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0 引言
1998年，五强溪水电厂对泄洪弧门集中控制系统进行过改造，完成了集中控制系统与现地9个表孔的通信联网，实现了对现地表孔启闭机的集中控制。泄洪弧门集中控制系统原采用西门子S5-135U的PLC控制系统，在设计上通过L2网与9个表孔、中央控制室OP35操作面板实现联网，以实现对现地表孔的启闭控制。当时由于中、底孔启闭机采用常规继电器控制，并没有对中、底孔的集中控制进行改造。
表孔弧门集中控制系统在改造完毕投入运行不久，程序方面出现故障，造成与现地设备的通信联网中断，无法实现对表孔弧门启闭机的集中控制，至今无法正常投运。
1 项目改造PLC硬件系统概述
为了确保泄洪弧门的正常运行，真正实现“无人值班”（少人值守）的自动化控制体系，五强溪水电厂自2000年始，对泄洪系统进行了集中控制改造的系列工作。
1.1 中孔和底孔闸门系统
2000年将中、底孔启闭机的常规继电器控制模式改造成PLCS7-300+电阻器调速控制，电机转子绕组串电阻四级启动。
PLC控制系统采用核心CPU315¬-2DP，48K字节RAM，集成具有用于数据通信的分散式外设PROFIBUS-DP主/从接口和用于编程器上装程序的多点MPI接口，PLC的I/O接口为2通道模拟量输入模块SM331，32点数字量输入模块SM321，8点数字量输出模块SM322。PLC控制系统DI、DO模块实现中、底孔弧门的启门、闭门的自动控制，并对启、闭门过程中出现的故障进行监控。通过模拟量输入AI模块SM331处理闸门开度传感器转变的模拟量输入信号，模拟量输入模块采用四线制4-20mA电流输入。
1.2 表孔闸门系统
2003年始，开始对表孔S5-135U的PLC控制系统改造成PLCS7-300控制系统，将SL16-01式编码器改造成带SSI接口的型多转输出编码器，编码器可以达到25位（213*212）串行数据输出，即闸门的位置参数对应编码器上固定的某点。
PLC控制系统采用核心CPU313C¬-2DP，32K字节RAM，集成具有用于数据通信的分散式外设PROFIBUS-DP主/从接口和用于编程器上装程序的多点MPI接口，PLC的I/O接口为8通道模拟量输入模块SM331，4通道模拟量输出模块SM332，32点数字量输入模块SM321，32点和8点数字量输出模块SM322，3通道位置输入模块SM338（POS-bbbbb）。
PLC控制系统DI、DO模块实现表孔弧门启门、闭门的自动控制，并对启、闭门过程中出现的故障进行监控，通过模拟量输入AI模块SM331处理开、关门时液压系统油缸无杆腔和有杆腔的油压模拟量输入信号，以供上位机监控液压系统运行情况。SM338（POS-bbbbb）内集成有闭环控制功能模块PID控制器，通过SSI接口将型多转输出编码器输出的闸门左右侧位置信号进行计算处理，并通过模拟量输出AO模块SM332将闸门实际位置以及闸门左右侧位置偏差传输至闸门位置和闸门偏差的显示仪表，AO模块SM332将处理的位置信号输出到VICKERS的P1、P2两块功率放大板，功放板根据闸门左右侧位置信号，输出相应的0-10VDC电压信号，从而到达控制相应油缸的电磁比例阀阀芯位置，用以实现闸门左右油缸的同步运行。VICKERS功放板输出电压值的整定主要是通过调节死区补偿电位器，辅调节增益电位器，微调节阀芯加速/减速电位器。
1.3 集控计算机功能描述
集控上位机在此次集控改造系统中所起的作用主要如下：
（1） 数据采集
接收各现地控制单元发送的有关数据并存入数据库，用于显示器画面更新、控制调节、记录检索、操作指导及故障记录分析。故障报警信号优先传送，并登录故障发生的时间。
（2） 数据处理
• 数据变码、校验传递误差、误码分析及数据传输误差控制；
• 生成各种数据库，供显示、刷新、打印、检索使用；
• 事件顺序记录，及时处理生产过程中发生的每一个事件，记录每个事件发生的时间和事件性质，事件包括正常操作和故障；
• 将相关数据送至电站计算机监控系统以及水情自动测报系统。
（3）运行监视、控制和调节
水工楼集中控制室设置1台21′LCD显示器，用于监视各表孔弧门液压启闭机和中、底孔设备的运行工况。运行操作人员能通过上位机，对闸门开度和启闭机进行控制和监视。主要内容如下：
•闸门启闭控制，可编程设定；
•闸门开度整定值和限值的设定；
•图形、表格、参数限值、报警信息、状态量变化等画面和表格的选择与调用；
•在主控制级进行操作时，在屏幕上可显示整个操作过程中的每一个步骤和执行情况。
（4） 记录、报告、统计制表
对所有监控对象的操作、报警事件及实时参数报表等进行记录，对故障信号进行事件顺序记录，并能在LCD上显示，打印机上按预定表格打印出来。打印记录分为定时打印、事件故障打印、操作及参数修改记录打印、工作日程修改打印、越限打印、维修报告记录及召唤打印记录等工作方式。
记录、报告的内容包括：
•操作事件记录：自动顺序记录所有的操作过程，包括操作对象、操作指令、操作开始时间、执行过程、执行结果及操作完成的时间、操作员的姓名等。
•报警事件记录：自动将各种报警事件按时间顺序记录其发生的时间、内容和项目，生成报警事件汇总表。
• 历史数据记录
（5） 通信控制
与各现地控制单元通信，向各现地控制单元发送指令，并接受现地控制单元上送的各种信息。
（6） 系统自诊断
系统设备硬件故障诊断包括对计算机、外围设备、通信接口、通道等的运行情况进行在线和离线诊断，故障点可诊断到各模板。在系统进行在线诊断时，不应影响计算机系统对各设备的监控功能。
集控计算机采用台湾研华工控机作为上位机，内插SIEMENS公司CP5611网卡，通过表孔各现地站已有的PROFIBUS总线电缆与9个表孔现地站PLCCPU313C¬-2DP联网通信，监控和操作控制各表孔弧门运行。并从#1表孔向中孔和底孔敷设一条PROFIBUS电缆，把底孔和中孔的PLCCPU 315¬-2DP通信口与监控计算机连接，加入网络中，用以监控和操作控制中孔和底孔弧门的运行。
电厂中控室与泄洪闸门集控系统之间，除了通过PROFIBUS-DP总线电缆从表孔#1弧门的RS485-Repeater（中继器）与9个表孔、5个底孔和1个中孔工作站进行通信联网，并能对泄洪闸门系统进行监控和操作。从水工楼上位机到电厂中控室之间，还敷设了通信光缆，建立了工业以太网，用以系统数据资源的共享。
2 项目改造软件系统概述
2.1 监控软件
监控软件采用西门子公司先进的人机界面系统SIMATIC WinCC，WinCC 是在 bbbbbbs 操作系统下运行的基于 PC的人机界面系统。WinCC提供广泛的特性以用于实现自动化解决方案，比如：通过冗余技术保证过程控制的可靠性与数据完整性；基本系统组态包括满足事件信号发送，测量数据归档，所有过程与组态数据记录，用户管理和可视化等工业需求的功能。
该系统与其他 SIMATIC 元件共同提供附加的功能，如过程诊断与维护。当组态这些功能时，所有的 SIMATIC工程工具都可以相互作用。WinCC 提供许多其功能允许为相关应用进行单独组态的编辑器与接口，如WinCCExplorer用于快速存取所有项目数据和中央设定值的中央项目管理；图形编辑器图形系统用于通过像素图形对象的可自由设计可视化与操作，其所有的性能是动态的等。
集控计算机通过WinCC人机界面系统的图形编辑器，在上位机设计模拟泄洪闸门系统画面，WinCC CS（ConfigurationSoftware）和RS（Runtime Software）根据现地工作站PLCI/O地址分配，于上位机模拟系统画面分配相应操作键的对应地址，通过PROFIBUS-DP总线用以实现上位机对现地工作站的监测和控制功能。
2.2 工具软件
PLC标准工具软件是STEP7可编程序控制器标准软件，它的主要功能是：
• 对系统硬件配置进行组态和参数设置。例如，S7-300的I/O模板的地址分配，完全用STEP7来进行自由组态的，既不依赖于槽位，板上也没有硬件跳线开关；
•编程，使用的编程语言有语句表（STL），梯形图（LAD）和功能块图（FBD）。可以离线编程，以及在线修改程序；
•进行文件和建档处理，生成符号地址表及程序的交叉地址表；在调试程序中实现操作和诊断，进行程序测试和维护功能；对通信进行定义及设置参数。
STEP7是一种模块化编程的软件。它将所有用户编写的程序和程序所需的数据放置在模块中。在一个模块内，在块与块之间，有进行子程序调用的功能，这样使用户程序结构化成为可能。这将显著增加PLC程序的组织透明性、可理解性和易维护性。
五强溪水电厂泄洪闸门PLC控制系统综合STEP7工具软件的梯形图、语句表和功能块图来实现闸门系统的控制功能要求，并建立DB10数据块，用以上位机的远程监测和控制。
3 结束语
2005年五强溪水电厂对泄洪系统进行了全面的更新改造，改造除了将原有PLC S5控制系统改造成PLCS7-300外，还针对表孔弧门开度仪传感器的低分辨率问题进行了技术改进。在集中控制技术上采用透明度及组态功能强大的SIMATICWinCC人机界面系统，并将此集控系统接入五凌公司水情梯调自动测报系统，为公司实现梯级调度提供了技术支持。本次系统改造自4月20日投入运行，从2005年汛期系统运行检测分析，运行工况稳定性达到设计要求。
谭振国 男，助理工程师，主要从事水电厂机电设备维护管理工作。
以下是某污水处理厂自控系统的设计简介，供参考：
根据设计，本污水处理厂自控系统采用"集中监测、分散控制"的原则，由厂级中央监控工作站和现场分散控制站组成全厂的工业控制网络。中央控制室配备3套在线的监控主站，并配有3×2m的大屏幕及投影仪；在粗格栅污水提升泵房、鼓风机房、污泥脱水间、消化控制室分别设立控制分站，各配一台工业控制计算机作为操作显示终端，其它各控制对象都分别有自己单独的CPU和操作员面板（可编程终端），用现场总线网同上级控制站连接，以保证局部故障时不影响整个系统的工作。
根据污水处理过程各个分区功能不同，在生产区内设置四个现场控制分站。
控制分站，辖区包括 速闭闸井，粗格栅间及污水提升泵房（分站点），细格栅及压栅机间，涡流沉砂池，消防泵房，初沉池，初沉污泥泵房。
第二控制分站，辖区包括鼓风机房（分站点），曝气池。
第三控制分站，辖区包括 污泥消化控制室（分站点）及沼气柜，加氯间及接触池；
第四控制分站，辖区包括 污泥浓缩、脱水间（分站点），二沉池，回流污泥泵房，中心配电所。
系统结构图：
在控制系统中，使用PLC的模拟量控制多台变频器，由于变频器本身产生强干扰信号的特性和模拟量抗干扰能力不与数字量抗干扰能力强的特性；为了大程度的消除变频器对模拟量的干扰，在布线和接地等方面就需要采取更加严密的措施。
一．关于布线
1．信号线与动力线必须分开走线
使用模拟量信号进行远程控制变频器时，为了减少模拟量受来自变频器和其它设备的干扰，请将控制变频器的信号线与强电回路（主回路及顺控回路）分开走线。距离应在30cm以上。在控制柜内，同样要保持这样的接线规范。该信号与变频器之间的控制回路线长不得超过50m。
2．信号线与动力线必须分别放置在不同的金属管道或者金属软管内部
由于水系统的两台富士变频器离控制柜较远分别为30m和20m，连接PLC和变频器的信号线如果不放置在金属管道内，极易受到变频器和外部设备的干扰；由于变频器无内置的电抗器，变频器的输入和输出级动力线对外部会产生极强的干扰，放置信号线的金属管或金属软管一直要延伸到变频器的控制端子处，以保证信号线与动力线的彻底分开。
3．模拟量控制信号线应使用双股绞合屏蔽线，电线规格为0.5～2mm2。在接线时一定
要注意，电缆剥线要尽可能的短（5-7mm左右），对剥线以后的屏蔽层要用绝缘胶布包起来，以防止屏蔽线与其它设备接触引入干扰。
4．为了提高接线的简易性和可靠性，推荐信号线上使用压线棒端子。压接端子选择如下图：
5．如无使用压线端子，接线时请注意：
二．关于接地
1．变频器的接地应该与PLC控制回路单独接地，在不能够保证单独接地的情况下，为了减少变频器对控制器的干扰，控制回路接地可以浮空，但变频器一定要保证可靠接地。在控制系统中建议将模拟量信号线的屏蔽线两端都浮空，由于在机组上PLC与变频器共用一个大地，建议在可能的情况下，将PLC单独接地或者将PLC与机组地绝缘开来。
2．变频器的接地
•400V级：C种接地（接地电阻10Ω以下）。
•接地线切勿与焊机及动力设备共用。
•接地线请按照电气设备技术基准所规定的导线线径规格。
如35KW的变频器接地线线径推荐为22 mm2，87KW的接地线线径推荐为50 mm2。
•接地线在可能范围内尽量短。由于变频器产生漏电流，与接地点距离太远则接地端子的电位不安定。
•使用两台以上变频器的场合，请勿将接地线形成回路。如图：
3．变频器与电机间的接线距离。
变频器与电机间的接线距离较长的场合，来自电缆的高次谐波漏电流，会对变频器和周边设备产生不利影响。为减少变频器的干扰，需要对变频器的载波频率进行调整，请参考下表：
随着生活的不断改善，人们对住宅，办公环境质量的要求越来越高，例如在民用住宅里，物业需要对小区的灯光，给排水，电梯和车库等小区必备设备进行集中监控。时下，房地产行业正如火如荼的发展，给小型PLC在楼宇自动化的使用创造了契机。本文着重介绍施耐德PLCTwido系列在楼宇自动化里的一些应用，
2.应用描述
在楼宇自动化里，人们对分散控制，集中管理的要求越来越明显，主要体现在灯光，空调，给排水，电梯，门禁和灌溉等方面。在此，我们基于施耐德TwidoPLC，给出三个方案。
(!)方案1－RS485，适用于小范围，对通信速度要求不高
通过RS485串行连接，Modbus 串行协议实现，
模块配置：本体 TWDLCAA24DRF
通信扩展 TWDNAC485T
通信参数：波特率19.2k，8位数据位，奇/偶/无 校验，1位停止位。
优点：组网简单，成本低。
缺点：通信速率慢，监控计算机与远一个从站距离超过200米时需要加中继
(2)方案2－以太网，适用于对通信速度较高场合
通过以太网，Modbus TCP/IP 协议实现
模块配置： 本体 TWDLCAE40DRF 或者 其他Twido本体加 TwidoPORT以太网模块
通信参数：波特率10M或100M
优点：通信速度快，网络节点个数不受限制，决定于网络方案。
缺点：普通HUB或交换机端口到节点的长度不能超过100米，假如需要扩大长度的话，需要对网络进行优化，这样就要求工程师具有较深的网络知识。
(3)方案3－无线网络，适用于对通信速度要求不高，但有无线通信要求
通过以太网，Modbus TCP/IP, CDMA 或GPRS 实现。
模块配置：本体 TWDLCAE40DRF 或者 其他Twido本体加 TwidoPORT以太网模块＋INROOTER路由器
优点：实现无线通信，可以用以多个小区甚至多个城市的集中管理
缺点：相对于方案2速度较慢，需要附加CDMA或者GPRS的通信费用，需要购买INROOTER路由器。
3.结束语
施耐德Twido PLC已经在上海某小区得到了成功的应用，随着国家对基础建设的大力投入，还可以拓展到其他基建设施领域里，比如无人煤气抄表，加油站监控，移动公司基站监控等等。