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西门子PLCS7-300系列
小型机: 小型机的控制点一般在256点之内,适合于单机控制或小型系统的控制。
西门子小型机有S7-200：处理速度0.8~1.2ms ；存贮器2k ；数字量248点；模拟量35路 。
中型机:中型机的控制点一般不大于2048点,可用于对设备进行直接控制，还可以对多个下一级的可编程序控制器进行监控，它适合中型或大型控制系统的控制。
西门子中型机有S7-300：处理速度0.8~1.2ms ；存贮器2k ；数字量1024点；模拟量128路 ；网络PROFIBUS；工业以太网；MPI。
大型机：大型机的控制点一般大于2048点,不仅能完成较复杂的算术运算还能进行复杂的矩阵运算。它不仅可用于对设备进行直接控制，还可以对多个下一级的可编程序控制器进行监控。

西门子PLCS7-400系列
西门子大型机有S7-400 ：处理速度0.3ms / 1k字；
存贮器512k ；I/O点12672；
控制性能
可以分为高档机、中档机和低档机。
低档机
这类可编程序控制器，具有基本的控制功能和一般的运算能力。工作速度比较低，能带的输入和输出模块的数量比较少。
比如，德国SIEMENS公司生产的S7-200就属于这一类。
中档机
这类可编程序控制器，具有较强的控制功能和较强的运算能力。它不仅能完成一般的逻辑运算，也能完成比较复杂的三角函数、指数和PID运算。工作速度比较快，能带的输入输出模块的数量也比较多，输入和输出模块的种类也比较多。
比如，德国SIEMENS公司生产的S7-300就属于这一类。
高档机
这类可编程序控制器，具有*的控制功能和*的运算能力。它不仅能完成逻辑运算、三角函数运算、指数运算和PID运算，还能进行复杂的矩阵运算。工作速度很快，能带的输入输出模块的数量很多，输入和输出模块的种类也很全面。这类可编程序控制器可以完成规模很大的控制任务。在联网中一般做主站使用。
比如，德国SIEMENS公司生产的S7-400就属于这一类。

结构
整体式
整体式结构的可编程序控制器把电源、CPU、存储器、I/O系统都集成在一个单元内，该单元叫做作基本单元。一个基本单元就是一台完整的PLC。

plc结构
控制点数不符合需要时，可再接扩展单元。整体式结构的特点是非常紧凑、体积小、成本低、安装方便。
组合式
组合式结构的可编程序控制器是把PLC系统的各个组成部分按功能分成若干个模块，如CPU模块、输入模块、输出模块、电源模块等等。其中各模块功能比较单一，模块的种类却日趋丰富。比如，一些可编程序控制器，除了－些基本的I/O模块外，还有一些特殊功能模块，像温度检测模块、位置检测模块、PID控制模块、通讯模块等等。组合式结构的PLC特点是CPU、输入、输出均为独立的模块。模块尺寸统一、安装整齐、I/O点选型自由、安装调试、扩展、维修方便。

 

西门子SIMATIC S7-1200是一款紧凑型、模块化的PLC，可完成简单逻辑控制、逻辑控制、HMI 和网络通信等任务 。

单机小型自动化系统的解决方案。 对于需要网络通信功能和单屏或多屏HMI的自动化系统，易于设计和实施。

具有支持小型运动控制系统、过程控制系统的应用功能

新的模块化SIMATIC S7-1200控制器是我们新推出产品的核心，可实现简单却高度的自动化任务。SIMATIC S7-1200 控制器实现了模块化和紧凑型设计，功能*、投资安全并且*适合各种应用。

可扩展性强、灵活度高的设计，可实现标准工业通信的通信接口以及一整套*的集成技术功能，使该控制器成为完整、全面的自动化解决方案的重要组成部分。

使用*集成的新工程组态 SIMATICSTEP 7 Basic，并借助 SIMATIC WinCC Basic 对 SIMATIC S7-1200 进行编程。SIMATIC STEP 7 Basic 的设计理念是直观、易学和易用。这种设计理念可以使您在工程组态中实现效率。一些智能功能，例如直观编辑器、拖放功能和“IntelliSense”（智能感知）工具，能让您的工程进行的更加迅速。这款新软件的体系结构源于对未来创新的不断追求，西门子在软件开发领域已经有很多年的经验，因此 SIMATIC STEP 7 的设计是以未来为导向的 。 SIMATIC S7-1200 系统有五种不同模块，分别为 CPU 1211C、CPU 1212C 、 CPU 1214C、CPU1215C和CPU1217C。其中的每一种模块都可以进行扩展，以*您的系统需要。可在任何 CPU 的前方加入一个信号板，轻松扩展数字或模拟量 I/O，同时不影响控制器的实际大小。可将信号模块连接至 CPU 的右侧，进一步扩展数字量或模拟量 I/O 容量。CPU 1212C 可连接 2 个信号模块，CPU 1214C 、CPU1215C和CPU1217C可连接 8 个信号模块。，所有的 SIMATIC S7-1200 CPU 控制器的左侧均可连接多达 3 个通讯模块，便于实现端到端的串行通讯。

1.引言
    现地监控系统是黄河引黄涵闸工作现场的核心环节，其安全可靠的运行是涵闸正常高效工作的保证。在引黄涵闸传统的现地监控制系统中,控制功能是采用按钮-接触器线路，通过按钮操作从硬件上实现启闸和闭闸的。由于电气触点数量多,控制手段落后，难以达到所期望的闸门开度；而工作现场的参数测量手段也极其落后，基本上是采用一些简单的机械测量机构，有的数据甚至要依靠操作人员凭经验进行估算。黄河水量的调度管理主要依靠行政手段和传统的调度方法凭经验进行，工作效率不高。这显然无法满足黄河水资源可持续利用的要求。
    使用可编程控制器（PLC）是工业自动化的重要手段,本文提出采用PLC对引黄涵闸传统的现地监控系统进行自动化改造,并保留原有手动系统，实现了涵闸手动控制/PLC自动控制的切换。改造完成后的系统，即PLC监控系统主要控制逻辑由PLC实现,通过控制程序从软件上实现启闭闸，可靠性高；工作现场的参数测量则采用精密的传感器，将测量的信息实时地传给PLC进行处理，从而得到我们需要的数据，准确性高。该系统的组成为模块化结构,采用可编程序的控制器,一旦工作现场发生变化，只需修改控制程序即可,系统维护也变得十分方便。
    PLC现地监控系统的建成有利于对涵闸进行安全可靠的控制，有利于对黄河水资源进行科学的调度管理。同时，它也是实现黄河引黄涵闸远程监控的基础。

2.PLC监控系统的主要功能及系统组成
2.1 系统主要功能
    （1）完成对涵闸基础数据信息的采集和处理，数据信息的显示则由和PLC相连的触摸屏来完成。这些信息包括水位、闸位、电压、电流等。
    （2）通过触摸屏和PLC控制系统实现闸门升降过程的自动化控制。
    （3）具有过压、过流、过载、上下限位等保护功能。当系统出现过压、过流、过载、到达上下限位等故障时，一方面通过PLC控制程序实现自动关闸，另一方面给出报警指示信息，使控制间的操作人员能及时采取相应措施。
    （4）本系统的控制部分是将传统的手动控制回路和PLC自动控制回路相结合，现地操作人员通过一组切换开关实现手动控制/PLC控制方式的转换。在手动控制方式下，现地操作人员通过按钮启闭闸门；在PLC控制方式下，借助触摸屏可以实现闸门的自动启闭控制。
2.2 系统组成
    涵闸PLC监控系统由控制核心设备——带以太网接口的可编程逻辑控制器（PLC）、综合显示控制屏（触摸屏）、电气主回路设备、控制回路设备、自动化元器件等装置构成。本系统采用施耐德Momentum系列PLC。
    涵闸启闭机电气主回路设备、控制回路设备包括启闭机、交流接触器线圈、继电器等电气与执行机构。自动化元件主要包括闸位计、荷重传感器和水位计等。
    采用触摸屏来操作和显示有关参数。触摸屏和PLC之间通过RS485接口通信。以下是涵闸PLC现地监控系统总体结构示意图（图1）：

3.PLC监控系统硬件设计
3.1 输入输出点分析
    以二孔涵闸为例，工作现场开关输入量有手动控制/PLC控制信号、上下限位信号、接触器和断路器辅助触点的状态信号等。模拟量输入信号有水位、荷重、电压、电流、温湿度等。开关输出量为控制中间继电器及驱动声光报警器的信号。
3.2 涵闸电气主回路设计图
    电气主回路的的核心部分是用两组接触器触点来控制电机的正反转，从而实现涵闸闸门的上升和下降。主回路上的断路器带有分励脱扣线圈，可以实现电机的紧急停机。电路设计图如下（图2）： 

3.3 涵闸电气控制回路设计图
    控制回路的电源是经UPS稳压后的220V交流电。控制回路上有一个转换开关，它可以实现手动控制/PLC控制的切换。控制电机的两组接触器线圈KM1和KM2的常闭触点是互锁的，这种互锁的方式可以避免因按钮的误动作造成上升和下降接触器线圈同时接通而产生的主回路短路故障。控制回路图如下（图3）：

3.4 PLC回路设计图
    根据上述的I/O点分析，PLC回路图设计如下（图4）：

4.PLC监控系统软件设计
    软件要实现的功能除了对工作现场的数据信息进行采集和处理外，核心的环节就是闸门启闭的控制逻辑了。闸门的自动启闭是通过比较闸位（即闸门高度）设定值和闸位当前值后，操作员给出上升或下降控制指令，由控制程序实现的。闸门在上升或下降之前，系统给出10秒的声光报警信号。以下是闸门启闭的逻辑框图：

    根据系统软件的设计要求以及闸门启闭的逻辑框图,可以编写出实现监控系统要求的984LL程序（程序在Concept组态环境下编写，是一种梯形逻辑）。以下是监控系统部分控制程序。
4.1 当前闸位检测
    闸位计采用倍加福公司生产的编码器。该编码器是多圈值型。单圈的位置信息有13位，圈数信息有12位。共25位，如下所示：

    由于25位数据信息被PLC读取后，占用PLC的2个字（32 bits）的内存。检测闸位的关键在于对上述25位数据信息的处理。在精度允许的情况下，可以考虑采用移位的方法，将圈数信息和位置信息移到一个字的内存里，这样方便了处理。以下的程序中，地址400411和400412的内存中存放的圈数和位置信息整体右移了5位，这样圈数和位置信息都放进了地址400412的内存中，圈数8位，位置8位。这样处理虽然丢失了一些信息，但是对闸位检测来说，依然可以达到很高的精度，而且极大地方便了处理。经处理后，当前闸位存放在地址为400112的内存中。闸位检测及处理程序如下：

4.2当前闸位与闸位设定值的比较
    实现PLC对闸门自动启闭的控制，其关键是当前闸位和设定闸位的实时比较。以下程序中，闸位设定值放在地址为400111的内存中，它是通过触摸屏输入的，当前闸位在400112中。其比较结果将辅助线圈000111和000112置位，这些辅助线圈常开触点的状态即为闸门上升或下降的控制指令信息。当闸位当前值与设定值相等时，线圈被复位，闸门停止动作。图中的000710、000316等地址存放的是系统辅助触点的状态值，比如限位开关的状态等。

5.关键问题的解决
5.1 手动/PLC控制的切换 
    PLC与传统手动控制系统的衔接方法是,在手动回路与PLC控制回路之间设置切换开关。现地自动启闭闸门时采用PLC自动控制系统;当PLC控制系统发生故障或者有其他特殊因素时采用手动控制系统. 
5.2 安全的保护机制
    现地监控系统除了有过压、过流、过载及限位保护外，还应在主回路设置带分励脱扣线圈的断路器，保证在紧急情况下能使系统紧急断电。同时，两组接触器辅助触点的状态可作为开关输入量接入PLC。通过判断接触器当前状态的合法性,可大大减少接触器故障引发的事故。
5.3 稳压及信号的防雷措施
    为了保证PLC控制系统安全、可靠的的运行，对系统供电电源应采取稳压措施，对输入信号应采取防雷措施。
5.4 程序的调试和保存
    监控系统能否安全可靠运行,硬件配置很重要,软件同样很重要。在PLC监控系统中,为了达到设计要求,程序需要反复调试。程序调试完毕后,为了避免控制程序在系统断电后丢失,一定要将程序写进PLC的FLASH存储器中.
 
6.结束语
    与传统按钮-接触器手动控制系统结合,采用PLC实现涵闸启闭的自动控制,增加控制功能,提高系统性能,实现高效自动化生产，其关键是充分发挥PLC的优势,利用其综合监控机制,解决好通信、保护等问题,实现系统手动控制/PLC自动控制的良好切换,提高整个监控系统的综合性能,达到高效生产的目的。