摘要：介紹了基于西門子S7200的引黃閘測(cè)流系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)方法，并詳細(xì)介紹了測(cè)流系統(tǒng)的硬件構(gòu)成和PLC的配置。 關(guān)鍵詞： S7200 引黃閘 測(cè)流 Abstract:This article introduces the design and implement method of the system of the Yellow River’s gate of diversion irrigation. It also introduces the hardware organization and PLC configuration of the measurement of water current system. Keywords：S7200 Yellow River’s gate measurement of water current 1、引言 引黃涵閘的流量測(cè)量對(duì)于灌區(qū)的清淤、水量調(diào)度以及水費(fèi)的征收有著十分重要的意義，因此黃河下游各個(gè)引黃閘都有測(cè)流系統(tǒng)，但大多是手動(dòng)在現(xiàn)場(chǎng)操作，然后通過(guò)人工計(jì)算流量。本設(shè)計(jì)利用西門子的PLC實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制并在上位機(jī)上自動(dòng)計(jì)算流量。 2、測(cè)流系統(tǒng)的構(gòu)成 自動(dòng)化測(cè)流控制系統(tǒng)主要包括以下設(shè)備：纜道、纜道電機(jī)、測(cè)流鉛魚、PLC控制系統(tǒng)以及測(cè)流視頻系統(tǒng)等。測(cè)流房牽引機(jī)構(gòu)和測(cè)流鉛魚如圖1所示，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。 3.測(cè)流系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.1信號(hào)的獲取 1）、行程脈沖信號(hào) 主要是用來(lái)檢測(cè)測(cè)流鉛魚的水平和垂直運(yùn)行距離，通過(guò)此距離來(lái)計(jì)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(dòng)軸上安裝水平和垂直旋轉(zhuǎn)編碼器，通過(guò)計(jì)數(shù)編碼器脈沖達(dá)到測(cè)量距離的目的。 2）、水面水底信號(hào)和流速信號(hào) 水面水底信號(hào)和流速信號(hào)的測(cè)量有一定的技巧。此信號(hào)通過(guò)測(cè)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(huì)發(fā)出脈沖信號(hào)。鉛魚頭部安裝測(cè)速儀，鉛魚到達(dá)水中后，測(cè)速儀轉(zhuǎn)動(dòng)，發(fā)出脈沖信號(hào)。而測(cè)流鉛魚是隨鋼絲繩纜道一起運(yùn)動(dòng)的，為了獲得信號(hào)而又不拖信號(hào)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(hào)接至鋼絲繩纜道，串接點(diǎn)接至鉛魚，通過(guò)鉛魚脈沖開關(guān)進(jìn)入水中。PLC連接此信號(hào)時(shí)，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(hào)正反接可分別獲得流速和水面水底信號(hào)。由于兩個(gè)信號(hào)來(lái)自于一根信號(hào)線，只是通過(guò)正負(fù)來(lái)區(qū)分，為了能接入PLC，通過(guò)光耦進(jìn)行了信號(hào)轉(zhuǎn)換和隔離，光耦輸出端接到PLC的COM端和信號(hào)端，如圖3所示。 3）、水面深度和流速的測(cè)量 在鉛魚下降過(guò)程中，當(dāng)PLC收到第一個(gè)水面/水底信號(hào)時(shí)，負(fù)責(zé)計(jì)深度脈沖（即垂直電機(jī)產(chǎn)生的脈沖）的計(jì)數(shù)器啟動(dòng)，當(dāng)PLC收到第二個(gè)水面/水底信號(hào)時(shí)，該計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，所得脈沖數(shù)傳送到上位機(jī)處理轉(zhuǎn)換成實(shí)際的深度值。 在測(cè)量時(shí)，在測(cè)點(diǎn)處先進(jìn)行深度測(cè)量，測(cè)量后的深度值會(huì)在上位機(jī)上顯示，若深度小于1.5m，在鉛魚上升時(shí)，操作人員可在約深度值60%處停下鉛魚進(jìn)行流速測(cè)量，若深度大于1.5m，在鉛魚上升時(shí)，操作人員可在約深度值20%和80%處停下鉛魚進(jìn)行流速測(cè)量。 流速的信號(hào)來(lái)源在鉛魚尾部的一個(gè)螺旋槳上，該螺旋槳每旋轉(zhuǎn)20圈，發(fā)送一個(gè)脈沖給PLC，因此在測(cè)點(diǎn)鉛魚停下時(shí)，PLC中的測(cè)速計(jì)數(shù)器開始啟動(dòng)計(jì)數(shù)，同時(shí)定時(shí)器也啟動(dòng)，當(dāng)測(cè)速完成時(shí)，即100S后，測(cè)速計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，若該點(diǎn)為一點(diǎn)測(cè)速，則所得脈沖數(shù)即為該點(diǎn)脈沖數(shù)，若該點(diǎn)為兩點(diǎn)測(cè)量，則兩次測(cè)的脈沖數(shù)的算術(shù)平均為該點(diǎn)的脈沖數(shù)。若這是一個(gè)合格的測(cè)速過(guò)程，所得脈沖數(shù)存儲(chǔ)到PLC，若這是一個(gè)不合格的測(cè)速過(guò)程，即測(cè)速時(shí)間少與100S，或當(dāng)需兩點(diǎn)測(cè)量時(shí)，只測(cè)了一點(diǎn)，則計(jì)數(shù)器脈沖數(shù)不存儲(chǔ)到PLC。PLC中存儲(chǔ)的脈沖數(shù)轉(zhuǎn)換成實(shí)際的流速值送往上位機(jī)處理和顯示 3.2 PLC控制設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)由一臺(tái)SIEMENS S7-200PLC（CPU型號(hào)為226/AC/DC/繼電器）和兩臺(tái)SANKEN變頻器組成。根據(jù)PLC的輸出信號(hào)，由變頻器實(shí)現(xiàn)電機(jī)的控制；PLC的輸出指令由上位機(jī)給定。測(cè)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PLC的輸入輸出信號(hào) 輸入信號(hào)共18個(gè),具體分配如下： I0.0 水平位移信號(hào)（水平電機(jī)脈沖）；I0.1 測(cè)到水面/水底/流速信號(hào) I0.2 垂直位移信號(hào)(垂直電機(jī)脈沖)；I0.5 西攝象頭被盜信號(hào) I0.6 東攝象頭被盜信號(hào)；I0.7 中間攝象頭被盜信號(hào) I1. 0 鉛魚被盜信號(hào)；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(chǎng)/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(hào)；I2.6垂直變頻器故障信號(hào) 輸出信號(hào)共14個(gè)，分成3組。 第一組：Q0.0到Q0.3，這4個(gè)輸出點(diǎn)連接4個(gè)24V直流繼電器(C1到C4)，,繼電器的常開觸點(diǎn)連接變頻器，實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，同時(shí)繼電器的觸點(diǎn)還連接到控制臺(tái)上的電機(jī)運(yùn)動(dòng)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(gè)指示燈，分別為現(xiàn)場(chǎng)/上位轉(zhuǎn)換和總停，Q0.6和Q0.7連接兩個(gè)220V交流繼電器(C5和C6)，這兩個(gè)繼電器的觸點(diǎn)連接報(bào)警指示燈(帶蜂鳴器)； 第三組：Q1.1到Q1.6,為無(wú)源觸點(diǎn)，直接連接到變頻器，對(duì)電機(jī)進(jìn)行速度控制 輸出信號(hào)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(chǎng)/上位機(jī)指示燈；Q0.5 總停指示燈 Q0.6 外部報(bào)警信號(hào)指示燈；Q0.7 變頻器報(bào)警信號(hào)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 4、上位機(jī) 上位機(jī)以Simatic WinCC為SCADA軟件，和S7200通訊，實(shí)現(xiàn)測(cè)流自動(dòng)控制。上位機(jī)同時(shí)裝有視頻監(jiān)控系統(tǒng)軟件，以便實(shí)施監(jiān)視測(cè)流設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)情況。 5、結(jié)束語(yǔ) 系統(tǒng)投入運(yùn)行后，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。不但實(shí)現(xiàn)了在控制室自動(dòng)測(cè)流，提高了測(cè)流的準(zhǔn)確性，而且大大節(jié)約了勞動(dòng)力，減輕了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。運(yùn)行三年多來(lái)效果顯著，是引黃閘的理想的測(cè)流控制系統(tǒng)。 參考文獻(xiàn)： [1]陽(yáng)憲惠 《現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及其應(yīng)用》 清華大學(xué)出版社 1999.6 [2] SIEMENS STEP7 MicroWin32 編程手冊(cè) [3] SIEMENS WINCC 組態(tài)手冊(cè)（1-6） 第一作者 趙永國(guó)，男，2001年畢業(yè)于山東大學(xué)控制學(xué)院，獲得工學(xué)碩士學(xué)位，現(xiàn)為山東大學(xué)在讀博士研究生；主要嚴(yán)究領(lǐng)域： DCS 現(xiàn)場(chǎng)總線 魯棒控制 預(yù)測(cè)控制。 作者聯(lián)系方式： 姓名： 趙永國(guó) 地址：濟(jì)南市經(jīng)十路73號(hào) 山東大學(xué)南校區(qū)教學(xué)四樓102室 郵編：25006 電話：13156143966 E-mail: sduzyg@163.com