西门子6ES7231-7PF22-0XA0型号参数

西门子6ES7231-7PF22-0XA0型号参数

一、引言 
可编程逻辑控制器(PLC)是八十年代发展起来的新一代工业控制装置，是自动控制、计算机和通信技术相结合的产物，是一种专门用于工业生产过程控制的现场设备。由于控制对象的复杂性，使用环境的特殊性和运行的长期连续性，使PLC在设计上有自己明显的特点； 
可靠性高，适应性广，具有通信功能，编程方便，结构模块化。在现代集散控制系统中，PLC已经成为一种重要的基本控制单元，在工业控制领域中应用前景较其广泛。 
化学水处理系统的任务是向热力系统供给合格的补充水。它包括原水净化处理系统、制备锅炉所需的补给水系统和汽轮机凝结水的净化处理系统。 
目前，火电厂水处理系统控制手段各异。大致可分为：(1)手动操作，机械劳动强度大，已逐步淘汰；(2)有继电器触点控制系统，接线复杂，维护工作重大：(3)以计算机为基础**工业计算机一Pc程序控制。这一技术目前火电厂中应用量较为广泛，基本上能满足生产需要，也是当今乃至今后研究发展方向。 
本文笔者参与开发的某火电厂化学水处理程控系统中，系统要求在化学水处理控制室里，对电厂化学水处理系统设备进行控制，并实时监测设备的运行状态及参数的情况。 
鉴于电厂化学水处理系统的重要性，采用PLC实现水处理设备的联锁控制以保其可靠性和特殊性，工业控制计算机则作为上位机与PLC互相配合，共同完成水处理系统的监控功能。 
二、补给水处理系统工艺流程 
**水混凝沉淀处理后，已经将其中大部份悬浮物除掉，从外观上看也常常是透明，但实际上水中免不了残留少量细小悬浮颗粒，还需进一步对其进行处理，否则，当进行离子交换处理时，会污染交换剂，影响出水水质。 
水经混凝和过滤处理后，可其中悬浮物和胶态物质，但硬度并没有改变，且碱度一般仍然较高，水预处理中采用了沉淀软化，水中残留硬度和含盐量仍无法达到锅炉补给水要求，还必须作进一步软化、除盐处理。阴、阳离子交换除盐是较常用处理方法，工艺流程图如图1所示。 
三、化学水处理程挂系统软件实现 
双水发电厂补给水处理控制系统由下位机和上位机构成两级集散控制系统(Dcs)。现场数据采集、预处理、过程控制及向上位机传送数据等任务由下位机完成，上位机负责全系统控制、管理和信息综合。 
基本方案采用3台西门子公司SIMATIcS7-300可编程序控制器控制现场设备，依次为过滤器单元及泵、化学仪表等数据：一级除盐单元：混床单元。改造方案见图2。 
操作站选用1台研华工控机，软件开发平台选用亚控公司组态王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完整工业自动化软件，具有很高可靠性，是目前中国市场应用较多组态软件。 
该方案配置体现了分散控制系统优点。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一种现场总线，具有很好灵活性和可靠性，性能价格比上也有很大优势。PROFIBUS-DP具有快速、即插即用、效、等特性更适合本系统要求，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)标准接口连接到工业控制网络上，减少了繁琐硬接线，现场总线改善了设备间和通信以及提高了系统精度及实时性，提供了相当重要设备级诊断功能。 
(一)下位机控制程序设计 
将控制系统分为四个大功能块：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5~10m，当水位低于5m时，自动按流程顺序投运一套制水设各(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各。当水位**10m时，进入设备整体停运，将所有设备按严格操作顺序停运后，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。一级除盐切换为阳床出水Na+lOPPb或阴床出水电导5us／cm、Si02IOOPPb中任何一个。混床切换条件为出水导电度大于0，2qus／cm或Si02100PPb。 
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-I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，同时也可监控系统上用软件实现。

(二)上位机监控程序设计 
本监控系统是以微软公司bbbbbbs98／NT／2000为工作平台使用组态16.02开发出来。组态王是完全基于网络，是一种客户／服务器模式，可配置其网络时绑定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，反映屏幕上各种画面中，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：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完成一个工艺流程；步操运行方式则是每一个工艺生产过程可由人工进行单个步序操作：手动方式即是可由人工对每一个受控设备进行一对一启／停、开／关操作，尤其适用于设备初调或维修阶段。这四种运行方式之间设计为无扰动切换，这样较大方便了工厂运行人员操作维护。 
各监控界面可用于监视流程状态也可画面上对流程实施强制操作。将整个工艺流程监控画面上反映出来，该画面以虚拟仪表方式实时显示现场信息，具有直观、动态、实时效果。画面中，受控件(如阀门等)状态及反馈均可受控件上直接显示出来，我们不同颜色表明设备各个状态，画面流程随工况不同而动态变化。画面上标有系统所有控件，有模拟量输入控件(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。运行过程中发生异常情况时，操作员可直接上位机按下急停按钮，设备立即停止运行：操作员也可以现场直接手动操作。 
四、控制系统实现功能 
此计算机监控系统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，同时较大程度上**人员安全，方便了工厂运行人员维护。 
此系统具体实现以下功能： 
(一)实时监视工艺流程 
将整个工艺流程监控画面上直观实时反映出来·本系统提供了精美显示屏幕、汉字菜单、加速键、按钮等标准窗口界面对象，对一些重要参数输入提供了汉字提示填表式输入对话框。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。 
(二)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。 
(三)报警项目及打印 
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，同时配置报警打印机中即时打印出来供运行人员维修参考。 
1、 无阀位反馈报警：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成组阀门，操作员应到阀门现场查看，确定故障阀门并故障。 
2、 泵故障：报警项目列出故障泵，提示操作员报修。因各泵均有各用泵，一旦用泵出现故障则PLC自动将系统切换到备用泵，不影响系统运行。 
(四)参数显示及参数设置 
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。 
(五)权限安全设置 
系统中，对操作人员设定一定权限。操作人员输入自己密码，可进行自己权限以内操作，有效防止了误操作。 
五、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**。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，具有很好借鉴推广价值。

1．PLC程序的内容
PLC应用程序应较大限度地满足被控对象的控制要求，在构思程序主体的框架后，要以它为主线，逐一编写实现各控制功能或各子任务的程序。经过不断他调整和完善。使程序能完成所要求的控制功能。另外，PLC应用程序通常还应包括以下几个方面的内容：
（1）初始化程序 在 PLC上电后，一般都要做一些初始化的操作。其作用是为启动作必要的准备，并避免系统发生误动作。初始化程序的主要内容为：将某些数据区、计数器进行清零；使某些数据区恢复所需数据；对某些输出量置位或复位；显示某些初始状态等等。
（2）检测、故障诊断、显示程序  应用程序一般都设有检测、故障诊断和显示程序等内容。这些内容可以在程序设计基本完成时再进行添加。它们也可以是相对独立的程序段。
（3）保护、连锁程序  各种应用程序中，保护和连锁是不可缺少的部分。它可以杜绝由于非法操作而引起的控制逻辑混乱，保证系统的运行更安全、可靠。因此要认真考虑保护和连锁的问题。通常在PLC外部也要设置连锁和保护措施。
2．PLC程序的质量
对同一个控制要求，即使选用同一个机型的PLC，用不同设计方法所编写的程序，其结构也可能不同。尽管几种程序都可以实现同一控制功能，但是程序的质量却可能差别很大。程序的质量可以由以下几个方面来衡量：
（1）程序的正确性  应用程序的好坏，较根本的一条就是正确。所谓正确的程序必须能经得起系统运行实践的考验，离开这一条对程序所做的都是没有意义的。
（2）程序的可靠性好  好的应用程序可以保证系统在正常和非正常（短时掉电再复电、
某些被控量**标、某个环节有故障等）工作条件下都能地运行，也能保在出现非法操作（如按动或误触动了不该动作的按钮）等情况下不至于出现系统控制失误。
（3）参数的易调整性好  PLC控制的优越性之一就是灵活性好，容修改程序或参数而改变系统的某些功能。例如，有的系统在一定情况下需要变动某些控制量的参数（如定时器或计数器的设定值等），在设计程序时必须考虑怎样编写才能易于修改。
（4）程序要简练  编写的程序应尽可能简练，减少程序的语句，一般可以减少程序扫描时间，提高PLC对输入信号的响应速度。当然，如果过多地使用那些执行时间较长的指令，有时虽然程序的语句较少，但是其执行时间也不一定短。

（5）程序的可读性好  程序不仅仅给设计者自己看，系统的维护人员也要读。另外，为了有利于交流，也要求程序有一定的可读性。

安全型PLC是为特殊用途的机器设备而设计的，用于关键型控制和安全型应用。这些控制器通常是安全仪表系统（SIS）的一部分，用在检测具有潜在危险的流程工业环境中。一旦出危险，SIS的应用程序能自动作用，把流程切换到安全状态。

序列检查：序列检查监视CPU操作系统不同部分的执行。

存储器检查：所有静态存储器区，包括Flash存储器和RAM，使用循环冗余码（CRC）进行检测，并且双码执行。动态存储器区由双码执行保护，周期性进行检测。在冷启动时，这些检测重新进行初始化。

从上面的分析可以看出，安全PLC的诊断和检测比常规的PLC的检测要多很多，所以相对来说，硬件和软件的设计更复杂。当然，检测和诊断的范围也更广范，更细致。

2．4安全PLCI/O诊断概述

上面我们对安全PLC的CPU的情况进行了一个简单的分析，下面我们再来看看安全输入/输出模块的情况。

所有安全I/O模块都要执行以下两个诊断功能：

更多的系统层面的诊断，包括了：RAM测试、ROM测试、以及

根据模块的类型不同，现场层面的诊断，

下面的表格列出了安全I/O模块的现场诊断情况：

还有，安全PLC要对安全CPU和安全I/O之间的通信进行诊断，比如使用CRC校验。因此，不仅要检查接收的数据是否等于发送的数据，而且要检查数据变化。为了解决扰动问题，比如EMC的影响，它可能瞬间破坏你的数据，所以你需要对每个模块，配置一个很大的连续CRC错误诊断。

上电时诊断：在上电时，I/O模块执行扩展的自检程序，如果测试出现错误，模块被认为不健康，输入输出全部置为0。

运行时的诊断：在系统运行时，I/O模块执行自检程序，输入模块检验是否能够从传感器读取整个范围的数据，输出模块对它们的开关执行脉冲测试，周期小于1ms，在数字量输入和数字量输出模块，上电自检失效和模块没有接到外部的24V电源时，模块不工作。

安全型PLC是为特殊用途的机器设备而设计的，用于关键型控制和安全型应用。这些控制器通常是安全仪表系统（SIS）的一部分，用在检测具有潜在危险的流程工业环境中。一旦出危险，SIS的应用程序能自动作用，把流程切换到安全状态。

特殊的电子线路，细致的诊断软件分析，再加上对所有可能失效进行测试的完整性设计，确保了安全PLC具有测定99％以上的内部元件潜在危险失效的能力。一种失效模式、影响和诊断分析（FMEDA）方法一直指导着设计，这种方法会指出每个元件是怎样引起系统失效，并且告诉你系统应该如何检测这个失效。TUV的工程师会亲自执行失效测试，把它作为他们认证过程的一个部分。

严格的国际标准软件应用于安全PLC。这些标准需要特殊技术，避免复杂性。更进一步的分析和测试，细致地检查操作系统的任务交互操作。这种测试包括实时的交互操作，比如多任务（当使用时）和中断。还需要进行一种特殊的诊断，被称为"程序流控制"和"数据确认"。程序流检查能确保基本功能能按正确的顺序执行，数据确认使所有的关键数据在存储器里进行冗余存储，并且在使用前进行有效性测试。在软件开发过程中，一个安全PLC需要附加的软件测试技术。为了核实数据完整性检查，必须执行一系列"软件失效注入"测试，也就是人为对程序进行故意破坏，来检查PLC的响应是否运行在预计的安全方式。软件的设计和测试带有详细的文件资料，这样第三方的检查员就能够明白PLC的运行原理，而多数软件开发没有使用这种规范的操作流程，这也正好说明为什么众多的垃圾软件会出现那么多的臭虫而无法发现了。

二、举例

下面试通过施耐德电气公司的一款安全PLC，来更具体地说明安全PLC与常规PLC的区别。

2．1安全PLC与常规PLC的CPU的差别

常规PLC内部CPU的数量有一个或多个，它或它们的作用是：执行用户的程序、进行I/O的扫描和系统的诊断。但用户的程序通常就进行一次处理，多个CPU的功能是把程序中的逻辑运算、算数运算、通信功能等分担实现，也就是协作处理。

而安全PLC的CPU至少有两个或多个，两个CPU的功能是：分别对同一个用户程序各自执行一次，然后再把两个结果放在一起进行比较，如果比较的结果是一致的，就输出这个，如果是不一致的，选择安全的输出。由此看出，这才是安全PLC与常规PLC较大的不同：冗余＋比较。

http://zhangqueena.b2b168.com