S7—200系列PLC在三門峽水利樞紐中的應用

摘要：本文系統闡述了150T懸臂吊PLC硬件構成和電氣原理，通過各機構電路和程序分析，使得電氣控制原理簡單化、清晰化；S7-200系列PLC控制系統的成熟運用，使150T懸臂吊電氣回路控制方式得以優化，接線簡單，故障率大大降低，使之有效服務于汛期三門峽水利樞紐的清污工作。

關鍵詞：懸臂吊；PLC；機構；程序

150T懸臂吊是三門峽水利樞紐主要清污設備，其電氣控制方式采用西門子S7-200系列PLC作為核心控制系統，操作人員通過操縱聯動控制臺上的操作手柄、按鈕等，將產生的開關信號等設備狀態反饋信號輸入到PLC，經過CPU的處理后，輸出控制信號使繼電器、接觸器等按指令要求動作，實現懸臂吊的智能化控制。

1. PLC一般結構

PLC是是一種以微處理器為核心，用于電氣控制的特殊計算機，它采用典型計算機結構，主要由中央處理器（CPU）、存儲器、輸入/輸出（I/O）接口、電源、通信接口、I/O擴展接口等單元部件組成，通過內部總線進行連接。

CPU是PLC的運算和控制中心，用來實現邏輯和算術運算，它的主要功能是：1、診斷電源和PLC內部故障；2、接收并存儲來自編程器、上位計算機和其他外部設備傳入的用戶程序和數據；3、檢查用戶程序語法錯誤；4、掃描方式輸入信號并存入寄存器；5、逐條讀取、解釋用戶指令并按指令規定產生相應的控制信號去啟閉相關控制電路。

存儲器用來存儲系統程序、用戶應用程序及數據。用戶可對應用程序及數據進行讀、寫、刪、改的操作。

輸入/輸出（I/O）單元也稱模塊，它是PLC與外圍設備或過程的接口。PLC的I/O接口可以外加模塊擴展，其接線方式有匯點式、分組式和隔離式3種。

2. 150T懸臂吊PLC硬件組成

硬件包括西門子電源一塊、CPU一只、擴展I/O模塊5只，另有門機綜合檢測儀（觸摸屏，已拆除）、備用電源、備用CPU和編程電纜。

電源：型號PS 307 10A。交流220V輸入，直流24V輸出。

CPU：型號224XP CN REL 02.01。本機集成數字量14輸入/10輸出接點，模擬量2輸入/1輸出接點，2個RS485通訊口。輸入電路由±24V直流供電并雙向光電耦合，輸出電路由交流220V或直流24V供電并采用繼電器觸點輸出。

3. 150T懸臂吊PLC程序

3.1.程序結構

150T懸臂吊PLC原始程序由一個主程序OB1和一張符號表USR1組成，包含200多個梯形圖單元，800多條指令，占用內存2.4K。程序的指令系列由觸點、線圈、延時接通定時器、串聯和并聯5個基本指令組合而成。

主程序OB1是整個程序的入口，并負責調用各個子程序塊。使用S7-200 CPU內存的V區儲存數據，通過做一些設置或者編程，可以將V區內存儲的數據保存到EEPROM中，這樣即使在掉電時也能夠永久保存數據，有利于數據的快速恢復。

3.2.動作分析

PCL自動化控制的目的，在于從實際的工藝過程獲得代表當前實際狀態的信號以及現場的操作指令，并且按照工藝規律對這些信號和指令進行邏輯和數學運算，最后把運算得出的控制信號傳遞給具體的執行機構，完成控制任務。

要想用PLC程序實現上述目標，就要求開發人員根據實際的工藝要求，在軟件開發環境中選擇合適的PLC指令，把它們編輯、組合成能夠完成上述功能的應用程序并下載到 CPU 中執行。在設備及程序運行過程中，PLC的CPU通過數字量（二進制的開關信號）/模擬量信號的輸人點（通道）獲得實際過程信號和操作指令。CPU 發出的控制指令則通過數字量/模擬量信號的輸出點（通道）驅動執行機構。輸人/輸出點（通道）簡稱I/O （Input/Output）。

要編寫針對150T懸臂吊的PLC程序，就必須依據說明書和操作規程，結合PLC外圍電路圖，對其各控制機構動作流程進行分析，分析結果是選擇和編排程序指令的重要依據。

3.3.符號表

如果PLC程序中使用的I/O地址和變量較多，應對照PLC外圍電氣線路設計圖，找到每個I/O接點要連接物理電氣器件，將I/O地址和輸入/輸出信號對應起來，這樣有利于程序代碼的輸入、修改和交流。

3.4.指令編排

150T懸臂吊的PLC程序指令基本上是按照動作方式設置、執行動作、信號反饋、狀態指示的順序編排。各程序塊的指令編排順序如下：

主程序：起升控制子程序調用→小車控制子程序調用→夾軌器控制子程序調用→大車控制子程序調用→抓斗控制子程序調用。

起升控制子程序：主令置零位→正反轉設置→擋位設置→抱閘檢測→上升、下降降限位檢測→超載檢測→升降→過流檢測→故障檢測→指示信號輸出。

小車控制子程序：主令置零位→正反轉設置→擋位設置→抱閘檢測→走行→前行、后行限位檢測→過流檢測→故障檢測→指示信號輸出。

大車控制子程序：主令置零位→正反轉設置→擋位設置→抱閘檢測→兩機運行設置→夾軌器檢測→走行→左行、右行限位檢測→過流檢測→故障檢測→指示信號輸出。

4.編程特點

150T懸臂吊的PLC程序雖然結構簡單，但大車走行、小車走行和起升控制邏輯還是比較復雜的。除了實現設備的基本動作功能外，程序設計還充分考慮了設備指示功能的實現，使操作人員利用門機綜合檢測儀（觸摸屏）可以監控設備運行狀態。

5.結束語

150T懸臂吊控制系統采用s7-200PLC控制后，系統控制邏輯以程序方式實現，連線少、體積小、功耗小，軟繼電器的觸點數量理論上不受限制，轉換速度快，系統靈活性和可擴展性好，多年來運行較為穩定，故障率極低，有效減少了技術人員的維護工作量，保證了設備的可靠運行。

參考文獻：[1]張運剛等.PLC職業技能培訓及視頻精講.人民郵電出版社