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西门子 S7-200在远程闸门控制系统中的应用
传统的闸门控制方式需要人员到现场操作闸门启闭机或者使用一般工控机来实现。这样的控制方式不能适应闸门孔数多，控制中心距离闸房较远的控制需求。工控机对闸门集中控制的方式在闸门孔数较多时，不能够避免铺设线路过多过杂的状况，也无法保证系统的稳定运行。并且对于远程控制的实现存在着线路故障的风险。
本文针对通济堰取水枢纽工程中的闸制提出解决方案，该系统闸门数量为17孔，加上需改造的旧闸门5孔，总数达到22孔。而控制中心距离*远的一孔闸门为500米。实现这么大数量的闸门的远程控制，工控机显然无法满足系统稳定、工程、施工费用少的要求。
在该工程设计中，利用ProfiBus现场总线将PLC组网，由上位机来实现对闸门启闭机的远程控制。并将闸门开度、坝前和坝后水位、闸门荷重情况传送至上位机。由上位机根据现场PLC提供的信息对闸门运行状态进行监视，并在故障发生时提供故障信息。
本系统的核心控制器件采用德国西门子公司的S7-200，通讯总站采用S7-300。未采用中继站的情况下，通讯能力*远达到1200米，完**够该工程的远程控制需求。
1 结构及功能
该系统采用的是三层通讯组网方式，*底层的是由22台S7-200组成的相互独立的现场控制单元，中间层是由一台S7-300构成的通讯主站，上层是由上位机及服务器组成用户层。
除通讯功能外，该系统还具有以下功能：
控制功能：系统采用两种控制方式，即自动（即远方集中控制）和手动控制。
监测功能：系统自动采集闸门位置、闸门荷重、上下游水位及电气器件运行状态的信息。
保护功能：判断电机过载、闸门上下越限、电源供电异常、闸门失速/卡滞等，并对故障进行实时处理。
2 系统硬件设计
2.1 系统总线设计
在通济堰的22孔闸门中，每孔闸门用一个S7-200（CPU224）作为智能控制单元，构成一个现地控制柜。每个PLC通过ProfiBus总线与一台S7-300（CPU315-DP）通讯，通讯由每个PLC所带的通讯模块（EM277）来实现。PLC-300作为系统的主站，负责收集从站（S7-200）上传的信息和下达命令。PLC-300与一台上位机通过CP6511卡相连，上位机作为远程操作平台。
2.11 ProfiBus-DP总线
DP总线电缆是西门子公司提供的专用总线电缆，其技术参数如表一所示。DP总线连接器选用9针D型RS485适用的连接器。
DP总线安装布线采用的是总线型拓扑结构，由于方案中只存在22个从站，可将22孔闸门的PLC从站挂在同一段中，而无须加载中继器。注：DP总线型结构中每个网段*大可挂载32个从站，且在无中继器的情况下每个网段*长距离为1900米。电缆*大长度取决于传输速率。
以DP总线方式连接各个从站，需要在*个和*后一个站加装终端电阻，而中间的各个从站则只需将A、B数据线连接到总线上即可。
DP总线采用西门子专用的线缆和接头，通讯总线电缆入柜时屏蔽层与柜体连接接地。在线路铺设时，将通讯总线与17控制线一起布设，至于同一个电缆槽中。通讯总线在室外段通过地线铺设。
2.2 系统数据采集
在上位机对闸门启闭机施行控制的时候，需要实时地将闸门的闸位信息上传至微机。还要将闸前和闸后的水位信息上传。还需要不间断地将闸门启闭机的荷重告知上位机，以便监控闸门是否出现卡滞。
在这个系统中，对闸位的监测采用旋转编码器来实现。由于旋转编码器的输出信号是16位的数字信号，必须增加一个PLC的16位数字量模块（EM221-16DI）。
水位信息由投入式压力水位传感器测量闸前闸后水位，S7-200自带有模拟量模块，水位传感器可直接接入，无须另加信号模块。
3 系统软件设计
系统上位机的用户层解决方案采用西门子的WinCC作为组态软件编制用户操作界面，并且实现与S7-300的通讯接口的衔接。操作界面采用人性化的图形界面。用户在利用组态软件下达对闸门的控制命令，能够在界面上看到闸门的实时状态，包括：闸门位置、闸门荷重、上下游水位、以及9类故障信息。
而S7-200与S7-300的内部程序编制则采用西门子的Step7来实现。
由于本系统要实现**控制闸门启闭高度的技术要求，程序设计考虑用户可以自行选择采用开环控制或者是闭环控制的控制方式。
PLC代表可编程逻辑控制器，它是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作电子系统。PLC采用一种可编程的存储器，在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，通过数字式或模拟式的输入输出来控制各种类型的机械设备或生产过程。
PLC是***和*简单的控制系统之一，其应用性强，偏于现场应用。在本文中将对PLC的各类知识进行介绍。
PLC的发展历史
20世纪60年代，美国通用汽车公司在调整工厂生产线时，为了解决继电器顺序控制系统之电路修改耗时、平时检修与维护不易等问题，向社会公开招标，要求设计一种新的系统来替换继电器系统，并提出了*的“通用十条”招标指标；
1969年，美国数字化设备公司研制出*台可编程控制器（PDP－14），在通用汽车公司的生产线上试用后，效果显著；
1971年，日本研制出*台可编程控制器（DCS－8）；
1973年，德国研制出*台可编程控制器；
1974年，中国开始研制可编程控制器；
1970 年代中期，PLC功能加入远距通讯、类比输出输入、NC 伺服控制等技术；
1980 年代以后，开始引进PLC高速通讯网络功能，加入一些特殊输出／输入界面、人机界面、高功能函数指令、资料收集与分析能力等功能。此时，PLC在**工业国家中获得广泛应用，标志着可编程控制器已步入成熟阶段。
PLC为什么受工程师欢迎？
PLC之受到大家欢迎，主要因为它有以下优点：
1．可靠性高，抗干扰能力强
PLC采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了**的抗干扰技术，具有很高的可靠性；
2．配套齐全，功能完善，适用性强
PLC已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品，可以用于各种规模的工业控制场合；
3．工程技术人员易学易用
PLC作为通用工业控制计算机，其接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能；
4．系统设计、建造工作量小，便于维护和改造
PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，也更加易于维护；
5．体积小，重量轻，能耗低
以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。小体积的特点让其很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。
PLC系统的组成部分
一个完整的PLC系统由以下部分组成：
1．CPU运算和控制中心
这是PLC的大脑。它可以是六角形或八角形的微处理器。它执行与输入信号相关的所有处理，以基于控制程序来控制输出信号；
2．存储器
存储器分为两部分 －数据存储器和程序存储器。程序信息或控制逻辑被存储在用户存储器或CPU取出程序指令的程序存储器中。输入和输出信号以及定时器和计数器信号分别存储在输入和输出外部图像存储器中；
3．输入／输出接口
输入部分或输入模块由诸如传感器，开关和许多其他真实世界输入源的设备组成。来自输入源的输入通过输入连接器导轨连接到PLC。输出部分或输出模块可以是马达或螺线管或灯或加热器，其功能通过改变输入信号来控制；
4．编程器
编写程序或控制逻辑的平台。它可以是手持设备，笔记本电脑或电脑本身；
5．电源
通常工作在24 V左右的电源上，用于为输入和输出设备供电。
PLC的工作原理
PLC正式进入工作状态后，其工作流程一般分为以下三个阶段：输入→执行→输出，这三个阶段完成后成为一个扫描周期，具体来看为：
1．输入采样
在输入采样阶段，PLC控制器以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I／O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段；
2．用户程序62616964757a686964616fe4b893e5b19e336执行
在用户程序执行阶段，PLC控制器总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序（梯形图）；
3．输出刷新
当扫描用户程序结束后，PLC控制器就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I／O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设