S7-200在遠程閘門控制系統中的應用
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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，該系統閘門數量為17孔，加上需改造的舊閘門5孔，總數達到22孔。而控制中心距離最遠的一孔閘門為500米。實現這么大數量的閘門的遠程控制，工控機顯然無法滿足系統穩定、工程難度低、施工費用少的要求。
在該工程設計中，利用ProfiBus 現場總線將PLC組網，由上位機來實現對閘門啟閉機的遠程控制。并將閘門開度、壩前和壩后水位、閘門荷重情況傳送至上位機。由上位機根據現場PLC提供的信息對閘門運行狀態進行監視，并在故障發生時提供故障信息。
本系統的核心控制器件采用德國西門子公司的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方式，最底層的是由22臺S7-200組成的相互獨立的現場控制單元，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器組成用戶層。
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（即遠方集中控制）和手動控制。
監測功能：系統自動采集閘門位置、閘門荷重、上下游水位及電氣器件運行狀態的信息。
保護功能：判斷電機過載、閘門上下越限、電源供電異常、閘門失速/卡滯等，并對故障進行實時處理。
2 系統硬件設計
2.1 系統總線設計
在通濟堰的22孔閘門中，每孔閘門用一個S7-200（CPU224）作為智能控制單元，構成一個現地控制柜。每個PLC 通過ProfiBus總線與一臺S7-300（CPU315-DP）通訊，通訊由每個PLC所帶的通訊模塊（EM277）來實現。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CP6511卡相連，上位機作為遠程操作平臺。
2.11 ProfiBus-DP總線
DP總線電纜是西門子公司提供的專用總線電纜，其技術參數如表一所示。DP總線連接器選用9針D型RS485適用的連接器。
DP總線安裝布線采用的是總線型拓撲結構，由于方案中只存在22個從站，因此可將22孔閘門的PLC從站掛在同一段中，而無須加載中繼器。注：DP總線型結構中每個網段最大可掛載32個從站，且在無中繼器的情況下每個網段最長距離為1900米。電纜最大長度取決于傳輸速率。
以DP總線方式連接各個從站，需要在第一個和最后一個站加裝終端電阻，而中間的各個從站則只需將A、B數據線連接到總線上即可。
DP總線采用西門子專用的線纜和接頭，通訊總線電纜入柜時屏蔽層與柜體連接接地。在線路鋪設時，將通訊總線與17控制線一起布設，至于同一個電纜槽中。通訊總線在室外段通過地線鋪設。
2.2 系統數據采集
在上位機對閘門啟閉機施行控制的時候，需要實時地將閘門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上傳。同時，還需要不間斷地將閘門啟閉機的荷重告知上位機，以便監控閘門是否出現卡滯。
在這個系統中，對閘位的監測采用旋轉編碼器來實現。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，無須另加信號模塊。
3 系統軟件設計
系統上位機的用戶層解決方案采用西門子的WinCC作為組態軟件編制用戶操作界面，并且實現與S7-300的通訊接口的銜接。操作界面采用人性化的圖形界面。用戶在利用組態軟件下達對閘門的控制命令，同時能夠在界面上看到閘門的實時狀態，包括：閘門位置、閘門荷重、上下游水位、以及9類故障信息。
而S7-200與S7-300的內部程序編制則采用西門子的Step7來實現。
由于本系統要實現精確控制閘門啟閉高度的技術要求，所以程序設計考慮用戶可以自行選擇采用開環控制或者是閉環控制的控制方式。
4 結束語
本系統作為PLC在另一種領域的應用，對于PLC的功能作了進一步的嘗試。系統所采用的三層分布式網絡結構在保證通信過程暢通的前提下，確保了各個控制單元的安全。系統的設計能夠滿足工程現場長達500米的控制距離的需求，并能實現對控制對象的遠程監控。該系統已經在通濟堰渠首取水改造工程信息自動化系統中投入使用，并且性能穩定，取得了預先的效果。
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