2、兩種改造方案
橋式起重機(jī)的主要設(shè)備有:大車電機(jī)2臺(tái)、小車電機(jī)1臺(tái)、主鉤電機(jī)1臺(tái)、副鉤電機(jī)1臺(tái)，若仍采用繞線式電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制，則可以只選用PLC進(jìn)行改造。若車間工 作環(huán)境比較惡劣，如腐蝕性粉塵，容易對(duì)電阻箱及電動(dòng)機(jī)碳刷等設(shè)備部件腐蝕和過早老化，則可以采用鼠籠式電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制。此時(shí)可以采用PLC加變頻器進(jìn)行改 造。
第一種方案優(yōu)點(diǎn)是改造過程簡(jiǎn)單，可以節(jié)約部分設(shè)備費(fèi)用。缺點(diǎn)是:
(1) 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子所串電阻易燒損和斷裂;
(2) 轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速，機(jī)械特性比較軟，負(fù)載變化時(shí)轉(zhuǎn)速也變化，調(diào)速效果不理想;
(3) 所串電阻長(zhǎng)期發(fā)熱，電能浪費(fèi)大，效率低。
而第二種方案中鼠籠式電動(dòng)機(jī)價(jià)格便宜、經(jīng)久耐用，在生產(chǎn)中受到工程歡迎，并且由PLC加變頻器進(jìn)行控制，其調(diào)速效果更加穩(wěn)定，電能可以充分利用。

3、系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.1 PLC繞線電機(jī)改造方案
此 種方案只需對(duì)原交流控制器進(jìn)行編程即可，為了節(jié)省I/O點(diǎn)，改為有主令控制器控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)、前后行走和鉤子的升降。電機(jī)的提速與減速有兩個(gè)按鈕開關(guān)進(jìn) 行控制。本系統(tǒng)有20路輸入、30點(diǎn)輸出共50點(diǎn)，采用西門子S7-200(CPU為224)PLC，其擴(kuò)展2塊數(shù)字量模塊EM222、1個(gè)EM223模 塊。I/O點(diǎn)如表1所示。

表1 繞線電機(jī)方案I/O點(diǎn)分配

(1) 主程序
為節(jié)省輸入點(diǎn)，編程時(shí)，將交流凸輪控制器程序作為公用程序調(diào)用，其程序結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 主程序結(jié)構(gòu)

(2) 公用程序
設(shè)置公用程序可以充分利用PLC的I/O點(diǎn)，減少外部接線，其程序主要是實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)、與提減速，其間用輔助繼電器輸出為后面的程序調(diào)用作準(zhǔn)備。
該程序主要用比較的指令來實(shí)現(xiàn)電機(jī)的提減速，在按I0.1或I0.2時(shí)，使存儲(chǔ)器VB100中存儲(chǔ)的數(shù)字在1~5間順序變化，控制串入轉(zhuǎn)子電阻的數(shù)量來實(shí)現(xiàn)調(diào)速，其部分程序如下。
LD I0.4
EU
LD M11.0
ED
OLD
LD M11.1
ED
OLD
LD Q0.0
ED
LDB= VB100, 0
= M10.0
LDB>= VB100, 5
= M10.2
LDN M10.2
A I0.5 EU
LD M11.0
O M11.1
LDN M10.0
A I0.6
EU
LD M11.0
O M11.1
LDB= VB100, 1
= M10.3
LDB= VB100, 2
= M10.4
LDB= VB100, 3
= M10.5
LDB= VB100, 4
= M10.6
LDB= VB100, 5
= M10.7
LDB= VB100, 0
= Q0.1
(3) 電機(jī)控制程序
電機(jī)控制程序只需將公用程序中的輔助繼電器與電機(jī)相應(yīng)的輸出對(duì)應(yīng)起來即可。由于程序比較簡(jiǎn)單，這里不再詳述。

3.2 PLC變頻器改造方案
橋式起重機(jī)有大車2臺(tái)、小車電機(jī)1臺(tái)、主鉤電機(jī)1臺(tái)、副鉤電機(jī)1臺(tái)，共五臺(tái)電機(jī)，由于大車2臺(tái)電機(jī)是同步，因此在改造過程中共用一對(duì)號(hào)變頻器進(jìn)行控制，這樣共需要4臺(tái)變頻器。結(jié)構(gòu)圖2所示。

圖2 方案結(jié)構(gòu)圖

(1) 輸入、輸出點(diǎn)的確定及設(shè)備選型
本系統(tǒng)共有輸入點(diǎn):14點(diǎn)，輸出點(diǎn):24點(diǎn)，共38點(diǎn)。 如表2所示。

表2 鼠籠電機(jī)方案I/O點(diǎn)分配

本 方案采用西門子S7-200(224)型PLC，其外部再擴(kuò)展四個(gè)EM222模塊。在方案中變頻器為電動(dòng)機(jī)提供頻率可調(diào)節(jié)的交流電源，是實(shí)現(xiàn)時(shí)機(jī)速度調(diào)節(jié) 的關(guān)鍵設(shè)備。大車、小車是普通反抗性負(fù)載，只需配用普通型或高功能型變頻器即可，而主鉤及副鉤為位能性負(fù)載，應(yīng)配用可實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行的矢量控制型變頻器， 同時(shí)變頻器應(yīng)配備制動(dòng)電阻，防止在生產(chǎn)過程中電動(dòng)機(jī)處于再生制動(dòng)時(shí)將動(dòng)能反饋到變頻器直流電路中。
對(duì)于是變頻器的參數(shù)設(shè)置，技術(shù)人員可根據(jù)其使用的不同廠家變頻器的操作手冊(cè)進(jìn)行設(shè)置。
(2) 控制程序設(shè)計(jì)
在 設(shè)計(jì)程序時(shí)，可以繼續(xù)采用方案一中的設(shè)計(jì)方法，將主令控制器的程序作為公用程序，節(jié)省部分輸入點(diǎn)。在設(shè)計(jì)公用程序時(shí)根據(jù)不同型號(hào)的變頻器速度輸入的編號(hào)對(duì) 進(jìn)行編程。PLC輸出除電源外，其它均采用小型繼電器，程序通過控制小型繼電器動(dòng)作來實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)、升降、前后行走及速度調(diào)節(jié)。由于程序設(shè)計(jì)與方案 一大致相同，其速度輸出程序如下。
LDN I0.1 //停止按鈕
A Q0.0 //電源啟動(dòng)
LPS
LDB= VB100, 1 //一檔
OB= VB100, 2 //2檔
OB= VB100, 3 //3檔
OB= VB100, 4 //4檔
OB= VB100, 5 //5檔
ALD
LPS
A I0.3
= Q0.1 //正轉(zhuǎn)
LPP
A I0.4
= Q0.2 //反轉(zhuǎn)
LRD
LDB= VB100, 1
O M10.0
O M10.1
ALD
= Q0.3 //變頻速度輸出選擇1
LRD
LDB= VB100, 2
O M10.0
ALD= Q0.4 //變頻速度輸出選擇2
LRD
LDB= VB100, 4
O M10.1
OB= VB100, 3
ALD
= Q0.5 //變頻速度輸出選擇3
= M10.0
LPP
AB= VB100, 5
= M10.1

4、結(jié)束語
在 使用V4.0E STEP 7 MicroWIN進(jìn)行編程時(shí)，證明了S7-200PLC的強(qiáng)大功能，在沒有實(shí)物的情況下，設(shè)計(jì)人員可以運(yùn)行S7-200仿真軟件對(duì)所編程序進(jìn)行仿真。為實(shí) 際改造打下基礎(chǔ)。上述兩種方案均經(jīng)過S7-200仿真軟件驗(yàn)證，其仿真過程中與設(shè)計(jì)的要求均相符，在改造過程中根據(jù)實(shí)際情況稍加修改即可。

2 PLC系統(tǒng)編程應(yīng)用
2.1 主程序結(jié)構(gòu)
　 系統(tǒng)主程序由OBl完成，如圖2所示。

　
　 組織塊Obl:在選擇自動(dòng)檔位時(shí)調(diào)用FB3、FC1O、FCll、FCl2來自動(dòng)完成模入、模出、比較、PID調(diào)節(jié)等功能。
　 功能塊FCl:是來自三相弧流弧壓模數(shù)變換環(huán)節(jié)，由模擬量轉(zhuǎn)變成數(shù)字量。
　 功能塊FCl0、FCll、FCl2:用來限制實(shí)際弧流弧壓最大值、最小值是否運(yùn)行在這個(gè)參數(shù)之間，如出現(xiàn)偏差及時(shí)保護(hù)。
　 功能塊FB3:是運(yùn)行PID閉環(huán)調(diào)節(jié)的功能塊。
　 數(shù)據(jù)塊DB:用來分類儲(chǔ)存設(shè)備或生產(chǎn)線中變量的值，數(shù)據(jù)塊也是用來實(shí)現(xiàn)各邏輯塊之間的數(shù)據(jù)交換、數(shù)據(jù)傳遞和共享數(shù)據(jù)的重要途徑。
2.2 參數(shù)功能表
　 電弧爐冶煉電極升降過程必須采取閉環(huán)控制方式，才能使系統(tǒng)穩(wěn)定工作，所以我們?cè)赑LC里引入功能塊FB3(圖3)并設(shè)置了PI動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)、限幅及死區(qū)調(diào)整等環(huán)節(jié)。

表1　　 FC3功能表
IN0 實(shí)際弧流I實(shí)
IN1 實(shí)際弧壓U實(shí)
IN2 計(jì)算過的給定值（外部）
IN3 內(nèi)部設(shè)定值
IN5 內(nèi)部設(shè)定值
IN4 內(nèi)部設(shè)定值
I07 內(nèi)部設(shè)定值
I08 內(nèi)部設(shè)定值
OUT 輸出

2.3 電極升降系統(tǒng)PI工作原理
　 根據(jù)冶煉工藝要求來設(shè)定弧流I0(要求實(shí)現(xiàn)的電流值)、弧壓UO(變壓器五檔調(diào)壓)，電爐引弧期間，電極升降頻繁，怎樣使它既不斷弧又要在最佳工作狀態(tài)，我們引入了比例積分調(diào)整環(huán)節(jié)。
　 比例部分
　　 I實(shí)-　 IO/UO×U實(shí)×1.732=±I07
　　 I07×IN3=KP
式中，I實(shí)一實(shí)際電弧電流值；I　 O一設(shè)定電弧電流值；UO一變壓器五檔位選定電弧電壓值；U實(shí)一實(shí)際電弧電壓值；I07一運(yùn)算過的電流值；IN3一可調(diào)整的比例倍數(shù)；KP-比例系數(shù)(存放在功能塊DBl.DBDl2處)。
　 積分部分
　 IN4/IN5×DB1.DBD4=DBl.DBD8
　 (DBl.DBS×I07)+I08=DBl.DBD20
式中，IN4(DB6.DBD48)、IN5(DB6.DBD4)、 DBl.DBD4一可調(diào)整的積分時(shí)間常數(shù)：DBl.DBD8一積分時(shí)間常數(shù)；DBl.DBD20–積分
　 累加系數(shù)。
　 綜上所述,功能塊輸出OUT可表示為
　 OUT=DB1.DBD12+DB1.DBD20
式中，DBl.DBDl2一比例系數(shù)：DBl.DBD20一積分累加系數(shù)。
　 當(dāng)I07差值為正時(shí)證明實(shí)際弧流大弧壓低電極上升；為負(fù)時(shí)證明弧流小弧壓高電極下降。電極上升下降反應(yīng)速度由PI調(diào)節(jié)常數(shù)設(shè)定，比例、積分常數(shù)可根據(jù)不同情況進(jìn)行調(diào)整．在調(diào)試中修正。此外還有死區(qū)控制(又稱冶煉穩(wěn)定區(qū))，輸出值一旦進(jìn)入此區(qū)，系統(tǒng)自檢定為穩(wěn)弧區(qū)(電極波動(dòng)≈0)，也就是給定值、弧流、弧壓三個(gè)量關(guān)系的平衡，以保證弧流的穩(wěn)定。為防止斷弧還要有上升下降速度限幅，一般使上升、下降限幅值設(shè)為0.5：1即上升速度為下降速度的50％,此值可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整時(shí)要適當(dāng)改變比例、積分時(shí)間常數(shù)及上升下降速度限幅值，以保證電爐順利引弧并使冶煉電流平穩(wěn)。
　 本系統(tǒng)電極控制為液壓式．通過控制閥將電信號(hào)變換成液壓信號(hào)，用液壓缸直接移動(dòng)電極架的方式，由于消除了旋轉(zhuǎn)部分的慣性，所以起動(dòng)特性良好。從輸入信號(hào)給出以后，到電極達(dá)到最高速度的時(shí)間為40～80ms左右。
3 結(jié)語
　 此系統(tǒng)經(jīng)調(diào)試后現(xiàn)已正常運(yùn)行。系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，起弧快，冶煉平穩(wěn)。與傳統(tǒng)的模擬系統(tǒng)相比，具有控制精度高、可靠性強(qiáng)、故障率低、便于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。使得電爐冶煉質(zhì)量和自動(dòng)化程度都較過去發(fā)生了質(zhì)的飛躍。

工程機(jī)械行業(yè)一般來說工作環(huán)境惡劣，常常要在露天和強(qiáng)光照射下工作，灰塵、油污很多，因此要求此類機(jī)械設(shè)備具有很強(qiáng)的抗沖擊、抗振動(dòng)的能力。
K-TP178micro是西門子專門針對(duì)中國(guó)中小型自動(dòng)化產(chǎn)品用戶需求而設(shè)計(jì)的全新5.7in S7-200專用觸摸屏。它集中了同類產(chǎn)品的眾多優(yōu)點(diǎn)，功能強(qiáng)大、性能優(yōu)越、高可靠性、外表美觀、同時(shí)價(jià)格低廉，適合使用在眾多的自動(dòng)化設(shè)備上。K-TP178micro傾注了全球領(lǐng)先的設(shè)計(jì)理念、采用最先進(jìn)的HMI技術(shù)，選用最可靠的電子元器件，以及本地化的生產(chǎn)策略。K-TP178micro與S7-200 PLC完美結(jié)合，能給客戶提供最佳的解決方案。

K-TP178micro以其先進(jìn)強(qiáng)大的功能，穩(wěn)定可靠的質(zhì)量，低廉的價(jià)格和完善的服務(wù)廣泛應(yīng)用于紡織機(jī)械、工程機(jī)械、醫(yī)療制藥、空調(diào)制冷等行業(yè)，均受到最終用戶的好評(píng)。以下是K-TP178micro在不同行業(yè)的成功應(yīng)用案例。

紡織行業(yè)

1. 行業(yè)背景

紡織屬于勞動(dòng)密集型行業(yè)，工作環(huán)境惡劣，在工作環(huán)境中棉纖維塵埃多，常常因?yàn)樽钥卦O(shè)備的防塵效果不好導(dǎo)致控制設(shè)備電路板上灰垢很多，造成電路板散熱能力下降，因而導(dǎo)致電子元器件快速老化，或者直接造成電路板短路，從而減少了系統(tǒng)的使用壽命，增加了生產(chǎn)成本。觸摸屏是替代傳統(tǒng)控制面板和鍵盤的智能化操作顯示器，可利用參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)顯示、曲線、動(dòng)畫等形式監(jiān)控紡機(jī)的生產(chǎn)過程，通過顯示屏可顯示班次、產(chǎn)量、產(chǎn)量累計(jì)，并且有故障、安全控制顯示等，操作簡(jiǎn)易方便，提高故障處理效率以保證系統(tǒng)的正確運(yùn)行。

2. 紡機(jī)行業(yè)選擇西門子K-TP178 micro觸摸屏的理由

(1) 紡織行業(yè)工作環(huán)境差、生產(chǎn)車間內(nèi)往往溫度很高，尤其是在夏天溫度更高，這就要求控制系統(tǒng)具有在高溫下穩(wěn)定工作的能力。KTP-178 micro的功耗很小，散熱較少，而且自身散熱能力很好，所以能夠在高溫高環(huán)境下使用。

(2) 紡織行業(yè)生產(chǎn)車間內(nèi)有很多的棉纖維塵埃，這就要求控制系統(tǒng)具有較好的防塵能力，KTP-178 micro的外表面是一體式無縫設(shè)計(jì)，防護(hù)等級(jí)達(dá)到了IP65，具有很好的防塵和防水性能，這樣可以避免電路板上堆積灰垢，從而導(dǎo)致電路板短路或老化，大大提高觸摸屏的使用壽命。

(3) 觸摸屏+按鍵相結(jié)合的操作方式，使操作人員的操作更加靈活方便，同時(shí)，六個(gè)薄膜按鍵的壽命很長(zhǎng)，可以取代需要頻繁操作的物理按鈕，更加提高了觸摸屏的可靠性。

(4) 紡織行業(yè)遍及世界，紡機(jī)設(shè)備有很多出口的要求， KTP-178 micro觸摸屏支持32種語言組態(tài)，5種語言在線切換，能滿足設(shè)備出口的要求。

(5) 世界上很多知名的紡織機(jī)械企業(yè)都采用了高可靠性的西門子PLC以控制全面運(yùn)動(dòng)，這些公司所生產(chǎn)的設(shè)備代表了最先進(jìn)的紡織設(shè)備技術(shù)。而KTP-178 micro觸摸屏正是為西門子PLC專門設(shè)計(jì)的操作屏，能與西門子PLC完美結(jié)合，通過點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接完成與S7-200的通信，編程靈活快捷，最佳的性能價(jià)格比，節(jié)約用戶的生產(chǎn)成本。

工程機(jī)械行業(yè)

1. 行業(yè)背景

工程機(jī)械行業(yè)一般來說工作環(huán)境惡劣，常常要在露天和強(qiáng)光照射下工作，灰塵、油污很多，因此要求此類機(jī)械設(shè)備具有很強(qiáng)的抗沖擊、抗振動(dòng)的能力。另外，有一些設(shè)備需要有很高的可靠性，比如起重機(jī)等，否則會(huì)造成人員傷亡。

2. 工程機(jī)械采用K-TP178micro的理由

(1) 工程機(jī)械設(shè)備一般都在野外作業(yè)，工作地點(diǎn)環(huán)境惡劣，首先要求的是所有的部件都要具有較強(qiáng)的抗沖擊和抗振動(dòng)的能力，KTP-178 micro擁有先進(jìn)的硬件設(shè)計(jì)，所以具有很強(qiáng)的抗振能力，能勝任工程機(jī)械設(shè)備在野外惡劣環(huán)境下作業(yè)的要求。

(2) 工程機(jī)械設(shè)備一般在野外作業(yè)的時(shí)候，往往有很多的灰塵和油污，這就要求所有的部件都要具有較強(qiáng)的防塵、防水和防油污能力，KTP-178 micro的前面板采用一體式無縫設(shè)計(jì)，能很好的防塵、防水和防油污.

(3) 工程機(jī)械設(shè)備在野外作業(yè)，白天強(qiáng)光照射下，普通觸摸屏?xí)床磺?，KTP-178 micro選用了高亮度液晶顯示屏，即使在強(qiáng)光線照射下，也能很輕松地看清屏幕，進(jìn)行準(zhǔn)確的操作。

(4) 工程機(jī)械行業(yè)有一些設(shè)備需要有很高的可靠性，如起重機(jī)等，這就要求控制系統(tǒng)要有很高的可靠性，而西門子的產(chǎn)品以可靠性能著稱，不管是S7-200PLC還是KTP-178 micro觸摸屏都具有無與倫比的可靠性，可以解決用戶在安全性能上的后顧之憂。

(5) 同時(shí)，KTP-178 micro還具有高性能的32位ARM7CPU處理芯片，8M的超大內(nèi)存，使工程機(jī)械設(shè)備擁有快速的操作響應(yīng)時(shí)間。

空調(diào)制冷行業(yè)

1. 行業(yè)背景

空調(diào)設(shè)備常常工作在有較大溫差的環(huán)境中，時(shí)常會(huì)產(chǎn)生冷凝水，這就要求系統(tǒng)具有能夠使用在高溫或低溫，潮濕的環(huán)境中的能力。空調(diào)系統(tǒng)還需要24h不間斷工作，所以要求系統(tǒng)具有連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間高可靠的工作能力。另外，對(duì)于空調(diào)制冷行業(yè)，需要在工作現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置多個(gè)監(jiān)測(cè)和控制點(diǎn)，這樣就要求系統(tǒng)有較多的過程變量。

2. 空調(diào)系統(tǒng)采用K-TP178micro的理由

(1) 一般情況下，空調(diào)設(shè)備工作環(huán)境濕度較大，會(huì)產(chǎn)生較多的冷凝水，如果電器設(shè)備防水性能不好，會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)電路板短路，造成設(shè)備燒毀。KTP-178 micro觸摸屏內(nèi)部電路板具有防水絕緣涂層，極強(qiáng)的防潮能力，前面板采用一體式無縫設(shè)計(jì)，并擁有 IP65的防護(hù)等級(jí)，防水耐臟，能夠適用于濕熱的工作環(huán) 境。

(2) 空調(diào)行業(yè)往往需要24h不間斷的工作，KTP-178 micro觸摸屏采用了最可靠的電子部件，具有超長(zhǎng)的使用壽命，并與高度可靠的西門子S7-200PLC完美結(jié)合，能夠滿足空調(diào)系統(tǒng)的24h不間斷工作的要求。

(3) 空調(diào)系統(tǒng)需要在工作現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置多個(gè)監(jiān)測(cè)和控制點(diǎn)，這樣就要求系統(tǒng)有較多的過程變量，KTP-178 micro設(shè)計(jì)了超大的用戶程序存儲(chǔ)空間（1MB），允許組態(tài)高達(dá)1000個(gè)過程變量，2000條警報(bào)消息和500個(gè)過程畫面，能夠很好的滿足空調(diào)系統(tǒng)的要求。

醫(yī)療設(shè)施行業(yè)

1. 行業(yè)背景

醫(yī)療行業(yè)有很好的工作環(huán)境，一般都工作在溫度濕度適宜的室內(nèi)，但是醫(yī)療設(shè)施對(duì)其部件有著很高的要求，技術(shù)先進(jìn)、運(yùn)行可靠、外觀精致。還有一些設(shè)備需要工作在高溫、低溫或者是潮濕的環(huán)境中，要求各種部件要有防潮、防水、耐高低溫的性能。

采用K-TP178micro的理由

(1) 大多醫(yī)療設(shè)備都是很昂貴的產(chǎn)品，對(duì)其部件有著很嚴(yán)格的要求，首先要有最先進(jìn)的技術(shù)，西門子擁有強(qiáng)大的研發(fā)技術(shù)隊(duì)伍，西門子的產(chǎn)品很多都代表了當(dāng)今各個(gè)領(lǐng)域的最高水平，KTP-178 micro觸摸屏也不例外，其采用32位ARM7 CPU處理芯片，8M的系統(tǒng)內(nèi)存，在硬件上保證了其先進(jìn)性。

(2) 醫(yī)療設(shè)備要求其部件高可靠性。KTP-178 micro具有先進(jìn)的硬件設(shè)計(jì)，更優(yōu)秀的軟件平臺(tái)，選用高品質(zhì)的電子元器件，采取最高超的生產(chǎn)工藝，這些都保證了其運(yùn)行的可靠性。不但如此，KTP-178 micro還具有抗干擾能力強(qiáng)、液晶顯示清晰，超常的使用壽命等眾多優(yōu)點(diǎn)。

(3) 醫(yī)療設(shè)備對(duì)其部件的外觀也有很高的要求，KTP-178 micro的外觀設(shè)計(jì)精美大方，符合很多人的審美觀點(diǎn)。

(4) 另外，觸摸屏+功能按鍵相結(jié)合的操作方式，LED顯示操作屏與PLC通信狀態(tài)，使用戶操控起來更加便捷

2.2 系統(tǒng)的監(jiān)控范圍
◆ 船閘上、下閘首閘門自動(dòng)監(jiān)控；
◆ 上、下游及閘室內(nèi)水位自動(dòng)監(jiān)測(cè)；
◆ 閘門位置及狀態(tài)的實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測(cè)；
◆ 啟閉機(jī)房設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測(cè)；
◆ 通航燈的自動(dòng)控制；

3. 船閘閘門自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則與要求
（1） 實(shí)用性與先進(jìn)性。在方案設(shè)計(jì)中特別強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的實(shí)用性與先進(jìn)性相結(jié)合。在確保實(shí)用效益的基礎(chǔ)上，采用成熟的自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、安全防范技術(shù)。
（2） 可靠性與安全性。根據(jù)《水閘技術(shù)管理規(guī)程》SL75-94、《水閘工程管理設(shè)計(jì)規(guī)范》SL170-96等規(guī)范要求，選用合理設(shè)備，設(shè)計(jì)高可靠性的軟、硬件控制系統(tǒng)，使船閘的控制更安全可靠。
（3） 經(jīng)濟(jì)性和可擴(kuò)展性。在滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求的前提下，選用性價(jià)比高的傳感器設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備及通信設(shè)備。所采用的設(shè)備要充分考慮易升級(jí)換代，并且在升級(jí)時(shí)可以最大限度地保護(hù)原有的硬件設(shè)備和軟件投資。
3.2 系統(tǒng)主要設(shè)備的選型
（1） 主回路供電采用帶電分勵(lì)的空氣開關(guān)，可用于現(xiàn)場(chǎng)無人職守的遠(yuǎn)程操作方式。該裝置動(dòng)作可靠并有過載、欠壓、短路保護(hù)功能，且可以通過控制回路分勵(lì)控制，增加系統(tǒng)對(duì)電機(jī)的保護(hù)措施。在現(xiàn)場(chǎng)無人職守情況下，起到在電機(jī)停機(jī)后接觸器異常觸點(diǎn)粘連情況下，自動(dòng)分?jǐn)嚯姍C(jī)主回路，保護(hù)電機(jī)的作用。
（2） 閘門啟閉機(jī)主回路的電源通斷采用交流接觸器控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)。
（3） 控制回路采用PLC控制。本系統(tǒng)采用的PLC為德國(guó)西門子公司的S7-200系列。具體配置如下。CPU：CPU226(24點(diǎn)DI，16點(diǎn)DO)；DI：EM221(8點(diǎn)) ；DO：EM222(8點(diǎn))；AI：EM231(4路)；以太網(wǎng)模塊：CP243-1；中文文本顯示器：TD200；編程軟件：STEP 7-Micro/WIN。該型號(hào)CPU具有2個(gè)RS-485串行通信口。一個(gè)串口采用Profibus總線協(xié)議與TD200顯示器通信，另一個(gè)串口用來編程，系統(tǒng)通過CP243-1的以太網(wǎng)口，采用TCP/IP協(xié)議與系統(tǒng)上位機(jī)通信，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程自動(dòng)監(jiān)控。
（4） 船閘閘門現(xiàn)地監(jiān)控單元的操作面板上有手動(dòng)、自動(dòng)、檢修三檔轉(zhuǎn)換開關(guān)，用來設(shè)置閘門的控制狀態(tài)；手動(dòng)狀態(tài)時(shí)閘門的上升、下降、停止由面板上的按鈕控制；可以通過面板上的中文顯示器查 看各閘門的當(dāng)前開啟高度及上下游和閘室內(nèi)的水位值。
（5） 閘門開度傳感器和船閘上、下游水位傳感器均選用格雷碼機(jī)械編碼式傳感器，該傳感器數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、穩(wěn)定、誤差小、可靠性高、工作壽命長(zhǎng)。
（6） 船閘內(nèi)水位采用康宇測(cè)控儀表KYB900壓力式水位傳感器。上下游水位考慮到進(jìn)出船只造成的影響，采用的是德國(guó)VEGA的超聲波液位計(jì)。輸出4-20mA模擬量信號(hào)。
3.3 主回路與控制回路設(shè)計(jì)
船閘分上閘首和下閘首二個(gè)啟閉機(jī)房，各配備一臺(tái)閘門現(xiàn)地監(jiān)控單元。由于上下閘首監(jiān)控單元工作原理相似，本文僅對(duì)上游監(jiān)控單元做介紹。
該系統(tǒng)可采用手動(dòng)控制和自動(dòng)控制二種工作方式，其控制原理說明如下
（1） 手動(dòng)控制。將控制機(jī)柜面板上的轉(zhuǎn)換開關(guān)置于手動(dòng)位置,當(dāng)按下上升按鈕時(shí)，交流接觸器1得電，其觸點(diǎn)閉合，啟閉機(jī)電路接通，電機(jī)正轉(zhuǎn)，閘門上升。當(dāng)按下停止按鈕或閘門到上限位時(shí)控制回路斷開，電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)；當(dāng)按下下降按鈕，交流接觸器2得電，其觸點(diǎn)閉合，閘門啟閉機(jī)電路接通，電機(jī)反轉(zhuǎn)，閘門下降。當(dāng)按下停止按鈕或閘門到下限位時(shí)控制回路斷開，電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。
（2） 自動(dòng)控制。先將控制機(jī)柜面板上的轉(zhuǎn)換開關(guān)置于自動(dòng)位置，當(dāng)中心控制室需要控制閘門運(yùn)行時(shí)，由上位機(jī)發(fā)送命令，當(dāng)命令為上升控制時(shí)，PLC控制相應(yīng)中間繼電器觸點(diǎn)閉合，使交流接觸器1得電，其觸點(diǎn)閉合，閘門啟閉機(jī)電路接通，電機(jī)正轉(zhuǎn)，閘門上升。當(dāng)上位機(jī)發(fā)送停止命令或閘門到上限位時(shí)控制回路斷開，電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)；當(dāng)發(fā)送下降命令時(shí)，PLC控制相應(yīng)中間繼電器觸點(diǎn)閉合，交流接觸器2得電，其觸點(diǎn)閉合，閘門啟閉機(jī)電路接通，電機(jī)反轉(zhuǎn)，閘門下降。當(dāng)上位機(jī)發(fā)送停止命令或閘門到下限位時(shí)控制回路斷開，電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。

3.4 系統(tǒng)功能：
3．4．1現(xiàn)地監(jiān)控單元功能：
① 接收上位機(jī)調(diào)度運(yùn)行命令，發(fā)送現(xiàn)場(chǎng)采集的各類設(shè)備運(yùn)行實(shí)時(shí)參數(shù)與狀態(tài)信號(hào)。
② 根據(jù)上位機(jī)指令可進(jìn)行上、下扉門、通航燈的控制。具有安全連鎖功能。
③ 船閘閘門控制范圍為從全關(guān)到全開、或從全開到全關(guān)。在中間任何位置可允許進(jìn)行緊急停止操作。
④ 系統(tǒng)具有多重聯(lián)鎖功能，具有開、關(guān)、停故障報(bào)警等功能。有效地保障了系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的安全運(yùn)行。
⑤ 根據(jù)上下游水位及通航要求，對(duì)上下游水位及閘室內(nèi)水位進(jìn)行水位平信號(hào)的檢測(cè)，并將該信號(hào)與上下閘首及扉門的控制進(jìn)行聯(lián)鎖，以防誤動(dòng)作。自動(dòng)控制船閘的上行、下行的自動(dòng)操作。同時(shí)自動(dòng)控制通航紅綠燈，確保通航安全。
船閘監(jiān)控系統(tǒng)中從上游經(jīng)過船閘駛往下游時(shí)上閘首的整體控制流程如圖2所示。上閘首動(dòng)作完成后，下閘首開始動(dòng)作，其過程與上閘首相似。當(dāng)船從下游經(jīng)過船閘駛往上游時(shí)整體控制流程與圖2相似，此處不再贅述。

3．4．2 上位機(jī)功能：
① 采集現(xiàn)地監(jiān)控單元設(shè)備運(yùn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。采集上下游、船閘內(nèi)水位信號(hào)，船閘上、下閘首和上下扉門開度信號(hào)。
② 動(dòng)態(tài)顯示船閘的操作過程。
③ 顯示水位動(dòng)態(tài)曲線。
④ 具有船閘啟、閉運(yùn)行自動(dòng)記錄功能。
⑤ 編制打印運(yùn)行日志、月志、年統(tǒng)計(jì)表。
⑥ 保留系統(tǒng)原手動(dòng)操作功能。
⑦ 建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫及歷史數(shù)據(jù)庫。
⑧ 具有查詢，報(bào)警功能。
⑨ 具有良好的中文人機(jī)界面。
4. 結(jié)束語
西門子S7-200在東河船閘監(jiān)控系統(tǒng)中的成功應(yīng)用，其重要功能發(fā)揮體現(xiàn)在：
1、 充分利用西門子S7-200的高可靠性和開放性，在通訊上發(fā)揮S7-200以太網(wǎng)OPCSERVER方式實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)進(jìn)行通訊，使得監(jiān)控在數(shù)據(jù)交換上有了快而穩(wěn)的優(yōu)勢(shì)。
2、 TD200和S7200CPU可在同一平臺(tái)上進(jìn)行組態(tài)，減化工程師編程維護(hù)的工作量。且TD200無論是菜單屏還是報(bào)警消息，都可以嵌入CPU數(shù)據(jù)變量，并且數(shù)據(jù)是作為地址單元間接訪問，因此數(shù)據(jù)地址不會(huì)隨消息的修改（甚至翻譯）而改變。
3、 充分利用S7-200可為每一路模擬量輸入選擇軟件濾波器。且選用的S7-200的模擬量濾波功能不必再另行編制用戶的濾波程序。方便有效地解決了現(xiàn)場(chǎng)河水的水位和咸度數(shù)據(jù)采集波動(dòng)帶來的影響。
該系統(tǒng)自2004年7月投入運(yùn)行以來，運(yùn)行狀況良好，在中心控制室可以利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)上下閘首的閘門全程控制，并能在計(jì)算機(jī)上監(jiān)測(cè)到閘門設(shè)備狀態(tài)，故障情況以及上下游水位等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。從而使工作人員對(duì)閘門的運(yùn)行控制及時(shí)準(zhǔn)確，也改善了工作環(huán)境和工作強(qiáng)度。是一個(gè)運(yùn)行可靠的船閘自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)。

用戶服務(wù)部（內(nèi)置modem） CPU224+EM241+EM235
注：如果上位機(jī)采用筆記本電腦，則可在任何地方只需接上電話線就可直接拔號(hào)聯(lián)接。
三、 控制系統(tǒng)編程說明：
因本人此次要重點(diǎn)描述的對(duì)象是EM241調(diào)制解調(diào)器模塊，故不再對(duì)中央空調(diào)機(jī)組本身的控制過程進(jìn)行贅述，只提供一個(gè)簡(jiǎn)單的程序流程圖（如下圖）。

在西門子編程軟件（Microwin32 V3.2版）中，具有EM241調(diào)制解調(diào)器模塊的配置向?qū)?，所以?duì)原來的程序改動(dòng)量降到了最小，只需直接在以上版本的編程軟件中打開原有的PLC程序，并對(duì)其進(jìn)行配置，配置時(shí)選取《啟用CPU至CPU數(shù)據(jù)傳輸》，并在“電話號(hào)碼”選項(xiàng)中填入特定的具備來電顯示功能的電話號(hào)碼和電話號(hào)碼的保存符號(hào)。在“數(shù)據(jù)傳輸”選項(xiàng)中增加一個(gè)新傳輸，并為該新傳輸定義一個(gè)符號(hào)名稱。配置完成后，在指令樹下的“調(diào)用子例行程序”下，會(huì)自動(dòng)生成兩個(gè)子例行程序MOD0-CTRL和MOD0-XFR，然后，在主程序中加入以上兩個(gè)例行子程序的調(diào)用程序，所以非常方便。具體程序如下：
NETWORK 1
LD SM0.0
CALL MOD0_CTRL
NETWORK 2
LD SM0.0
= L60.0
LD M17.0
EU
= L63.7
LD L60.0
CALL MOD0_XFR, L63.7, ww, gg, M0.0, VB10
。。。。。。。。
四、 總結(jié)：
中央空調(diào)產(chǎn)品的使用場(chǎng)合非常廣泛，所以設(shè)備的及時(shí)維護(hù)顯的特別重要。比如在賓館或一些高檔娛樂場(chǎng)所，如果在高溫天氣出現(xiàn)空調(diào)停機(jī)而不能及時(shí)進(jìn)行修復(fù)或維護(hù)，很有可能就會(huì)導(dǎo)致客戶的投訴而影響公司的聲譽(yù)。在此之前，我公司為了最大程度地贏得客戶滿意，在產(chǎn)品的售后服務(wù)及已售產(chǎn)品的日常維護(hù)方面投入了極大的人力物力財(cái)力，其中有非常大一部分是可以節(jié)省下來的。比如由于用戶對(duì)機(jī)組操作的不熟練而導(dǎo)致參數(shù)設(shè)定錯(cuò)誤或反應(yīng)的故障現(xiàn)象不準(zhǔn)確或不能具體地反應(yīng)故障現(xiàn)象，而公司為了能使用戶滿意，不管用戶有多遠(yuǎn)也會(huì)立即派售后服務(wù)人員去現(xiàn)場(chǎng)解決問題，而到現(xiàn)場(chǎng)之后卻只是修改了一下參數(shù)或是一些操作上的問題，這不但耽擱了寶貴的時(shí)間而且費(fèi)財(cái)費(fèi)力。而現(xiàn)在，公司用戶服務(wù)部門可以在客戶還不知道的情況下，就已提前確切了解了現(xiàn)場(chǎng)機(jī)組的運(yùn)行情況，并準(zhǔn)確無誤地判斷出問題所在。并且有很多問題通過電話與對(duì)方設(shè)備維護(hù)人進(jìn)行溝通后，第一時(shí)間解決了問題，使用戶滿意度實(shí)現(xiàn)了大幅度提高，而且還節(jié)省下了大筆的售后服務(wù)費(fèi)用。