基于S7－300PLC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 450011;2.河南省工业学校，河南郑州 450011)

基于S7－300PLC的水库测流监控系统的设计

邢 珂1，黄民改2

(1.华北水利水电学院，河南 郑州 450011;2.河南省工业学校，河南郑州 450011)

为实现水库监控自动化，采用西门子S7－300PLC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PLC的配置，以供相似设计参考.

S 7300;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PLC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、PLC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，PLC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PLC，通过光耦进行信号转换和隔离，光耦输出端接到PLC的COM端和信号端.

2.1.3 水面深度和流速测量

采用PLC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PLC，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，测速计数器停止计数.若这是一个合格的测速过程，所得脉冲数存储到PLC，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PLC.

2.2 监控系统PLC控制设计

2.2.1 系统的硬件构成

该系统选用西门子PLC300，硬件选用315-2 DP作为CPU，可对二进制或浮点数有较高的处理性能［1］，CPU本身可组态DP网络.计数器模块选用西门子的FM 350-2，8通道，精度可达16位.模拟量输入、输出模块分别采用SM331和SM332.数字量输入、输出模块分别采用SM322和SM321.变频器选用2台西门子公司的MM440变频器.根据PLC的输出信号，由变频器实现电机的控制［2］;PLC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

PLC 的输入/输出信号的 I/O 分配见表1［3－4］.

表1 PLC输入、输出信号分配序列表

变频器参数设置P0010=30工厂的缺省设置值，P0970= 1;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PLC能够识别的数字量，需要套用一个数据变换公式

OUT=［(MAX－MIN)/(27 648－0)］*IN+MIN，公式中输出是OUT，最大值减去最小值，27 648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:

3 组态设计和上位机

上位机采用监控组态软件与S7-300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［5－6］，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

此系统投入运行后，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.

［1］梁德成.西门子S7－200PLC入门及应用分析［M］.北京:北京电力出版社，2010.

［2］廖常初.S7－300/400 PLC应用技术(2版)［M］.北京:机械工业出版社，2008.

［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，2005.

［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，2005.

［5］马国华.监控组态软件及其应用［M］.北京:机械工业出版社，2005.

［6］严盈富.监控组态软件与PLC入门［M］.北京:人民邮电出版社，2006.

Design of Monitoring System of Flow Velocity Measurement in Reservoirs Based on S7-300 PLC

XING Ke1，HUANG Min-gai2
(1.North China Institute of Water Conservancy and Hydroelectric Power，Zhengzhou 450011，China;2.Henan Industrial School，Zhengzhou 450011，China)

In order to achieve the automation for monitoring reservoirs，a new monitoring system of flow velocity measurement was designed by Siemens S7-300 PLC and screen configuration technology.The procedure design of the system was given and the hardware and PLC configuration of the monitoring system of flow velocity measurement were introduced in details，which would provide a reference for similar designs.

S7- 300;reservoir;flow velocity measurement

1002－5634(2011)05－0089－03

2011－05－25

邢 珂(1985—)，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.

(责任编辑:杜明侠)