西门子6ES7277-0AA22-0XA0货期较快

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1 引言

为了在新建分厂中提高饲喂过程的自动化程度，进而减少饲喂人员以及饲喂人员与商品猪的接触次数，降低发生疫情的发生机率。本文在自动饲喂控制系统上进行了设计。

2 自动化饲喂系统设计

2.1 系统要求

由于客户的养殖厂地处偏远，供电系统不稳定，而且停电现象相对比较频繁。根据实际情况，当时客户对控制系统提出了以下几点要求：

(1)系统要稳定可靠，可长时间无人值守自动运行。

(2)整个系统要停电后能自动重新启动并且能按照停电前的设定继续工作。

(3)可以保存多组配方，并能按预先设定的配方自动配料。

(4)能自动保存3个月的系统工作记录，并且能在计算机上 方便的查询结果。

(5)要为以后的组网余留通讯接口。

2.2 系统分析

根据客户提出的控制要求，罗升企业的工程师对施工现场进行了考察。在施工现场工程师发现客户的22个信号点相对于控制室比较分散，较远处离控制室有150米远，较近的也**过10米。如果只用1台plc在控制室，要料信 号、料门开关到位信号以及输出控制都通过铺设电缆来实现的话，就会造成现场布线麻烦和线缆成本过高。于是我们采用了两台丰炜plc作parallel bbbb通讯的方案来解决这个问题。

另外由于系统所在地区经常停电，上位机如果选用工控机的话，可能会因为经常停电而损坏。因此我们选用了稳定可靠的罗升瑞典beijer人机，该人机不但能保存大量的工作数据，而且可用ftp的方式通过以太网方便 的访问。

1 引言

保证机组的逻辑控制系统的安全运行，火力发电机组的热工保护系统功不可没。它连续监视机组的运行状况，当出现危及设备和人身安全时，按适当的程序停用相应的设备，甚至停机。由此可见，其误动和拒动都会带来重大损失。

125mw火电机组多建于80年代，其热工保护装置采用继电器硬线逻辑，系统复杂，故障点多， 发生故障时系统不易恢复，可维护性低，严重影响机组的安全运行。

为提高老机组热工保护系统的可靠性，完善其功能，我们对湖南金竹山电厂的#6机组(125mw)进行了改造，系统通过一年多的运行考验，取得了圆满的成功。

2 总体设计

2.1 热工保护系统原理

热工保护系统通常由四个部分组成，参见图1，即运行人员控制盘、逻辑控制系统、执行机构和检测元件。

(1) 操作控制盘:包括指令器件和信息反馈器件，如操作按钮和信号灯等。控制盘逐渐由crt代替。

(2) 逻辑控制盘:热工保护系统的核心。它根据操作命令和检测信号进行综合判断和逻辑运算，其结果用于驱动执行机构或送运行人员控制盘。

(3) 执行机构:机组的驱动机构。包括:各种电磁阀、控制阀、变频器、接触器等。

(4) 检测元件:热工保护系统的基础。其主要作用是将反映机组状态的各种参数变为系统可接受的开关量信号。元件包括:反映执行机构位置的限位开关;反映诸如 压力、温度、流量、水位是否正常的传感器，如压力开关、温度开关、流量开关等等。

2.2 检测信号处理

为减少中间环节，充分利用plc资源，将所有汽轮机跳闸、联锁回路，包括汽轮机后备**速保护、真空低保护、润滑油压低保护、轴向位移保护、高压缸胀差保 护、低压缸胀差保护、发电机断水保护、发电机差动保护、汽轮机振动保护、电**速保护、润滑油压低联动、高加水位高保护、抽汽联锁、后汽缸喷水、给水泵联锁等信号直接接入plc。

对于重要参数，如汽包和高压加热器水位、汽轮机位移和差胀、真空等采用三选二逻辑。对于变化频繁的参数，加延时处理。因现场信号均为无源节点，不经过隔离直接输入到plc摸件。本课题的输入点约80点。

2.3 输出信号处理

执行机构包括:主汽门，电**速保护，发电机断水保护，1-5段抽汽门保护和信号，甲、乙给水泵，后汽缸喷水保护和信号，#5、#6高加水位高ⅱ值信号，高 加事故放水门动作，#5、#6高加水位高ⅲ值信号，切除高加(1)、(2)、(3)磁力断路油门，中压调速汽门，油开关，#5、#6高加出水电动 门，#5、#6高加进汽电动门，高加旁路门等等，共52点。

综合考虑执行部分设备容量和系统可靠性，plc输出全部采用中间继电器隔离。

2.4 plc配置

在老机组热工保护的plc改造中，相对于检测元件和执行机构而言，plc的可靠性是较高的，故本课题未采用plc整体冗余结构。仅对于较其重要的i/o 点，采用plc的模件冗余方式解决。

对于plc的输出模件的选择，考虑到现场的共摸干扰达200-300v，采用继电器方式的模件。根据上述原则，选择modicon tsx premium plc。

2.5 系统电源

系统电源是plc可靠运行的基本保。系统供电的两路ups电源分别来自不同的回路，减少了事故状态下ups失电的可能，两路ups互为备用，先投入者为 工作电源，另一路为备用电源。

3 控制逻辑

在热工保护plc改造中，其逻辑功能如下:

(1) 基本功能，完善并实现原继电器所有逻辑;

(2) 保护系统投入、退出时间记录，用于保护系统投入情况考核;

(3) 先发原因记录。

当热工保护动作后，要指出引起动作的**原因，以便处理和分析事故原因，**跳闸记忆逻辑就是根据这一条原则制定的。对于保护动作时间记录，由于一些保护动作时互为因果的关系，其动作的先后次序的记录对运行事故分析有相当的参考价值，因此要求记录的较小分辨率达到10ms，每套保护记录系统复位后较先动作的那一次时间

我国拥有较长的海岸线，且在近海海域蕴藏着丰富的石油和天然气资源，对通讯的需求日益增加;另外，原来铺设的海底通信电缆，由于电缆通信容量小，抗干扰性差，老化现象严重，在大多数情况下必须使用海底光缆才能彻底解决岛屿的通信问题。早在1986年，我单位就生产出国内条海底光缆。此后，海缆的结构不断变化，设备制造工艺也在不断的更新。我单位研制的海 底光缆生产线也采用了不少国内外先进技术，其中pc和西门子s7系列plc在海底光缆护套生产线电气主控系统上的应用就是一个主要方面。

2 海底光缆护套生产线

海底光缆护套生产线主要用途是海底光缆用光纤松套不锈钢管护套的大长度生产，该生产线主要有φ2500地轨龙门行走式主动放线架、主动放线张力控制装置、 sj30卧式挤出机(挤热熔胶)、sj90挤出机、2m移动冷水冷却水槽及水箱、8m热水冷却水槽及水箱、12m温水冷却水槽及水箱、30m冷水冷却水 槽、吹干装置、履带式牵引机、火花试验机、测径仪、收线张力同步器、φ3150地轨龙门行走式收排线架和相应的电气控制系统等组成(如图1所示)。整条生 产线的长度为83m。

3 生产线电气控制系统结构

海底光缆护套生产线电气控制系统是一个较大的控制系统，整个系统主要控制对象为:地轨龙门的放线，sj30的加热和护套挤出，sj90的加热和外护套挤 出，牵引同步，地轨龙门的收排线，水槽温度的控制，张力的控制，外径的控制等。系统控制点数的分类情况与统计见表1。

由于控制点数多，生产线较长，加之采用占地面积较小、承重能力较高的地轨龙门行走式主动收放线架，如果采用单plc控制系统，不仅系统复杂，不适应于生产 线的易安装、易维护和低故障率的要求，而且可靠性不能保。我们经过综合分析，决定采用了分布式的profibus-dp现场总线网。

profibus是近年来国际上较为流行的现场总线，也是目前率较快的一种现场总线(传输率可达12m波特)，它以其*特的技术特点、严格的认证规范、开放的标准、众多厂商的支持，已成为较重要的现场总线标准，在很多领域内有广泛地应用。正是基于profibus现场总线技术上的成熟和开放性，以及在实际应用后的经济效果，因此我们在海底光缆护套生产线控制系统中选用了mpi+dp的总线控制方式。

如图2所示，整个控制系统由1台上位机、1台profibus-dp主站和2台profibus-dp从站及其他控制设备组成。我们之所以 在生产线中选择使用西门子公司的s7系列plc，是因为它具有高速、多功能、系统化、网络化、结构简单、安装方便、系统组织灵活、可靠性高、维护方便等特 点。plc的每一个i/o出现故障时，只需要调换有故障的模块，而不需长时间的停产进行设备维修，特别适合于我们当前竞争日益激烈的光缆市场。网络化和通讯强化通讯能力也是该plc的一个重要特点。

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。