（五凌公司近尾洲水电厂）
摘要：针对近尾洲水电厂弧门开度检测装置存在的问题，提出可行解决方案，并在现场实施。换型为485输出型编码器装置，经过长时间和频繁操作的汛期试运行，结果表明此方案切实可行，开度检测稳定准确，改造效果好。
关键词：编码器；RS485；S7-200
一、引言
近尾洲水电厂为径流式电站。弧门启闭机型式为液压传动双吊点式，型号为QHLY－2×800－6.5（16台，力士乐公司生产），QHLY－2×1000－7.8（6台，武进液压启闭机厂生产）。弧门上位机通过profibus网络与现地各液压站通讯模块EM227（S7 200程序控制器）通讯，实现对弧门的监视及操作控制。
弧门自2000年12月投运以来，由于弧门开度检测装置中的测量钢丝绳长期浸泡在水中，随水上漂浮物摆动，甚至被冲断，严重影响了弧门开度的正常测量及弧门操作自动控制。且闸门开度关闭时在0值处出现跳动现象，易造成设备误动，误报警，错误的闸门开度会导致近尾洲水电厂下泄流量错误，不利于闸门调度管理。近尾洲水电厂组织厂内技术人员对闸门开度采集方法进行研究，确定将对闸门开度编码器进行换型处理，本文将详细介绍近尾洲水电厂闸门开度编码器换型过程中，闸门开度测量方式介绍、485输出型编码器硬件的连接、与西门子S7-200的通讯方法。
二、弧门开度检测装置测量方式
近尾洲水电厂原#1-#9闸门开度采集方法：采用P+F的AVM58N-011绝对编码器采集闸门油缸活塞杆的行程，然后通过卓信达ZXD-CBZH/S6并行转换模块转换为二进制后输入到PLC。原#10-#22闸门开度采集方法：采用P+F的SVM10-1053绝对型光电式旋转编码器。原弧门绝对型光电式旋转开度编码器安装在油缸的外壁上，距油缸支铰4米，测量钢丝绳固定端安装在弧门吊座轴的中心线上，测量钢丝绳随油杆伸长量的变化而变化。
弧门开度检测装置改造更换的部件有重力卷线装置、钢丝绳及转向轮。弧门开度检测装置的测量过程：将弧门油缸的圆周运动，转变为测量钢丝绳的直线运行，再转变为旋转编码器的圆周运动，通过旋转编码器内的光电转换电路转变为25位的二进制数据信息。再由现地液压站PLC通过RS485接口将数据读入，并进行计算，通过人机接口显示弧门及左右油缸开度值。弧门开度检测装置改造安装尺寸见下图。
弧门开度检测装置改造后，弧门开度测量公式需进行修改。设测量钢丝绳转向轮中心至测点的长度为L（米），低堰弧门开度为H低（m），高堰弧门开度为H高（m），于是弧门开度计算公式为：
⑴H低=12.7-16.5×cos{117.74437020-M+arcsin[0.427992679×sin（160.5982180-M）]}
其中M=arcos（1.060201404-0.022125834×L2） 0＜L≤7.466（m）
⑵H高=10.7-14×cos{131.98721250-M+arcsin[0.410450132×sin（172.78882980-M）]}
其中M=arcos（1.044328299-0.023227942×L2） 0＜L≤7.841（m）
三、弧门开度检测装置的换型及配置
1、选型
近尾洲水电厂选择的485输出型编码器选择绝对值旋转光电编码器WCM610。其工作原理：绝对编码器单圈光码盘上有许多道刻线，每道刻线依次以2线、4线、8线、16线。。。。。。编排，在编码器的每一个位置，通过读取每道刻线的通、暗，获得一组从2的零次方到2的n-1次方的唯一的2进制编码（格雷码），通过齿轮传动另一组码盘（或多组齿轮，多组码盘），在单圈编码的基础上再增加圈数的编码，以扩大编码器的测量范围，它同样是由机械位置确定编码，每个位置编码唯一不重复，而无需记忆。
该绝对编码器采集的编码通过该编码器内部芯片将编码转化为ACSII码并通过485通讯输出。它不用一直计数，什么时候需要知道位置，什么时候就去读取它的位置，并且该编码器安装时不必要费劲找零点，可将某一中间位置作为起始点，大大简化了安装调试难度。
2、485输出型编码器连接方式
1）S7-200通讯接口引脚定义
S7-200通讯接口采用9针串口，引脚定义：3脚接RS485 信号A、5脚接逻辑地、8脚接RS485 信号B
2）485输出型编码器接线定义
该485输出型编码器需要提供24VDC电源，具有一对RS485通讯线、一根配置解锁线、一根外部清零线。
3、485输出型编码器的配置
485输出型编码器可以工作于主动和被动两种工作方式，工作方式由配置指令来决定。当处于主动工作方式时，编码器主动以485通讯方式输出绝对位置，在此工作模式下，不接收外部任何指令。当处于被动工作方式时，编码器不会以485通讯方式输出任何数据，只有收到发送数据指令时才会以485通讯方式输出一次绝对位置。并且在此工作模式下，可以接收外部发给编码器的配置指令。
1）配置指令和数据通讯全部为ASCII码，数据内容之间以逗号“，“作为间隔，以回车符作为每一帧的数据的结束。目标编码器收到对应指令后，会将收到的指令数据发送回来。配置指令如下表：
2）近尾洲水电厂闸门485型编码器配置如下：
左、右编码器地址分别设置为1、2，方向设置均为顺时针增大，工作模式均为往返模式、记圏模式均设置为单圈：400，多圈：10000，闸门开度零位编码器均设置为4000，串口工作模式均设置为被动发送，波特率均设置为19200。
配置完成后，进行配置锁定，避免数据冲撞改动程序代码。
4、程序设计
1）S7-200 PLC与编码器的通讯程序设计
1.1 通讯模式设置，选择S7-CPU226的端口0进行通讯，标志位赋值如下：
SMB30=16#05；该赋值选择无校验、每字节8数据位、传输波特率为19200bps、自由口协议模式。
SMB87=16#F0；该赋值选择接收信息功能被使能、使用SMB88数值检测信息的开始、使用SMB89数值检测信息的结束，使用SMW190数值检测空闲线条件。
SMB88=16#25；该赋值选择，当检测到“%”字符时，数据传输开始。
SMB89=16#0A；该赋值选择，当检测到换行字符时，数据传输结束。
1.2 发送指令到编码器取数，赋值指令如下：
VB3200=16#0B，对应ASCII码为垂直制表栏。
VB3201=16#24；对应ASCII码为“$”。
VB3202=16#43；对应ASCII码为“C”。
VB3203=16#4A；对应ASCII码为“J”。
VB3204=16#2C；对应ASCII码为“，”。
VB3205=16#31；对应 ASCII码为“1”。VB3205所代表的编码器地址，当编码器接收字符串完毕后，VB3205自加1，当B3205=16#33时，将其重新赋值为16#31。
VB3206=16#2C；对应ASCII码为“，”。
VB3207=16#38；对应ASCII码为“8”。
VB3208=16#2C；对应ASCII码为“，”。
VB3209=16#31；对应ASCII码为“1”。
VB3210=16#0D；对应ASCII码为“回车符”。
VB3211=16#0A；对应ASCII码为“换行符”。
该串指令相当于发送指令” $CJ，1，8，1”到编码器，申请被动发送数据，然后将收到的数据储存在VB2800开始的寄存器中，数据储存格式如下：VB2800、VB2801-2813、VB2814、VB2815分别存储格式为“垂直制表栏”“%8d=+00000000”、“回车符”“换行符”。
1.3对收到的编码器数据进行处理，当程序判断SMB=16#20字符串接收完成，起始字符VB2801为“%”，结束字符VB2815为“换行符”时，将VB2805-VB2813的数据位储存在的VB3320开始的寄存器（1号编码器采集的数据）或VB333开始的寄存器（2号编码器采集的数据），如下图。然后将采集到双整数转换为实数，储存在VD3102或VD3106寄存器中。
1.4 将采集到的数据按照原弧门左右油缸行程计算公式进行计算，即可得到弧门的开度。
四、结束语
近尾洲水电厂通过咨询厂家，利用自身技术力量，成功自行完成了1孔弧门编码器换型安装及调试试验，经过长时间和频繁操作的汛期试运行，试验均正常，成功消除了原编码器采集数据跳动的现象，解决了因编码器老化原因带来的困扰，增加了泄洪设备的可靠性，方便了水库调度管理，确保安全度汛。
参考文献：
[1] 16进制与ASCII码对照表
[2] 廖常初；S7-200 PLC编程及应用；机械工业出版社；2007年
[3] 王阿根；西门子S7-200PLC编程实例精解；电子工业出版社；（2011-11）
[4] 陆金荣、向晓汉；西门子S7-200PLC完全精通教程；化学工业出版社；（2012-07）
[5] 485输出型编码器WCM610说明书
论文作者:赵彪
论文发表刊物:《电力设备》2018年第21期
论文发表时间:2018/12/5
标签：编码器论文; 水电厂论文; 闸门论文; 数据论文; 指令论文; 通讯论文; 测量论文; 《电力设备》2018年第21期论文;