構電路和程序分析，使得電氣控制原理簡單化、清晰化；S7-200系列PLC控制系統(tǒng)的成熟運用，使150T懸臂吊電氣回路控制方式得以優(yōu)化，接線簡單，故障率大大降低，使之有效服務于汛期三門峽水利樞紐的清污工作。

關鍵詞：懸臂吊；PLC；機構；程序

150T懸臂吊是三門峽水利樞紐主要清污設備，其電氣控制方式采用西門子S7-200系列PLC作為核心控制系統(tǒng)，操作人員通過操縱聯(lián)動控制臺上的操作手柄、按鈕等，將產生的開關信號等設備狀態(tài)反饋信號輸入到PLC，經過CPU的處理后，輸出控制信號使繼電器、接觸器等按指令要求動作，實現懸臂吊的智能化控制。

1. PLC一般結構

PLC是是一種以微處理器為核心，用于電氣控制的特殊計算機，它采用典型計算機結構，主要由中央處理器（CPU）、存儲器、輸入/輸出（I/O）接口、電源、通信接口、I/O擴展接口等單元部件組成，通過內部總線進行連接。

CPU是PLC的運算和控制中心，用來實現邏輯和算術運算，它的主要功能是：1、診斷電源和PLC內部故障；2、接收并存儲來自編程器、上位計算機和其他外部設備傳入的用戶程序和數據；3、檢查用戶程序語法錯誤；4、掃描方式輸入信號并存入寄存器；5、逐條讀取、解釋用戶指令并按指令規(guī)定產生相應的控制信號去啟閉相關控制電路。

存儲器用來存儲系統(tǒng)程序、用戶應用程序及數據。用戶可對應用程序及數據進行讀、寫、刪、改的操作。

輸入/輸出（I/O）單元也稱模塊，它是PLC與外圍設備或過程的接口。PLC的I/O接口可以外加模塊擴展，其接線方式有匯點式、分組式和隔離式3種。

2. 150T懸臂吊PLC硬件組成

硬件包括西門子電源一塊、CPU一只、擴展I/O模塊5只，另有門機綜合檢測儀（觸摸屏，已拆除）、備用電源、備用CPU和編程電纜。

電源：型號PS 307 10A。交流220V輸入，直流24V輸出。

CPU：型號224XP CN REL 02.01。本機集成數字量14輸入/10輸出接點，模擬量2輸入/1輸出接點，2個RS485通訊口。輸入電路由±24V直流供電并雙向光電耦合，輸出電路由交流220V或直流24V供電并采用繼電器觸點輸出。

3. 150T懸臂吊PLC程序

3.1.程序結構

150T懸臂吊PLC原始程序由一個主程序OB1和一張符號表USR1組成，包含200多個梯形圖單元，800多條指令，占用內存2.4K。程序的指令系列由觸點、線圈、延時接通定時器、串聯(lián)和并聯(lián)5個基本指令組合而成。

主程序OB1是整個程序的入口，并負責調用各個子程序塊。使用S7-200 CPU內存的V區(qū)儲存數據，通過做一些設置或者編程，可以將V區(qū)內存儲的數據保存到EEPROM中，這樣即使在掉電時也能夠永久保存數據，有利于數據的快速恢復。

3.2.動作分析

PCL自動化控制的目的，在于從實際的工藝過程獲得代表當前實際狀態(tài)的信號以及現場的操作指令，并且按照工藝規(guī)律對這些信號和指令進行邏輯和數學運算，最后把運算得出的控制信號傳遞給具體的執(zhí)行機構，完成控制任務。

要想用PLC程序實現上述目標，就要求開發(fā)人員根據實際的工藝要求，在軟件開發(fā)環(huán)境中選擇合適的PLC指令，把它們編輯、組合成能夠完成上述功能的應用程序并下載到 CPU 中執(zhí)行。在設備及程序運行過程中，PLC的CPU通過數字量（二進制的開關信號）/模擬量信號的輸人點（通道）獲得實際過程信號和操作指令。CPU 發(fā)出的控制指令則通過數字量/模擬量信號的輸出點（通道）驅動執(zhí)行機構。輸人/輸出點（通道）簡稱I/O （Input/Output）。

要編寫針對150T懸臂吊的PLC程序，就必須依據說明書和操作規(guī)程，結合PLC外圍電路圖，對其各控制機構動作流程進行分析，分析結果是選擇和編排程序指令的重要依據。

3.3.符號表

如果PLC程序中使用的I/O地址和變量較多，應對照PLC外圍電氣線路設計圖，找到每個I/O接點要連接物理電氣器件，將I/O地址和輸入/輸出信號對應起來，這樣有利于程序代碼的輸入、修改和交流。

3.4.指令編排

150T懸臂吊的PLC程序指令基本上是按照動作方式設置、執(zhí)行動作、信號反饋、狀態(tài)指示的順序編排。各程序塊的指令編排順序如下：

主程序：起升控制子程序調用→小車控制子程序調用→夾軌器控制子程序調用→大車控制子程序調用→抓斗控制子程序調用。

起升控制子程序：主令置零位→正反轉設置→擋位設置→抱閘檢測→上升、下降降限位檢測→超載檢測→升降→過流檢測→故障檢測→指示信號輸出。

小車控制子程序：主令置零位→正反轉設置→擋位設置→抱閘檢測→走行→前行、后行限位檢測→過流檢測→故障檢測→指示信號輸出。

大車控制子程序：主令置零位→正反轉設置→擋位設置→抱閘檢測→兩機運行設置→夾軌器檢測→走行→左行、右行限位檢測→過流檢測→故障檢測→指示信號輸出。

4.編程特點

150T懸臂吊的PLC程序雖然結構簡單，但大車走行、小車走行和起升控制邏輯還是比較復雜的。除了實現設備的基本動作功能外，程序設計還充分考慮了設備指示功能的實現，使操作人員利用門機綜合檢測儀（觸摸屏）可以監(jiān)控設備運行狀態(tài)。

5.結束語

150T懸臂吊控制系統(tǒng)采用s7-200PLC控制后，系統(tǒng)控制邏輯以程序方式實現，連線少、體積小、功耗小，軟繼電器的觸點數量理論上不受限制，轉換速度快，系統(tǒng)靈活性和可擴展性好，多年來運行較為穩(wěn)定，故障率極低，有效減少了技術人員的維護工作量，保證了設備的可靠運行。

參考文獻：[1]張運剛等.PLC職業(yè)技能培訓及視頻精講.人民郵電出版社