褒河水库闸门控制系统的设计与实现

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1、万方数据且应用技术褒河水库闸门控制系统的设计与实现王刚(西安工程大学电信学院)摘要：本文基于光纤通信，针对褒河水库八处十三扇闸门，提出了闸门自动控制系统设计的具体方案，研制了PLC闸门现地控制单元，并使用MCGS组态软件编制了上位机控制程序，利用可编程自由口通信模式编制了PLC和上位机的通信协议，实现了远程光纤通信的的水库闸门自动控制。通过实施达到了较好的控制效果。通过光纤通信远程的闸门控制，节约了人力资源和成本，并且具有较高的可靠性和实用性。关键词：MCGS：系统组态：RS485总线；PLC1引言褒河水库闸门监控系统包括十三扇闸门启闭机，分为三种类型：固定式卷扬启闭机、液

2、压启闭机和螺杆启闭机。闸门自动控制系统主要通过启闭控制褒河水库的八处十三闸门，与水情调度系统交换信息，对闸门的工作状态及各参数进行监视【H】。现地控制、集中监控控制都通过控制柜面板上的旋转开关实现，其中，控制优先级中的远方操作低于现地操作。安装于各闸门闸室内的现地控制单元实时采集各闸门的开度、运行方式、运行状态和闸前水位等数据，一方面向集中监控计算机传送实时数据，同时接收来自集中监控计算机的控制命令，以完成闸门升、降、停等控制及参数采集；另一方面直接操作现地控制单元，完成对闸门升、降、停等控制及闸门参数采集【4匀。2闸门控制系统组网方案设置网络结构时考虑工业电视监视系统，以

3、对库区及闸门运行过程等重要工位实行监视管理。通过了解褒河水库闸门分布情况、各闸室与中心站相对位置，系统组网方式采用星型结构。在中心站，利用图形矩阵主机光接收设备接受视频信号，并传输到图像监视器上，通过遥视监督，在控制计算机上接收控制信号，从而实现现场与上位机交换数据功能【6】。考虑到闸室和中心站距离较远、水库库区属雷电多发区、视频信号清晰可靠等因素，选用光缆作为本系统的通信介质。图l为控制系统组网结构图。采用西门子的S7-200PLC作为现地控制单元PLC，其中，Sm龇ICs7．200系列作为小型可编程序控制器，具有极强通信功能，可应用于大型网络控制系统中。它的编程包括梯形

4、图、功能块图、语句表3种，并有可靠性好、指令丰富、易于掌握、方便操作等特点。内置模块包括高速计数器、高速输出、PID控制器、Rs485通信、编程接口、PPI通信协议、MPI通信协议和自由通信方式等。FO端子排易于拆卸，点数字量FO最大可扩展到248，模拟量FO为35路，程序和、据存储空间最多有26l【B[7,s1。图l闸r】控制系统组网结构图西门子$7--200PLC与上位PC机建立通讯，是通过直接连接PC／PPI电缆方式完成。S7--200PLC与MCGS通讯需开发驱动程序，以解决PPI协议(西门子公司未公开)这～问题。利用可编程自由口通信模式，在PLC上通过编程转换为类

5、似Modbus的协议，建立S7—200PLC与MCGS之间的通讯。自由端口模式用户定义的通信协议可实现连接多种智能万方数据设备的功能。自由端口通信与否取决于CPU所处的状态，其中，CPU处于STOP模式将停止自由端口通信，但是通信口将被强制转换成其它协议模式，以保证可编程控制器的编程和控制的功能可实现。CPU处于RUN模式时自由端口模式使能，通过置1SⅧ30或SMBl30的协议位，则通信端口为自由端口模式。用SM0．7来控制自由端口模式，设置SM0．7为1时方式开关为RUN，可以选择自由端口模式；SM0．7设置0时方式开关为TERM，此时应选PC胛I协议模式。自由端口模式下

6、，通常采用主从方式以避免通信中争用通信线的问题，主机为计算机，从机为可编程控制器。可利用MCGS组态软件提供的开发包作为上位机，通过定义设备的类型、类别、I／o基地址、I／o地址个数和通道个数五个属性，可以完成S7．200PLC和MCGS之间通信设备的驱动。3闸门控制系统程序设计方案闸门控制方式包括现地手动控制和远方自动控制两种。过转矩和热继电器保护，全开、全关和电源失压报警贯穿闸门启门、闭门和停止的过程。当故障发生后将会发出故障复位信号，以便重新控制闸门。3．1闸门继电器控制电路图2为闸门继电器控制的原理图。闸门具有以下三方面的控制要求：1)．可选用远方自动控制或现地手动

7、控制；2)．一旦控制过程发生故障，系统必须立即停止工作；3)．排除故障之后，若要重新控制闸门，则必须按故障恢复按钮。图2闸门继电器控制原理图3．2MCGS的组态软件设计使用MCGS完成一个实际的应用系统，必须在MCGS的组态环境下进行系统组态生成工作，然后将系统放在MCGS的运行环境下运行。图3为新工程的一般组态过程，水库闸门控制系统主要完成和现场PLC进行实时数据交换，实现对闸门的监视和控制。系统具体组态包括六个方面：实时显示闸门高度、动态显示水位高度、控制闸门的启、闭、停功能、闸门控制系统警报显示及报表输出、显