上海西门子S7-1200代理商

1． 引言
随着生产力的发展和自动化水平的提高，在越来越多的控制系统中需要灵活可靠的微型控制系统。M40DR是V80系列小型PLC中的CPU单元，它具有24路输入回路、16路继电器输出回路。具有功能丰富、可靠性高、自我知识产权、自主品牌及本地化服务等特点，目前已被广泛应用于各种控制领域，实现逻辑、步进、数字、模拟量等的自动控制。V80系列PLC提供了功能强大的运动控制功能块，可实现灵活的过程控制。本文以自动读卡机系统为例，介绍V80系列PLC的脉冲输出功能。

2． 脉冲输出功能设置及模式
V80有两路独立的高速脉冲输出接口，每路脉冲输出有两种输出模式可选择，即：PWM模式和PTO模式。
2.1 PWM模式
PWM模式是指输出任意占宽比的无限个数的脉冲序列。通过调用PWM设置功能块（PWMSET）可以选择脉冲输出工作在PWM模式。
在设置好相关参数后，调用脉冲输出运行功能块（PLSRUN）就能把新设置好的PWM波形输出去。图1是设置脉冲输出回路1为PWM输出模式的一个例子。

2.2 PTO模式
PTO模式是指输出等占宽比的有限个数的脉冲序列。根据不同的情况又有3种不同的参数设置方式，见表格1。
用户可以根据实际需要选择某种设置模式来设置PTO。
在设置好相关参数后，调用脉冲输出运行功能块（PLSRUN）就能把新设置好的PTO波形输出去。下面将结合一个自动读卡机控制系统的案例来具体阐述脉冲输出PTO的使用。

3． 自动读卡机控制系统的梯形图设计及编程范例
3.1自动读卡机系统简述

自动读卡机系统由上位机、V80-M40DR、两个步进电机及机械系统组成（参见图2）。上位机与PLC之间进行通讯，完成对PLC的编程，以及命令控制和过程监控，PLC用于控制2个步进电机的动作。具体的工艺流程是：上位机发“推卡”命令，PLC做出相应的控制，并且由脉冲输出接口1驱动电机1把卡推放到工作台，然后等待上位机进行数据读写处理；接着上位机根据读写情况，发“好卡” 或“坏卡”命令，PLC由脉冲输出接口2驱动电机2把卡推放到目标位置。要使电机以一个比较“平稳运动”的方式运作，电机应该从一个比较低的速度平稳加速到目标速度，再以目标速度匀速运行一定时间后，然后平稳减速到停止，V80系列PLC的PTO包络输出方式能很好满足平稳运动的性能要求。本系统中还需配合电机的运动做一些与顺序相关的其它I/O的控制，本系统将采用V80的CAM功能块来完成此项任务。
3.2自动读卡机系统编程范例
1） 初始化程序
利用扫描标志调用一个子程序，在子程序中初始化脉冲输出参数。参见图3、图4。

图3. 扫描标志调用子程序1

图4.子程序1中初始化电机参数

2） 电机的控制

图5.PLC判断是否接收到新命令

图6.收到新命令后重启定时器

参见图5、图6。选定一个用户变量单元来（40020）保存每次上位机发来的命令字，并与上一次保存的命令字（40030）做比较，当命令字有变化，则表明有新命令，否则就没有新命令。有新命令时，重启一个定时器（41103）由0开始计数。即开始一个新的控制过程。
图6中，CAM功能块的作用是：把定时器（41103）的当前值与一系列用户设定目标值相比较（用户设定目标值的首地址是41200），比较的情况反映在从00065单元开始的目标单元中。
利用CAM的输出可以控制电机的重新开始运行或相应的I/O。在已经运行了PLSRUN功能块后，只要重新设置一下PTO设置功能块，就可使脉冲序列再次输出。参见图7。

图7. 电机和IO的控制

4． 结束语
该系统通过本身具有的高速脉冲输出功能有效地解决了运动控制配置复杂、开发成本高等问题，在客户中获得良好的评价。V80系列PLC以其脉冲输出功能的灵活性及其实用性，使其在以简单运动控制为特征的机械加工领域开拓了广阔的市场空间。

0 引言
水电站溢洪门监控系统采用计算机监控的模式，实现闸门监控系统与电站计算机监控系统、水情测报系统、水务管理系统进行通信，上传电站闸门系统的详细监控信息并接受电站计算机监控系统、水情测报系统、水务管理系统对闸门的远控指令。

为保证电站运行过程的安全性，可靠性，提高电站的自动化水平，控制系统采用目前广泛应用并取得良好效果的基于可编程逻辑控制器（PLC）的控制系统。其中PLC选用的是某公司的S7-400H及S7-300系列产品，以实现对弧形闸门以及其相关辅助设备的控制。

1 系统综述
溢洪门监控系统采用开放性的分层分布式系统结构，当系统中任何一部分设备发生故障时，系统整体以及系统内的其他设备仍能继续正常工作且功能不会额外减少。溢洪门监控系统在满足可靠性和实用性的前提下体现先进性，采用成熟、可靠、标准化的硬件、软件设备，满足响应速度快、可靠性和可用率高、可维护性好以及先进、经济、灵活和便于扩充等要求。具有逐步向无人值班阶段过渡的良好基础和平台。

系统有以下特点：1）本系统高度可靠、冗余，其本身的局部故障不影响现场设备的正常运行。2）系统为全分布、全开放系统，既便与功能和硬件的扩充，又能充分保护应用资源和投资，分布式数据库及软件模块化、结构化设计，使系统能适应功能的增加和规模的扩充，并能自诊断。3）实时性好、抗干扰能力强。4）人机接口界面友好，操作方便。5）监控系统自动或根据运行人员的命令，通过屏幕显示器实时显示电站主要系统的运行状态，有关运行水力参数，主要设备的操作流程，事故、故障报警信号及有关参数和画面。

2 系统组成
电站溢洪门监控系统设备由溢洪门主控级和现地控制设备层二部分组成。其网络结构如图1所示。

2.1闸门自动监控系统主控级
闸门主控级设备主要负责集中监视、集中控制、运行记录和指导、自诊断、培训及开发、通信等方面的功能实现。通过主控级这些功能达到集中控制溢洪门的各现地设备的目的。

主控级设备配置如下：溢洪门主控级计算机及外围设备；报警装置；网络设备；安全隔离装置；UPS电源；黑白喷墨式打印机；彩色激光打印机；监控系统所有设备之间所需的连接屏蔽电缆、光缆、适配器、光电转换器以及其他附件。主控制级上位机设备均采用品牌。主控级计算机采用高性能DELL工作站。网络交换机采用某INS-801以太网交换机，用于连接溢洪门LCU和主控级计算机。

主控级功能：自动监控系统能迅速、准确有效地完成对被控对象的安全监控。主控级具有数据采集与处理，实时控制、参数设定、监视、记录、报表、运行参数计算、通信控制、系统诊断、软件开发和画面生成、系统扩充（包括硬件、软件）、运行管理和操作指导等功能。

2.2现地控制设备层
系统配置溢洪门LCU单元，LCU单元与溢洪门现地控制设备连接，将各现地控制柜采集的电机运行状态、故障报警、机械限位和闸门开度值等数据上送至上位机，进行监视。并下发上位机的集中控制命令，对闸门进行开启/关闭/停止控制。

溢洪门LCU单元PLC采用某S7-412H系列PLC和7.5″TFT彩色液晶触摸屏作为系统的核心控制器件，PLC含冗余电源、冗余 CPU，高度可靠的保障系统安全稳定运行。溢洪门LCU单元功能有数据采集；自动采集各现地控制设备的实时数据。自动接收来自主控级的命令信息和数据。数据处理；控制和监视。操作人员可以通过LCU控制单元配置的触摸屏对监控对象进行控制。

2.3系统结构
闸门监控系统采用分层、分布开放式系统结构，数据库实行分布管理方式。分层控制系统具有以下的优点：1）是适合于电力系统结构的系统；2）易于保证自动化系统的可靠性；3）可灵活地适应系统的扩大和变更；4）可提高投资效率；5）能更好地适应现代技术水平的发展[1]。系统结构按功能分布要求可分为两层：集中控制层和现地控制层。系统结构按主要设备配置状况可分为两级：集中控制级设备和现地控制级设备。

2.3.1系统设备层次
整个闸门计算机监控系统设备分现地控制级、集中控制级二层：现地控制级由各有关设备的现地控制柜和现地控制箱构成，完成指定设备的现地监控任务；集中控制级完成全厂闸门设备的实时信息采集处理、监视与控制任务，由主控级计算机、溢洪门LCU等构成；二个层次功能各有侧重，相互协调配合，完成电站闸门计算机监控系统的全部功能。

2.3.2网络层次
网络分电站控制网和外部通信网两层。电站控制网：主要连接现地控制层和集中控制层有关设备。与现场实时监控有关的信息主要由电站控制网传输，如LCU上行信息和控制命令等；外部通信网：主要连接外部系统；闸门监控系统采用星形以太网，集中控制级和现地控制级中的各计算机智能设备通过交换机进行相互连接实现数据通信，采用TCP／IP协议，传输介质光纤。

采用上述分层结构，使不同性质的信息分类在不同的网络通道上传输，避免相互之间的干扰，确保系统控制的实时性、安全性和可靠性。对于溢洪门LCU与其它智能装置通信，则可根据具体需要和选择的设备情况，采用串行通信接口。

3 系统功能
整个闸门监控系统的功能分布在不同层次的不同设备之中，各设备的协调配合，完成全厂闸门监控功能。具体功能分布情况如下：
1）主控级计算机
系统主机主要负责运行档案管理、事故故障信号的分析处理、测点定义及限值存储、各类运行报表生成和储存、历史数据库的生成、转储、系统时钟管理等。作为操作员人机接口工作站则负责监视、控制及调节命令发出、报表打印等人机界面（MMI）功能。并兼备通讯计算机的功能，用于处理闸门监控系统与电站计算机监控系统、水情测报系统、水务管理系统等其它系统进行信息交换。
2）溢洪门LCU单元
主要负责各闸门的集中运行监视、数据采集、控制和调节等任务，通过计算机网络向集中控制设备上送各种信息和数据，接受集中控制设备下发的各种控制和调节指令并执行，并能单独对闸门进行集中控制。
3）溢洪门现地控制箱
现地控制箱的操作独立于PLC，可直接对闸门进行操作。闸门的现地控制箱内设有“现地/远方”选择开关，在“现地”位置时可进行一对一操作，且远方命令不起作用。通过功能的合理分布，确保系统各节点的负荷率满足设计的要求，当局部设备的故障时，不影响系统其余部分功能正常运行。

4 方案特点
本方案充分考虑设计的安全性、可靠性和先进型，其主要器件均选择西门子原装进口产品，系统的使用寿命长将大大延长。

4.1冗余
溢洪门LCU单元选用某S7-400H系列PLC，PLC具备冗余电源、冗余CPU、冗余通讯模块，从而保证系统的可靠性和安全程度[2]。

为了确保监控系统安全可靠运行，监控系统主要环节采用各种有效的冗余措施，提高系统的可靠性。主要冗余措施包括：1）溢洪门LCU单元PLC 采用某系列的S7-400H，PLC含双CPU、双电源模块、双通讯模块的冗余配置，冗余模件的工作方式为在线热备用，切换无扰动。两个CPU以热备用方式运行，确保系统安全可靠的不间断运行。2）系统设备双网络（互为冗余），保证网络系统的可靠程度。3）现地控制柜配置冗余开关电源，在一块故障时另一块仍能够提供全部负载电源，提高供电可靠性，确保系统安全可靠地运行[3]。

4.2高可靠性
系统器件、部件性能优越、通用性强；系统具备远方和现地操作、监控等功能：能对整个电站的启闭机进行单机操作、成组操作、选孔操作等；能接收电站监控系统、调度中心下发的开启、关闭闸门命令；能在电站监控系统、溢洪门监控系统、调度中心对整个溢洪门进行监视，能实是观察到各启闭机的运行状态及开度位置；系统运行参数设有出厂默认设定值，可根据现场的具体情况通过显示面板或远方通讯方式进行调整和设定；若系统出现故障，系统能发出声光报警信号，并通过现地显示面板显示和远方报警，以提示运行及维护人员；系统设有足裕量的I/O接口，用户可根据需要进行扩展，不需修改任何硬件；柜体采用全框架结构，内部结构可以根据要求随意进行组合；具有机械强度高、电气防护等级高、抗电磁干扰能力强。

5 结束语
溢洪门自动监控系统遵循先进、可靠、成熟、适用的原则进行设计，满足电站“无人值班”（少人值守）的设计要求。对于任何一个技术先进、功能完善、监控可靠的自动化控制系统，本项目方案都具有广泛的参考价值