基于S7-200 PLC的引黃閘測流系統設計

分類：技術教程日期：2007-03-24 00:00:00

1 引言
引黃涵閘的流量測量對于灌區的清淤、水量調度以及水費的征收有著十分重要的意義，因此黃河下游各個引黃閘都有測流系統，但大多是手動在現場操作，然后通過人工計算流量。本設計利用西門子的PLC實現自動控制并在上位機上自動計算流量。

2 測流系統的構成
自動化測流控制系統主要包括以下設備:纜道、纜道電機、測流鉛魚、PLC控制系統以及測流視頻系統等。測流房牽引機構和測流鉛魚如圖1所示，系統結構如圖2所示。

圖1 測流房牽引機構和測流鉛魚

圖2 系統結構圖

3 測流系統設計
3.1 信號的獲取
(1) 行程脈沖信號
主要是用來檢測測流鉛魚的水平和垂直運行距離，通過此距離來計算河面寬度和水深，方法是在牽引鉛魚的鋼絲繩纜道電機傳動軸上安裝水平和垂直旋轉編碼器，通過計數編碼器脈沖達到測量距離的目的。
(2) 水面水底信號和流速信號
水面水底信號和流速信號的測量有一定的技巧。此信號通過測流鉛魚獲取，鉛魚底部安裝觸底托板，鉛魚從空中觸及水面和河底后都會發出脈沖信號。鉛魚頭部安裝測速儀，鉛魚到達水中后，測速儀轉動，發出脈沖信號。而測流鉛魚是隨鋼絲繩纜道一起運動的，為了獲得信號而又不拖信號電纜，采用了如下方法:在鉛魚垂直鋼絲繩纜道上捆綁兩節干電池，正極信號接至鋼絲繩纜道，串接點接至鉛魚，通過鉛魚脈沖開關進入水中。PLC連接此信號時，一根從水中引出，一根從電機底座(鋼絲繩纜道連接電機底座)引出，兩根信號正反接可分別獲得流速和水面水底信號。由于兩個信號來自于一根信號線，只是通過正負來區分，為了能接入PLC，通過光耦進行了信號轉換和隔離，光耦輸出端接到PLC的COM端和信號端，如圖3所示。

圖3 信號連接圖

(3) 水面深度和流速的測量
在鉛魚下降過程中，當PLC收到第一個水面/水底信號時，負責計深度脈沖(即垂直電機產生的脈沖)的計數器啟動，當PLC收到第二個水面/水底信號時，該計數器停止計數，所得脈沖數傳送到上位機處理轉換成實際的深度值。
在測量時，在測點處先進行深度測量，測量后的深度值會在上位機上顯示，若深度小于1.5m，在鉛魚上升時，操作人員可在約深度值60%處停下鉛魚進行流速測量，若深度大于1.5m，在鉛魚上升時，操作人員可在約深度值20%和80%處停下鉛魚進行流速測量。
流速的信號來源在鉛魚尾部的一個螺旋槳上，該螺旋槳每旋轉20圈，發送一個脈沖給PLC，因此在測點鉛魚停下時，PLC中的測速計數器開始啟動計數，同時定時器也啟動，當測速完成時，即100s后，測速計數器停止計數，若該點為一點測速，則所得脈沖數即為該點脈沖數，若該點為兩點測量，則兩次測的脈沖數的算術平均為該點的脈沖數。若這是一個合格的測速過程，所得脈沖數存儲到PLC，若這是一個不合格的測速過程，即測速時間少與100s，或當需兩點測量時，只測了一點，則計數器脈沖數不存儲到PLC。PLC中存儲的脈沖數轉換成實際的流速值送往上位機處理和顯示。
3.2 PLC控制設計
本系統由一臺SIEMENS S7-200PLC(CPU型號為226/AC/DC/繼電器)和兩臺SANKEN變頻器組成。根據PLC的輸出信號，由變頻器實現電機的控制;PLC的輸出指令由上位機給定。測得的數據(水深和流速)分別傳送到上位機。上位機將得到的數據處理得到流量值。
(1) PLC的輸入輸出信號共18個，具體分配如下
I0.0 水平位移信號(水平電機脈沖);
I0.1 測到水面/水底/流速信號
I0.2 垂直位移信號(垂直電機脈沖);
I0.5 西攝象頭被盜信號
I0.6 東攝象頭被盜信號;
I0.7 中間攝象頭被盜信號
I1.0 鉛魚被盜信號;
I1.5 前進按扭;
I1.6 下降按扭;
I1.7 上升按扭
I2.0 后退按扭;
I2.1 水平停止按扭;
I2.2 垂直停止按扭;
I2.3 現場/上位機轉換開關
I2.4 總停按扭;
I2.5 水平控制變頻器故障信號;
I2.6垂直變頻器故障信號
(2) 輸出信號共14個，分成3組
●第一組:Q0.0到Q0.3，這4個輸出點連接4個24V直流繼電器(C1到C4)，繼電器的常開觸點連接變頻器，實現兩臺電機的正反轉，同時繼電器的觸點還連接到控制臺上的電機運動狀態指示燈(即前進，后退，上升，下降);
●第二組:Q0.4到Q0.7，其中Q0.4和Q0.5連接兩個指示燈，分別為現場/上位轉換和總停，Q0.6和Q0.7連接兩個220V交流繼電器(C5和C6)，這兩個繼電器的觸點連接報警指示燈(帶蜂鳴器);
●第三組:Q1.1到Q1.6,為無源觸點，直接連接到變頻器，對電機進行速度控制。
(3) 輸出信號具體分配如下
Q0.0 前進;
Q0.1 后退;
Q0.2 上升;
Q0.3 下降;
Q0.4 現場/上位機指示燈;
Q0.5 總停指示燈;
Q0.6 外部報警信號指示燈;
Q0.7 變頻器報警信號指示燈;
Q1.1 變頻器水平高速;
Q1.2 變頻器水平中速;
Q1.3 變頻器水平低速;
Q1.4 變頻器垂直高速;
Q1.5 變頻器垂直中速;
Q1.6 變頻器垂直低速。