基于S7-200 PLC的引黃閘測流系統(tǒng)設(shè)計

分類：技術(shù)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(qū)的清淤、水量調(diào)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(tǒng)，但大多是手動在現(xiàn)場操作，然后通過人工計算流量。本設(shè)計利用西門子的PLC實現(xiàn)自動控制并在上位機(jī)上自動計算流量。

2 測流系統(tǒng)的構(gòu)成
自動化測流控制系統(tǒng)主要包括以下設(shè)備:纜道、纜道電機(jī)、測流鉛魚、PLC控制系統(tǒng)以及測流視頻系統(tǒng)等。測流房牽引機(jī)構(gòu)和測流鉛魚如圖1所示，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖1 測流房牽引機(jī)構(gòu)和測流鉛魚

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3 測流系統(tǒng)設(shè)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(jī)傳動軸上安裝水平和垂直旋轉(zhuǎn)編碼器，通過計數(shù)編碼器脈沖達(dá)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(fā)出脈沖信號。鉛魚頭部安裝測速儀，鉛魚到達(dá)水中后，測速儀轉(zhuǎn)動，發(fā)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(jié)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(guān)進(jìn)入水中。PLC連接此信號時，一根從水中引出，一根從電機(jī)底座(鋼絲繩纜道連接電機(jī)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(fù)來區(qū)分，為了能接入PLC，通過光耦進(jìn)行了信號轉(zhuǎn)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(dāng)PLC收到第一個水面/水底信號時，負(fù)責(zé)計深度脈沖(即垂直電機(jī)產(chǎn)生的脈沖)的計數(shù)器啟動，當(dāng)PLC收到第二個水面/水底信號時，該計數(shù)器停止計數(shù)，所得脈沖數(shù)傳送到上位機(jī)處理轉(zhuǎn)換成實際的深度值。
在測量時，在測點處先進(jìn)行深度測量，測量后的深度值會在上位機(jī)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(jìn)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(jìn)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(zhuǎn)20圈，發(fā)送一個脈沖給PLC，因此在測點鉛魚停下時，PLC中的測速計數(shù)器開始啟動計數(shù)，同時定時器也啟動，當(dāng)測速完成時，即100s后，測速計數(shù)器停止計數(shù)，若該點為一點測速，則所得脈沖數(shù)即為該點脈沖數(shù)，若該點為兩點測量，則兩次測的脈沖數(shù)的算術(shù)平均為該點的脈沖數(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，即測速時間少與100s，或當(dāng)需兩點測量時，只測了一點，則計數(shù)器脈沖數(shù)不存儲到PLC。PLC中存儲的脈沖數(shù)轉(zhuǎn)換成實際的流速值送往上位機(jī)處理和顯示。
3.2 PLC控制設(shè)計
本系統(tǒng)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(jù)PLC的輸出信號，由變頻器實現(xiàn)電機(jī)的控制;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(jī)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(jī)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(jìn)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(xiàn)場/上位機(jī)轉(zhuǎn)換開關(guān)
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(xiàn)兩臺電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，同時繼電器的觸點還連接到控制臺上的電機(jī)運動狀態(tài)指示燈(即前進(jìn)，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(xiàn)場/上位轉(zhuǎn)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(jī)進(jìn)行速度控制。
(3) 輸出信號具體分配如下
Q0.0 前進(jìn);
Q0.1 后退;
Q0.2 上升;
Q0.3 下降;
Q0.4 現(xiàn)場/上位機(jī)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。