S7-200在遠程閘門(mén)控制系統中的應用

　　傳統的閘門(mén)控制方式需要人員到現場(chǎng)操作閘門(mén)啟閉機或者使用一般工控機來(lái)實(shí)現。這樣的控制方式不能適應閘門(mén)孔數多，控制中心距離閘房較遠的控制需求。工控機對閘門(mén)集中控制的方式在閘門(mén)孔數較多時(shí)，不能夠避免鋪設線(xiàn)路過(guò)多過(guò)雜的狀況，也無(wú)法保證系統的穩定運行。并且對于遠程控制的實(shí)現存在著(zhù)線(xiàn)路故障的風(fēng)險。
　　本文針對通濟堰取水樞紐工程中的閘群控制提出解決方案，該系統閘門(mén)數量為17孔，加上需改造的舊閘門(mén)5孔，總數達到22孔。而控制中心距離最遠的一孔閘門(mén)為500米。實(shí)現這么大數量的閘門(mén)的遠程控制，工控機顯然無(wú)法滿(mǎn)足系統穩定、工程難度低、施工費用少的要求。
　　在該工程設計中，利用ProfiBus 現場(chǎng)總線(xiàn)將PLC組網(wǎng)，由上位機來(lái)實(shí)現對閘門(mén)啟閉機的遠程控制。并將閘門(mén)開(kāi)度、壩前和壩后水位、閘門(mén)荷重情況傳送至上位機。由上位機根據現場(chǎng)PLC提供的信息對閘門(mén)運行狀態(tài)進(jìn)行監視，并在故障發(fā)生時(shí)提供故障信息。
　　本系統的核心控制器件采用德國西門(mén)子公司的S7-200，通訊總站采用S7-300。未采用中繼站的情況下，通訊能力最遠達到1200米，完全能夠該工程的遠程控制需求。
　　
　　1 結構及功能
　　該系統采用的是三層通訊組網(wǎng)方式，最底層的是由22臺S7-200組成的相互獨立的現場(chǎng)控制單元，中間層是由一臺S7-300構成的通訊主站，上層是由上位機及服務(wù)器組成用戶(hù)層。
　　除通訊功能外，該系統還具有以下功能：
　　控制功能：系統采用兩種控制方式，即自動(dòng)（即遠方集中控制）和手動(dòng)控制。
　　監測功能：系統自動(dòng)采集閘門(mén)位置、閘門(mén)荷重、上下游水位及電氣器件運行狀態(tài)的信息。
　　保護功能：判斷電機過(guò)載、閘門(mén)上下越限、電源供電異常、閘門(mén)失速/卡滯等，并對故障進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。
　　
　　2 系統硬件設計
　　
　　2.1 系統總線(xiàn)設計
　　
　　在通濟堰的22孔閘門(mén)中，每孔閘門(mén)用一個(gè)S7-200（CPU224）作為智能控制單元，構成一個(gè)現地控制柜。每個(gè)PLC 通過(guò)ProfiBus總線(xiàn)與一臺S7-300（CPU315-DP）通訊，通訊由每個(gè)PLC所帶的通訊模塊（EM277）來(lái)實(shí)現。PLC-300作為系統的主站，負責收集從站（S7-200）上傳的信息和下達命令。PLC-300與一臺上位機通過(guò)CP6511卡相連，上位機作為遠程操作平臺。
　　
　　2.11 ProfiBus-DP總線(xiàn)
　　
　　DP總線(xiàn)電纜是西門(mén)子公司提供的專(zhuān)用總線(xiàn)電纜，其技術(shù)參數如表一所示。DP總線(xiàn)連接器選用9針D型RS485適用的連接器。
　　
　　DP總線(xiàn)安裝布線(xiàn)采用的是總線(xiàn)型拓撲結構，由于方案中只存在22個(gè)從站，因此可將22孔閘門(mén)的PLC從站掛在同一段中，而無(wú)須加載中繼器。注：DP總線(xiàn)型結構中每個(gè)網(wǎng)段最大可掛載32個(gè)從站，且在無(wú)中繼器的情況下每個(gè)網(wǎng)段最長(cháng)距離為1900米。電纜最大長(cháng)度取決于傳輸速率。
　　
　　以DP總線(xiàn)方式連接各個(gè)從站，需要在第一個(gè)和最后一個(gè)站加裝終端電阻，而中間的各個(gè)從站則只需將A、B數據線(xiàn)連接到總線(xiàn)上即可。
　　DP總線(xiàn)采用西門(mén)子專(zhuān)用的線(xiàn)纜和接頭，通訊總線(xiàn)電纜入柜時(shí)屏蔽層與柜體連接接地。在線(xiàn)路鋪設時(shí)，將通訊總線(xiàn)與17控制線(xiàn)一起布設，至于同一個(gè)電纜槽中。通訊總線(xiàn)在室外段通過(guò)地線(xiàn)鋪設。
　　
　　2.2 系統數據采集
　　
　　在上位機對閘門(mén)啟閉機施行控制的時(shí)候，需要實(shí)時(shí)地將閘門(mén)的閘位信息上傳至微機。還要將閘前和閘后的水位信息同時(shí)上傳。同時(shí)，還需要不間斷地將閘門(mén)啟閉機的荷重告知上位機，以便監控閘門(mén)是否出現卡滯。
　　在這個(gè)系統中，對閘位的監測采用旋轉編碼器來(lái)實(shí)現。由于旋轉編碼器的輸出信號是16位的數字信號，所以必須增加一個(gè)PLC的16位數字量模塊（EM221-16DI）。
　　水位信息由投入式壓力水位傳感器測量閘前閘后水位，S7-200自帶有模擬量模塊，水位傳感器可直接接入，無(wú)須另加信號模塊。
　　
　　3 系統軟件設計
　　
　　系統上位機的用戶(hù)層解決方案采用西門(mén)子的WinCC作為組態(tài)軟件編制用戶(hù)操作界面，并且實(shí)現與S7-300的通訊接口的銜接。操作界面采用人性化的圖形界面。用戶(hù)在利用組態(tài)軟件下達對閘門(mén)的控制命令，同時(shí)能夠在界面上看到閘門(mén)的實(shí)時(shí)狀態(tài)，包括：閘門(mén)位置、閘門(mén)荷重、上下游水位、以及9類(lèi)故障信息。
　　
　　而S7-200與S7-300的內部程序編制則采用西門(mén)子的Step7來(lái)實(shí)現。
　　由于本系統要實(shí)現精確控制閘門(mén)啟閉高度的技術(shù)要求，所以程序設計考慮用戶(hù)可以自行選擇采用開(kāi)環(huán)控制或者是閉環(huán)控制的控制方式。
　　
　　4 結束語(yǔ)
　　
　　本系統作為PLC在另一種領(lǐng)域的應用，對于PLC的功能作了進(jìn)一步的嘗試。系統所采用的三層分布式網(wǎng)絡(luò )結構在保證通信過(guò)程暢通的前提下，確保了各個(gè)控制單元的安全。系統的設計能夠滿(mǎn)足工程現場(chǎng)長(cháng)達500米的控制距離的需求，并能實(shí)現對控制對象的遠程監控。該系統已經(jīng)在通濟堰渠首取水改造工程信息自動(dòng)化系統中投入使用，并且性能穩定，取得了預先的效果。