基于S7-300PLC的水库测流监控系统的设计.pdf

第 3 2卷第 5期 2 0 1 1 年 1 O月 华北水利水电学院学报 J o u r n a l o f N o rth C h i n a I n s t i t u t e o f W a t e r C o n s e r v a n c y a n d Hy d r o e l e c t r i c P o we r V0 l _ 3 2 NO ． 5 0c t ． 2 01 1 文章编号 1 0 0 25 6 3 4 2 0 1 1 0 5 0 0 8 9一o 3 基 于 S 7 3 0 0 P L C的水库测流监控 系统 的设计 邢 珂 ，黄 民改 1 ． 华北水利水 电学院 ， 河南 郑州 4 5 0 0 1 1 ； 2 ． 河南省工业学校 ， 河南 郑州 4 5 0 0 1 1 摘要 为实现水库监控 自动化 ， 采用西门子 s 73 0 0 P L C和画 面组 态技术 设计 了一种新 型水库 水流 测速监 控 系统 ， 给出 了系统部分的程序设计 ， 并详细介绍 了测速监 控系统 的硬件 构成 和 P L C的配 置 ， 以供相似设 计 参考 ． 关键词 7 3 0 0 ； 水库 ； 水流测流 水库的水流控制系统在库 区的清淤 、 水库水量 调 度 以及水 费 的收 取 等 方 面 发挥 了 巨大 的作 用 ． 目 前大多数水库都是现场手动操作 ， 然后人工计算其 流 量 ， 这种 方法误 差 大 ， 并 且需 要有 人在 闸 口现场 值 班 ． 笔 者利 用西 门子 的 P L C设计 了水 流 测速 自动 控 制系统 ， 能在上位机上 自动计算流量 ， 解决了手动控 制的各种弊端． 1 水库测 流监控 系统 的构成 该 系统 主 要 由缆 道 、 缆 道 电 视 、 测 流 铅 鱼 、 P L C 控 制 系统及 测流 视频 系统 等构 成 ， 如 图 1所示 ． 图 1水 库 测 流 监 控 系 统 框 架 2水库测 流监控 系统的设计 2 ． 1信号 的获 取 2 ． 1 ． 1 行 程脉 冲信 号 行程 脉 冲信号 主要 是 由测得 的铅 鱼在水 中运动 的水 平距离 和垂 直 距 离 构 成． 依 照 该距 离 来 分 别 计 算河面的宽度以及深度． 钢丝缆道上安装有水平和 垂 直 编码器 ， 在 铅鱼 的运 动 中 ， 可 以通过 计数 编码 器 脉 冲来 测量 距离 的大 小 ． 2 ． 1 ． 2 水面、 水底信号和流速信号 利 用测 流铅 鱼来 测量 水面 、 水底 和 流速信 号 ． 测 流 铅鱼 从上 往下 开始 移动 ， 当触碰水 面 时 ， 就发 出一 个脉冲信号． 铅鱼慢慢进 入水 中， 测 速仪器开 始工 作 ， 上位机搜索到测流信号 ， 开始记录． 设计 中在铅 鱼垂直钢丝缆道上装有 2节干 电池 ， 正极接至钢丝 绳 缆道 ， 串连点接 到铅 鱼 ， 通过 铅鱼 脉冲 开关进 入水 中 ， P L C连 接此 信号 时 ， 1根从水 中引 出 ， 1根 从 电 机 底座引出， 2根信号正反接 可分别获得流速和水 面 水底信号． 由于 2个信号来 自于 1 根信号线 ， 通过信 号正负来区分 ， 为了能接入 P L C ， 通过光耦进行信号 转换 和 隔离 ， 光 耦 输 出 端 接 到 P L C的 C O M 端 和信 号端 ． 2 ． 1 ． 3 水 面 深度 和流速 测量 采用 P L C对水 面信 号 和水 底 信 号 进行 控 制 ， 利 用计数器对其进行计数 ， 从启动到停止的这个过程 中所 有 的脉 冲数传 送 到上位 机处 理转 换成 实际 的深 度值 ． 流速 仪信 号启 动 ， 当流 速仪 的螺 旋桨旋 转 1个 固定 的数 值后 ， 发送 1 个 信号 给 P L C， 流速 仪 的接 触 器导 通 ， 当铅 鱼在测 流点 停下 ， 测 速计 数器 开始启 动 计数 ， 定 时器也 启 动 ， 当测 速 完成 时 ， 测速 计 数 器 停 收 稿 日期 2 0 1 lO 52 5 作者简介 邢珂 1 9 8 5 一 ， 女 ， 河 南长葛人 ， 硕士研究 生 ， 主要从事工业控制技术方 面的研究 华北水利水电学院学报 2 0 1 1 年 1 0月 止计数． 若这是一个合格的测速过程 ， 所得脉冲数存 储 到 P L C， 若 这是 一 个不 合格 的测 速 过程 ， 即测 速 时 间少于固定的时间或出现误差 ， 所得脉冲数不存储 到 P L C ． 2 ． 2监 控 系统 P L C控 制设 计 2 ． 2 ． 1 系统 的硬 件构 成 该 系统选 用 西 门子 P L C 3 0 0， 硬件 选用 3 1 5 - 2 D P 作 为 C P U， 可 对 二 进 制 或 浮 点 数 有 较 高 的 处 理 性 能 ⋯ ， C P U本 身可 组态 D P网络 ． 计 数器 模 块选 用 西 门子 的 F M 3 5 0 2， 8通 道 ， 精 度 可达 l 6位 ． 模 拟 量输 入 、 输 出模 块 分别 采 用 S M 3 3 1和 S M3 3 2 ． 数 字 量 输 入 、 输 出模 块 分别 采 用 S M 3 2 2和 S M 3 2 1 ． 变频 器 选 用 2台 西 门子 公 司 的 MM 4 4 0变 频 器 ． 根 据 P L C 的 输 出 信 号 ， 由变 频 器 实 现 电机 的控 制 ； P L C的 输 出指令 由上 位机 给定 ． 测得 的数 据 水 深 和 流 速 分 别传 送 到上 位机 ． 上 位 机 将 得 到 的 数 据处 理 后 得 到 流 量值 ． 2 ． 2 ． 2系统 的硬 件组 态 P L C的输入／ 输出信号的 I ／ O分配见表 1 。 ． 表 1 P LC 输 入 、 输 出 信 号 分 配 序 列表 变 频 器 参 数 设 置 P 0 0 1 03 0工 厂 的 缺 省 设 置 值 ， P 0 9 7 01 i 按 下 P键 恢 复 出 厂 默 认 值 ． 具 体 见 表 2 ． 表 2变频器各项具体参数表 2 ． 2 ． 3系统 的软 件 编程 系 统 控 制 过程 的实 现 是 靠 软件 编 程 来 实现 的 ， 仅 就模 拟量 的转 换 过 程 予 以说 明． 首 先 需 要 将模 拟 量转化为 P L C能够识别 的数字量 ， 需 要套用一个数 据 变换 公式 O U T[ MA X MI N ／ 2 7 6 4 8 0 ] I NMI N， 公 式 中输 出是 O U T ， 最 大 值 减 去 最 小 值 ， 2 7 6 4 8是 模 块转 换 中 的常数 ， 通 过公式 的运算 ， 可 以将模 拟 量 转 换成 数字 量 ， 然后 输 入程序 中去． 部 分 转换 程序 A Af L I N I TD T TEMP1 SET S AVE CLR A BR J N B 一 0 0 1 L TEMPl DTR T TEMP2 S ET S AVE CLR D 0 l A B R J NB D 0 2 L MAX L M I N R T T EMP 3 0 O 2N0P 0 A 第 3 2卷第 5期 邢珂 ， 等 基于 s 7 3 0 0 P L C的水库测流监控 系统 的设计 9 1 A L TEMP3 L 2． 7 6 48 0 0 e0 0 4 ／R T TEMP4 AN OV S AVE CLR A BR J NB - 0 0 3 L TEMP 2 L TEMP 4 R T TEMP 5 AN 0V S AVE CL R 00 3A BR J NB 一 0 0 4 L T EMP 5 L MI N R T 0UT _ 0 0 4NOP 0 3 组态设计 和上位机 上 位 机采用 监控 组 态软 件 与 s 7 ． 3 0 0进 行 通 讯 ， 方 便快 捷 地实 现水 库 测 流 系 统 的 自动 控 制 ， 随时 对 现场进 行操 作 ． 组 态 软件 是 指 一 些 数据 采 集 和 过 程 控 制 的专用 软件 ， 是在 自动 控 制 系 统监 控 层 一 级 的 软件平 台和开 发环 境 中使 用灵 活 的组 态 方 式 ， 为 用 户提供 快 速构建 工 业 自动控 制系统 监 控功能 的软 件 工具 ， 具有 强大 的界 面显 示组 态功 能 ， 丰 富 的功 能模块 ， 强大的数据块功能等 ， 满足用户的测控要求 和现 场 要 求 ， 使 系 统 具 有 良好 的 人 机 界 面 ， 易 于 操 作 ． 4 结语 此 系统 投人 运行 后 ， 可靠稳 定 ， 不但 实现 了在 控 制室 自动测流 ， 提高了测流的准确性 ， 而且节约了劳 动力 ， 减轻了劳动强度． 同时可实现对实际的情况一 目了然 ， 对所 有细 节 随时掌 控 ． 参 考 文 献 [ 1 ] 梁德成． 西 门予 s 7 2 0 0 P L C入 门及应 用分 析 [ M] ． 北 京 北京 电力 出版社 ， 2 0 1 0 ． [ 2 ]廖 常初． s 73 0 0／ 4 0 0 P L C应用技术 2版 [ M] ． 北京 机械工业出版社 ， 2 0 0 8 ． [ 3 ]崔 坚． 西 门子工 业 网络通信 指南 上册 [ M] ． 北 京 机 械 工 业 出 版社 ， 2 0 0 5 ． [ 4 ]崔坚 ． 西 门子工 业 网络通信 指南 下册 [ M] ． 北 京 机 械 工业出版社 ， 2 0 0 5 ． [ 5 ] 马国华 ． 监控 组态 软件 及其 应用 [ M] ． 北 京 机械 工业 出版 社 ． 2 0 0 5． [ 6 ]严盈 富． 监 控组 态软件 与 P L C入 门 [ M] ． 北 京 人 民邮 电 出 版社 ， 2 0 0 6． De s i g n o f M on i t or i ng S y s t e m o f Fl o w Ve l o c i t y M e as u r e m e nt i n Re s e r v o i r s Ba s e d o n 7 - 3 00 PLC XI NG Ke ，HUANG Mi n ． g a i 1 ． No r t h C h i n a I n s t i t u t e o f Wa t e r C o n s e r v a n c y a n d Hy d r o e l e c t r i c P o we r ，Z h e n g z h o u 4 5 0 0 1 l ，Ch i n a ； 2 ． He n a n I n d u s t r i a l S c h o o l ，Z h e n g z h o u 4 5 0 0 1 1 ，C h i n a Abs t r ac t I n o r d e r t o a c hi e v e t he a u t oma t i on f o r mo n i t o r i ng r e s e r v o i r s，a ne w mo ni t o r i n g s ys t e m o f f l o w v e l o c i t y me a s ur e me n t wa s de s i g n e d b y Si e me ns S 7 3 0 0 PLC a nd s c r e e n c o n f i g u r a t i o n t e c h no l o g y ． Th e pr o c e du r e d e s i g n o f t h e s y s t e m wa s g i v e n a n d t he ha r d wa r e a n d PLC c o n f i g ur a t i o n o f t he mon i t o r i n g s y s t e m o f flo w v e l o c i t y me a s ur e me n t we r e i n t r o d u c e d i n d e t a i l s ，whi c h wo u l d pr o v i d e a r e f e r e n c e f o r s i mi l a r d e s i g n s ． Ke y wo r dsS 7 3 0 0；r e s e r v o i r ；flo w v e l o c i t y me a s ur e me n t 责任 编 辑 杜 明 侠