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产品描述
西门子6GK7243-1EX01-0XE0参数设置
一、引言
目前，我公司已有一水厂、五水厂两个水厂和长大集团*八水厂的 DCS系统相继实施竣工，使水厂生产和管理的自动化水平大大提高，本文就构成系统的一个子站——送水泵站，谈一谈可编程控制器监控系统在该站点的建立。送水泵站是水处理工艺的最后一道工序，清水经过它升压后直接输送给用户，所以，怎样应用现代科学控制技术，改善和提高送水泵站的自动化水平，研制出先进的可编程控制器监控系统，**城市供水是我们的主要任务。
二、系统组成
送水泵站的主要控制设备为高压电机和出水阀门及改进后安装的排气电磁阀。可编程控制器通过对微机保护系统柜、高压柜、阀门控制台等设备和相关仪表输出的各种信号、参数 (如：电流、电压、出厂水流量、余氯、浊度、水压、水位等)进行实时采集、分析、处理，再输出给控制对象，利用PC机，通过WINCC组态软件，做成一个非常友好、生动鲜明的界面，方便地监视本站点的生产工况并对设备进行控制。现场总线PRO-FIBUS把本站点的PLC和PC电脑与其他站点、中控室、厂长室等连接起来构成一个工控网络。
三、系统功能
通过计算机对生产设备进行操作，对工艺过程进行监控，具备手动、单控、联控、全自动控制功能；
能够实时地远程采集生产设备的状况信息， ( 如手动、自动、运行、故障等 ) ，以及水处理工艺参数 ( 如流量、压力、余氯、浊度、水位等 ) ；
对多种信息、参数进行计算、分析、处理，设置**限报警，上传等，并形成随时间变化的曲线；
各功能模块的点数留有 10% 的余量供备用，必要时可方便地进行系统扩展；
具有网络功能的监控计算机、可编程控制器与各个子站之间，采用 PROFIBUS 工业现场总线联网通讯，可进行有限的子站画互切换。
能与微机继电保护系统通讯，取得各种电运行参数供系统使用。
1.PLC模块选取 根据监控要求，该站选用了西门子SI-MATICS7—300PLC，其模板配置如图：
A | B | C | D | D | D | E | F | F |
3.1 PROFIBUS
Profibus-DP主站采用SIMATIC S7-300的系列模块，作为控制中心的CPU采用西门子公司新推出的CPU313C-2DP，它具有强大的数据处理能力，不仅集成了MPI通讯口，而且集成了Profibus-DP现场总线接口，同时还可插入MMC存储卡，可以有效的防止以前由于使用电池保存程序而造成的PLC程序易丢失的问题;还集成了16点的数字量输入和16点的数字量输出，具有较高的性价比。主站还配有两块SM334和一块SM321，可进行除放线和收线从站控制部件外的生产线其它部分的直接控制。
Profibus-DP从站处于经济方面考虑采用SIMATIC S7-200的系列模块。CPU采用cpu224，EMM277从站模块经过I/O总线连接到CPU224中，Profibus网络经过EMM277的DP通讯口，从而将S7-224CPU连接到Profibus--DP网络中。作为DP从站，EMM277可从主站接受和发送数据，从而完成从站CPU224与主站CPU313C-2DP的数据交换。通过PROFIBUS-DP网络可使操作人员方便的、实时的掌握生产线运行状况。
在设备安装过程中，我们用Profibus网络总线连接器和Profibus电缆将3个CPU连接起来，再利用编程工具STEP7对S7-300进行硬件组态，建立一个PROFIBUS-DP网络。为将EMM277作为一个DP从站适用，用户必须通过EMM277模块上的旋转开关设定与主站组态中地址相匹配的DP端口地址。
PLC程序采用S7-300的配套编程工具STEP7完成硬件组态、参数设置、PLC程序编制，编译完成后下载到CPU313C-2DP中。用户程序由组织块(OB)、功能块(FB、FC)和数据块(DB)构成。其中，OB用于控制程序的运行，FB、FC是用户子程序，DB是用户定义的用于存储取数据的存取区，本系统中它是上位机软件与PLC程序的数据接口。
当组态DP主站时，需要定义CPU224变量V存储器内的字节位置，从这个位置开始作为输出数据缓冲区。也要定义I/O配置，他是写入到CPU224的输出数据总量和从CPU224返回的 输入数据总量。在从站与主站正常进行数据交换模式时，主站将输出数据写入到EMM277模块。然后，EMM277响应较新的CPU224的输入数据，不断更新，以便向主站CPU313C-2DP提供较新的输入数据。然后，EMM277将输出数据传送给CPU224，从主站来的输出数据放在输出缓冲区。
在编程S7-200程序时，在编程时也要注意从主站来的数据必须经过传送指令，从输出缓冲区转移到其它数据区，类似的，传送到主站的数据也必须通过传送指令从各种数据区传送到输入缓冲区，进而发送到主站中。
这样在程序运行时，主站CPU313C-2DP根据存储卡存储的程序和从站PLC一样，分别通过相应的数字量和模拟量输入、输出模块采集生产线各种运行状态，控制硬件设备，并读取总线上的所有I/O模块的状态字，实现在现场总线上的数据采集和控制信号的输出，并实现一些简单的诸如张力控制等控制算法。现场的PLC把分散的数据集中到DP主站，并通过MPI通讯送到上位机，从而实现PC的直接控制生产线的运行。
3.2 上位工业计算机
我们的工业计算机选用闽台研华公司的IPC-610作为上位机，因为它们在国内工业控制市场上占有较大的份额，可靠性也较高。通过MPI通讯卡CP5611使工控机与DP主站进行MPI通讯，从而实现工业PC机与DP总线的硬件连接。并可通过RS232C与生产线的外径测量仪等智能仪表进行串口通讯，从而实现生产线其它控制数据的采集。
我们在上位机采用的组态王是一个具有易用性、开放性和集成能力的通用组态软件，使我们可根据实际生产需要任意组态，快速生成应用软件，并可方便的的实现软件的实时数据更新、历史曲线和实时曲线显示、报警、数据存储、查询等功能，大大缩短了软件的开发周期，提高了软件运行的可靠性、维护性、延续性和可扩充性。
对于本系统的PROFIBUS网络，我们定义了I/O变量后，组态软件通过MPI驱动程序软件接口获取DP主站相应的数据，我们可直接使用变量名用于系统控制、操作显示、趋势分析、数据记录和报警显示，这样就可以实现工业流程画面上动态地显示现场各过程硬件的运行状态，数据也可以按相应的顺序写回现场过程硬件，执行控制操作，实现生产线的人工控制功能。
在软件画面中，点击相应设备按钮就可对该设备进行单独控制;还可显示生产线各部件的当前运行状态，如当前电机速度以及一些故障信息等。对系统实时采集的数据进行判断，发出报警信号，并按技术要求进行处理并自动进行相应的设备控制，如对故障信号的及其恢复等，还可利用软件的DDE功能实现报表打印功能以及实时数据和历史趋势曲线显示等功能。
4 结束语
在海底光缆护套生产线控制系统中，我们通过应用Profibus-DP现场总线取得了很好地运行效果。Profibus-DP总线不仅满足了生产线的各项功能要求，并且使用合理。由于通讯方式的实现，省去大量的电缆、桥架等安装物资，可减少设备生产成本;总线控制方式，维护简单，维护量小。在本控制系统的设计、安装和调试过程中，Profibus-DP的应用无疑是正确的，我们的经验是在现场安装过程中仍要注意对现场各类干扰因素的防范以及现场的接地系统对总线通讯的影响。
总之，海缆的生产是一项专业性很强的技术工作，需要有专门的各种生产线来实现生产。通过本次Profibus-DP现场总线在海底光缆护套生产线上的应用，随着将数字信号和模拟信号混合的系统改造为全数字信号系统的发展，Profibus-DP会在光纤光缆生产线中得到越来越广泛的应用。
细纱机是纺织厂的**设备，具有前后两个辊子。由于辊子的速度比后面辊子快，从前辊子进去的粗纱在两个辊子之间得到拉延，从后面辊子输出的纱就变细了。花式纱不是均匀粗细，而是粗细相间。要得到粗细相间的纱，只需让后辊子的转速时快时慢即可。
1. 差动齿轮系的设计
来自于前辊子的转速经过齿轮减速后作为差动齿轮系的一个输入，另一个输入由两台伺服电动机通过机械合成而成，能实现启停500次/min。若两台伺服电动机不转，差动齿轮系输出到后辊子的为一个低于前辊子的均匀速度，此时细纺机纺出为普通纱。若两台伺服电机均启停250次/min，且启停时间错开，通过机械合成后为启停500次/min，此时差动轮系输出到后辊子的变化速度为500次/min，细纺机纺出为花式纱。
2. 控制系统硬件的设计
在纺纱过程中需要不断地改变纱的粗细、纱的长度和节距3个参数，要求伺服电机不断改变启停周期和速度，每种纱常有300多种变化组合，参数要求方便进行调整，而且工作环境较恶劣，可靠性要求高。
伺服系统电机采用低惯量永磁同步电机。两套伺服系统的速度控制号由PLC模拟量I/O模块输出控制。两套伺服系统的启停控制信号由PLC扩展的脉冲输出模块输出端控制，其相位相互错开。
为了调节纱的粗细、长度和节距，PLC需要不断前辊子的速度，根据设置的参数和的前辊子速度计算出后辊子的速度和开关频率。前辊子速度和伺服电机速度的采用光电编码器，其输出的脉冲信号输送到PLC的高速计数模块进行计数从而得到前辊子的速度以计算伺服电机速度和开关频率。另外PLC选用绝缘型通讯用适配器与工控机进行通讯，以实现参数的设置和监控。通过HMI，单独机器部件的状态用图表界面简单明了的变现出来，使得操作和配置更加容易。
贝加莱X20系统能够实现高速的I/O控制，降低了线缆的费用，其模块化设计让系统具有**群的扩展能力，紧密的硬件设计则节省了面板的安全空间。
3．程序设计
速度采用M法测速，在固定的时间间隔Ts内读取速度信号的脉冲数从而计算出转速的大小。串行通信模块数据传送利用RS指令，其与工控机进行串行通信时可以设置数据长度、奇偶性、波特率、停止位等。D/A模块具有电压输出和电流输出两种形式。数模转换模块采用FROM，TO指令，其中FROM控制A/D输入，TO控制D/A输出，编程指令包含选择数模转换通道和输入输出数据存元，设置数模转换命令，输出或读入转换等。
贝加莱系统每一个完整的控制系统的操作配置都集成在一个自动化软件Automation Studio中，不仅加快了工程进度也节省了成本。
4．结论
该纺织**细纱机控制系统采用PLC加差动齿轮加伺服电机的设计，后辊子速度变化频率可达500次/min，充分满足了细纱机生产的需要。运行表明，该系统设计合理、工作可靠。
本文介绍了将继电器电路图直接转换为PLC的梯形图，PLC的输入电路与梯形图的关系，用PLC的定时器实现时间继电器功能的方法，和在PLC 外部设置硬件互锁的问题。
问：怎样将继电器电路图直接转换为PLC的梯形图？
答：继电器电路图是一个纯粹的硬件电路图，改为 PLC 控制时，需要用 PLC 的外部接线图和梯形图来等效继电器电路图。在“一变二”的转换过程中，可以将PLC想象成一个继电器控制系统中的控制箱，其外部接线图描述了这个控制箱的外部接线，梯形图是这个控制箱的内部“电路图”，梯形图中的输入继电器和输出继电器是这个控制箱与外部世界联系的“接口继电器”，这样就可以用分析继电器电路图的方法来分析 PLC 控制系统。在分析梯形图时可以将梯形图中输入继电器的触点想象成对应的外部输入器件的触点或电路，将输出继电器的线圈想象成对应的外部负载的线圈。外部负载的线圈除了受梯形图的控制外，还可能受外部触点的控制。
首先应了解和掌握被控设备的工作原理、工艺过程和机械的动作情况，设计的第一步是定PLC的输入信号和输出负载，在此基础上画出 PLC 的外部接线图。
继电器电路图中的交流接触器和电磁阀等执行机构用PLC 的输出继电器来控制。按纽、操作开关和行程开关、压力继电器等的触点接在PLC的输入端。继电器电路图中的中间继电器对应梯形图中的辅助继电器，时间继电器对应梯形图中的定时器。
画出PLC的外部接线图后，同时也确定了PLC 的各输入信号和输出负载对应的输入继电器和输出继电器的元件号，为梯形图的设计打下了基础。
问：将继电器电路图转换为梯形图时，PLC的输入电路与梯形图有什么关系？
答：在 PLC 的外部输入电路中，各输入端可以接常开触点或常闭触点，也可以接触点组成的串并联电路。PLC不能识别外部电路的结构和触点类型，只能识别外部电路的通断，外部电路接通时对应的输入继电器为ON，梯形图中的常开触点闭合，常闭触点断开，反之亦反。如果将继电器电路中的触点或触点组成的电路接到PLC 的输入端，在梯形图中它们与对应的输入继电器的常开触点相对应（见图1～图3）。
设图１中的SB1和SB2的常开触点在继电器电路图中只出现了一次，可以将它们并联后作为PLC的一个输入信号。在梯形图中，X0的常开触点对应该并联电路，X1的常开触点对应SB3的常闭触点。如果在继电器电路中还有SB3的常开触点，在梯形图中它对应X1的常闭触点。
设计输入电路时，应尽量采用常开触点，如果只能使用常闭触点，梯形图中对应触点的常开/常闭类型应与继电器电路图中的相反。
在设计梯形图时应遵守梯形图语言中的语法规定，例如在继电器电路图中，触点可以放在线圈的左边，也可以放在线圈的右边，但是在梯形图中，线圈和输出类指令（如RST、SET指令等）必须放在电路的较右边。
问：继电器电路中的时间继电器与PLC的定时器有什么区别？
答：时间继电器是用硬件实现的，其费用与个数成正比。PLC的定时器主要是用软件实现的，硬件时钟只提供几种时基（基准时间脉冲列），通过对时钟脉冲的软件计数，达到定时的目的。现代的小型 PLC 一般都可以提供上百个定时器。与时间继电器相比，定时器具有硬件费用低、可靠性高、定时准确、重复精度高等优点。
操作站选用1台研华工控机，软件开发平台选用亚控公司的组态王6.02。组态王是一种能完成数据采集及控制、报警、图形数据显示等功能的完整工业自动化软件，具有很高的可靠性，是目前中国市场应用较多的组态软件。
该方案配置体现了分散控制系统的优点。即控制功能分散、操作管理集中。控制功能分散意味着系统实时响应快和系统危险分散、操作管理集中便于集中管理，方案配置还具有冗余特性。
PROFIBUS总线是当今国际上比较流行的一种现场总线，具有很好的灵活性和可靠性，在性能价格比上也有很大的优势。PROFIBUS-DP具有快速、即插即用、效、等特性更适合本系统要求，因此选择了PROFIBUS-DP方案作为现场通信方式。PROFIBUS现场总线将工业设备(传感器、开关、可编程控制器等)通过标准接口连接到工业控制网络上，从而减少了繁琐的硬接线，而且现场总线改善了设备间和通信以及提高了系统的精度及实时性，提供了相当重要的设备级诊断功能。
3.1 下位机控制程序设计
将控制系统分为四个大的功能块:整体投运、设备切换、清洗再生和整体停运。
(1) 除盐水箱水位控制在5~10m，当水位低于5m时，自动按流程顺序投运一套制水设备(包括一台清水泵、两台过滤器、一套一级除盐设备和一台混床);当水位低于3m时，自动投运另一套制水设备。当水位**10m时，进入设备的整体停运，将所有设备按严格的操作顺序停运后，一级除盐设备进行再生。
(2) 运行中机械过滤器达到规定过滤时间要切换到下一台备用机械过滤器。一级除盐的切换为阳床出水Na+>10PPb或阴床出水电导>5us/cm、SiO2>100PPb中的任何一个。混床的切换条件为出水导电度大于0.2qus/cm或SiO2>100PPb。
(3) 一级除盐运行20个周期后要进行大反洗再生，设计为全自动步序进行。
(4) 混床再生过程间隔时间长，故设计为半自动步序进行。
机械过滤器设备采用并联运行布置，运行及清洗操作实行遥控步序操作。混床设备采用并联运行布置，运行及再生操作实行遥控点操作。
一级除盐设备采用单元连接方式。设备的运行和再生采用西门子S7系列可编程序控制器控制。阳床出口装有电导表和硅表监督终点，其运行和再生操作采用遥控手动操作。
再生设备采用计量箱加喷射器，CTN-1型音频电磁式酸碱装置，再生液浓度及中间水箱液位人工调整。
各项操作由一个转换开关控制，可实现设备手动、步操、半自动和全自动四种操作方式，同时也可在监控系统上用软件实现。
3.2 上位机监控程序设计
本监控系统是以微软公司的bbbbbbs98/NT/2000为工作平台使用组态王6.02开发出来的。组态王是完全基于网络的，是一种客户/服务器模式，可在在配置其网络时绑定TCP/IP协议，即可利用其网络功能实现远程控制。操作人员可在控制室向下位机发出各种控制命令，同时将生产过程中各种信息数据过来，反映在屏幕上的各种画面中，使操作人员一目了然。
我们按工艺过程作出了各幅监控画面，对每一个工艺处理过程都可监控及操作;根据电厂实际操作运行需要设计了四种操作运行方式:全自动、半自动、步操和手动。全自动运行方式即是*人员干涉，当一个阴、阳床或混床水质取样仪表检测水质失效，程序自动进入下一个工艺流程;半自动运行方式则是连续自动地完成一个工艺流程;步操运行方式则是对于每一个工艺生产过程可由人工进行单个步序的操作;手动方式即是可由人工对每一个受控设备进行一对一的启/停、开/关操作，尤其适用于设备初调或维修阶段。在这四种运行方式之间设计为无扰动切换，这样较大地方便了工厂运行人员的操作维护。
各监控界面可用于监视流程状态也可在画面上对流程实施强制操作。将整个工艺流程在监控画面上反映出来，该画面以虚拟仪表的方式实时显示现场的信息，具有直观、动态、实时的效果。在画面中，受控件(如阀门等)状态及反馈均可在受控件上直接显示出来，我们通过不同的颜色表明设备的各个状态，画面流程随工况的不同而动态变化。画面上标有系统所有控件，在有模拟量输入的控件(如阴床电导值、定时器所余时间)旁显示即时值，供用户监控。还可对现场仪表进行参数设置。在运行过程中发生异常情况时,操作员可直接在上位机按下急停按钮,设备立即停止运行;操作员也可以在现场直接手动操作。
4 控制系统实现功能
此计算机监控系统的控制方案是使用工业计算机代替原有手动控制系统。上位机、下位机与现场之间达到同步控制，实现远距离监控及操作，节约人力资源，提高劳动效率，实现效益较大化，同时在较大程度上**人员的安全，方便了工厂运行人员的维护。
此系统具体实现以下功能:
(1) 实时监视工艺流程
将整个工艺流程在监控画面上直观实时的反映出来。本系统提供了精美的显示屏幕、汉字菜单、加速键、按钮等标准的窗口界面对象,对一些重要参数的输入提供了汉字提示的填表式输入对话框。在进行重要操作或退出时均会提示确认，人机界面做到人性化。
(2) 趋势画面及历史曲线
各模拟量参数则用棒状图画面动态显示，并有相关的实时趋势图和历史趋势图供操作人员参考，随时查询历史数据。
(3) 报警项目及打印
在每幅系统图上都有报警标志，设备故障、无阀位反馈信号或模拟量参数报警信息除控制柜有声光报警外，上位机画面上亦有报警信号，同时在配置的报警打印机中即时打印出来供运行人员维修参考。
a) 无阀位反馈报警:根据用户要求，无阀位反馈只用报警，不影响程序运行。阀位反馈按单步报警，报警项目列出无阀位反馈的成组阀门，操作员应到阀门现场查看，确定故障阀门并故障。
b) 泵故障:报警项目列出故障泵，提示操作员报修。因各泵均有备用泵，一旦在用泵出现故障则PLC自动将系统切换到备用泵，不影响系统运行。
(4) 参数显示及参数设置
在系统可调出工艺过程中各种参数，操作人员可查看并进行修改。
(5) 权限安全设置
在系统中，对操作人员设定一定的权限。操作人员输入自己的密码，可进行自己权限以内的操作，有效的防止了误操作。
5 结束语
本文将PLC控制结合现场总线技术应用于化学水处理程控系统上，保证了整套水处理设备安全、、稳定运行。投入运行以来，效果良好，受到用户的**。此系统为国内新建火电厂水处理程控系统设计和老火电厂进行水处理技术改造，提供了一种理想解决方案，具有很好的借鉴推广价值。
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