6ES7331-7PF01-0AB0技术参数

6ES7331-7PF01-0AB0技术参数

 SIMATIC PCS7 是西门子的新一代控制系统。它以先前的SIMATIC产品为基础的系统所获得的经验集中起来并进一步发展而成的，模块化结构，可按系统进行配置，从单个的小型自动化解决方案到复杂的控制系统。
    本工程为日产1000吨熟料水泥生产线，设有中央控制室（CCR），其控制、监视、管理范围包括生料配料、原料粉磨、废气处理、生料入窑、预热器、回转窑、冷却机、熟料储存、媒粉制备、水泥配料及水泥粉磨等到主要生产流程。在中央控制室对生产工艺过程的现状和趋势进行监视、管理和操作，从而达到使生产工艺设备稳定、可靠运行的目的。根据生产流程分设1#、2#、3#、4#四个现场控制站，分别设置在原料磨电气室、窑尾电气室、窑头电气室和水泥磨电气室内。它们各自的控制和检测为：1#现场控制站：生料配料站、原料粉磨及废气处理。2#现场控制站：生料入窑、烧成窑尾及烧成窑中。3#现场控制站：烧成窑头、煤粉制备及输送。4#现场控制站：熟料配料、水泥粉磨及输送。 现场控制站具有闭环控制，电机顺序联锁控制，以及数据采集，数据处理，储存、报警等功能；拥有数字量的模拟量控制的全部功能，可有效地对生产过程进行控制，与电气马达控制中心（MCC）一起对生产流程的马达实施逻辑联锁、顺序控制、分组启动/停止，同时，通过数据高速通道与中央控制室操作站进行过程数据和信息传输，接受来自操作人员的各种控制命令，完成检测控制要求。另外，还具有在线/离线组态功能，自诊断等功能。分布式控制系统的现场控制站均可独立完成各自的控制任务。 
    在本工程投标活动中，我们选择了SIEMENS公司的SIMATIC PCS7，根据标书要求及所提供数据：SIMATIC PCS7，SIEMENS公司的新集散控制系统（DCS），是全集成自动化（TIA）的核心部分，是使用单一、全集成化通用的系统解决自动化问题的革新产品。根据技术资料介绍，在新的自动化概念范围内，SIMATIC PCS7克服了系统间的许多障碍：计算机领域和DCS/PLC之间的障碍，控制和监视之间的障碍，集中式和分布式自动化结构之间的障碍，生产制造和工艺过程间的障碍。拥有真正灵活、集成化系统所的全**点。目前PCS7系统在世界范围内已发售341套，在国内运行着12套。而本工程应用PCS7所有部件构成完整的工厂全面自动化在国内还属**次。 
    分布式现场控制单元（AS）为S7400主站加ET200M分布式I/O。SIEMENS公司较新研制的高性能PLC具有下列特点：高速、坚固、通信能力强、使用方便、能满足用户要求，简而言之：性能高，操作简单。包括通信、处理速度、诊断以及完善的处理功能。 自动化系统从SIMATIC S7400系统中选择的*处理器以模块化形式组合，如基于以下SIMATICCPU：S7414 - 2DP，S7416 - 2DP，S7417 - 4DP，系统组成：电源模块，CPU，通讯处理器。分布式I/O采用装有S7300模块的分布式ET200M站用于过程连接。分布式现场站ET200M，是用于高集中输入/输出设备的模块化I/O站，具有处理全部分布式自动化问题各种需要的能力。可通过S7300I/O模块扩展。用来替代S7400模块，大幅降低费用。ET200是PROFIBUS - DP的被动从站，较大传输速率为12Mbit/s。ET200M I/O站包括IM153接口模块，较多8个S7300可编程控制器模块，它们通过PROFIBUS DP现场总线与自动化系统相连接。对要求有高可靠性的本方案来说，要求在运行过程中能插、拔模块，则应用一种插入和取出I/O子系统，它允许带电插拔模块，而不必停止系统的运行。技术资料介绍："有源总线模块使运行时热更换模块成为可能。更换模块时不需要中断运行，老模块仍保持运行，新模块插入时能自动启动。" 
    采用ET200M I/O能构成彻底分散的自动化系统。Siemens公司的Profibus现场总线是当代应用相当广泛、发展很快的现场总线标准。与从前使用的对等连接相比，现场总线的优点如今已广为人知。PROFIBUS的迅速普及说明了现场总线已被人们所接受。ET200M I/O正是基于Profibus的分布式自动化系统。因此SIMATIC PCS7支持I/O向更为分散的方向发展。所有PCS7自动化系统都有集成在CPU上的一个PROFIBUS - DP接口。而且，智能I/O设备可以直接连接到PROFIBUS - DP上。与当今各现场总线技术相比，PROFIBUS还是有不足之处。PROFIBUS是主从结构，它的配置需要从主站下传至每一个从站，再等待全部从站发回备妥信号，在主站每次初始化中均占用大部分时间。而当主站正常运行时，任何一个从站的故障都会导致主站停机。这使得我们觉得实在是PROFIBUS的一大缺陷。 另外ET200M有一个**的优点，那就是S7 - 300模拟量模块。一个模拟量模块可以覆盖所有测量范围。通过软件可以单独设置多达40个不同的测量范围，如需要每个通道的测量范围都可以不同。混合方式也可以。这些较大的增加了灵活性。在培训中、在现场调试中我们反复向用户方强调这一点，现在用户方已经从中得益，并且能够掌握配置方法。不仅如此，ET200M还降低了后勤和库存的费用，因为对于所有测量范围只需一种模块作库存备用。该工程项目中现场设备除了ET200M分布式I/O模块外，还包括SIPOS执行机构，SIMOVERT可变速驱动装置，SIMOCODE电动机接触器和控制模块等和来自其它制造商的各种与PROFIBUS兼容的现场设备，能连接到PROFIBUS - DP。
    过程控制系统SIMATIC PCS7使用SIMATIC NET工业通信网络。所有的SIMATIC NET产品都是为工业应用而专门开发的。SIMATIC NET提供三种总线选择：用于大型网络的工业以太网，用于小型网络的PROFIBUS - FMS和用于连接现场设备的PROFIBUS - DP。它们特别适宜网络部件会遭受严重的电磁干扰、液体侵入、大气侵蚀、高度污染或过重的机械负荷的地区。所有这些网络都已成功的用于世界各地。 从SIMATIC NET系列引出的系统总线用于工程和自动化系统与人 - 机接口之间的。在小规模应用中，例如：在小批量生产设备中，操作员面板和自动化系统可经过集成的MPI接口连接，PROFIBUS适用于有高性能要求的中型到大型工厂，而工业以太网则满足大型工厂的高性能要求。从而，SIMATIC PCS7能使生产工厂的所有地区（亦即实际的生产过程及上游和下游自动化级）用统一的通信系统相互连接。也可利用有冗余布置的光纤与光纤链路模块（OLM）的PROFIBUS和工业以太网各种型式。工业以太网是用于为大型工厂设计的要求高性能的SIMATIC PCS7的系统总线。把S7 - 400连接到已有的网络是非常容易的，只要简单地将SIMATIC NET通信处理器（CP）插入PLC，然后在STEP7软件中配置通信处理器的参数，这就完成了入网操作，CPU和CP之间的交换是由集成的已编程的通信功能模块来处理。我们在本次应用中选择了工业以太网为系统总线。
    SIMATIC PCS7的人 - 机接口是基于WinnCC4.02版。为WinnCC额外提供专门设计用于过程控制系统用户需要的控制系统选件，它与基本的WinnCC功能结合，形成一种完整的、功能强大、现代化的操作员站。在WinnCC系列内，支持OP47、SIMATIC、工业PC及编程设备。因而，从一个局部的现场操作员站（OP）起，经过有一个或二个监示器的单用户系统，直至有几个操作员终端（通过一条以太网终端总线连接）的多用户系统，可以实施模块化解决方案。 多用户系统由几个操作员终端组成，这几个操作员终端由通过终端总线提供数据。终端总线是独立于系统总线的标准以太网总线。终端总线完全独立于系统总线而存在，只用于从OS服务器向过程终端，工程系统和主计算机提供数据。系统总线和终端总线完全分离，OS服务器只需通过自动化系统提供一次数据，或者，如果有多个操作员通讯通道的话，则通过过程终端提供。多用户系统的优点是：过程终端能够以较大的灵活性安装与排列。安装费用相当低廉。OS服务器的操作系统是NT4.0 SERVER or WORKSTATION，运行TCP/IP协议。操作员站的操作系统是WIN95 or NT4.0。SERVER/CLIENT的设置相当简单。在服务器上建立一个项目，并将它设置为SERVER，将工作站设置为CLIENT，配置SERVER和各个CLIENT的启动参数，并且将服务器首先启动，然后各个CLIENT就可从SERVER数据库中读取数据启动并同时运行。
    配置有相同功能的并行服务器需要进行档案比较，在操作员站起动后就需要WinnCC/冗余选件。此选件内置，只需安装授权。这一选件的先决条件是通过以太网总线将两个服务器站连接起来，在一次故障之后，OS终端将自动切换，延时1 - 2分钟。故障服务器启动后需手动切换OS终端，在故障后重新起动操作员站时所有测量值档案和报警档案将被自动比较并更新。对于两台服务器的冗余，首先在另一台服务器SERVER2中建立另一个项目，将它设置为多用户系统，在计算机这一项中，将工作站设置为CLIENT。当SERVER1上的项目配置好后，使用SIEMENS/WINCC/PROJECTDUPLICATOR将这个项目复制到SERVER2上的那个项目，在各个工作站上用SIEMENS/WINCC/PROJECTSWITCHER设置，当SERVER1故障时将项目自动转向SERVER2上的项目中。两台服务器的冗余被设置完成。 
    两台操作员服务器互为冗余热设备，均能独立监控整个生产过程，另两台操作员站作为人 - 机接口，具有以下功能：工艺设备运行状态监视；工艺流程动态参数显示，有关参数趋势显示，历史数据显示，记录。过程参数的打印：事故报告打印，班报、日报、月报打印。报警**权设定，当前画面显示任何报警提示，并有*报警确认功能。在操作组内有启动、停车、再启动和选择等软手操功能，通过键盘或鼠标操作对马达进行组启动/停止，也可启/停单台马达以及事故紧急停车等功能。在SIMATIC PCS7中，ES工程师系统为过程控制系统的所有部件提供系统和全厂范围的编程：人 - 机接口；自动化系统；以及分布式I/O。工程师站具有操作员站的全部功能，编程、组态、调试和修改等由工程师站完成。工程师站配备丰富的相关软件，可完成在线/离线组态或修改等，组态、编程方便；并完成工艺生产过程的各种参数的采集、处理，过程回路控制，马达顺序逻辑控制等；系统具备丰富的功能模块，可以完成复杂计算和特殊控制功能；而且具有自诊断功能和在线/离线组态功能。包含有现成的经全面测试的功能块和功能强大的编辑及复制功能的标准化程序库，能经济地复用自动化方案。通过网络设备，控制系统能与全厂信息管理网联网。

一、随着科学技术的发展，PIC在工业控制中的应用越来越广泛。PLC控制系统的可靠性直接影响到工业企业的安全生产和经济运行，系统的抗干扰能力是关系到整个系统可靠运行的关键。自动化系统中所使用的各类型PLC，有的是集中安装在控制室，有的是安装在生产现场和各电机设备上，它们大多处在强电电路和强电设备所形成的恶劣电磁环境中。要提高PLC控制系统可靠性，一方面要求PLC生产厂家用提高设备的抗干扰能力，另一方面要求工程设计、安装施工和使用维护中引起高度重视，多方配合才能完善解决问题，有效地增强系统的抗干扰性能。
    1、 电磁干扰源及对系统的干扰
    干扰类型通常按干扰产生的原因、嘈声干扰和嘈声的波形性质的不同划分。其中：按嘈声产生的原因不同，分为放电嘈声、浪涌嘈声、高频振荡嘈声等。按嘈声的波形、性质不同，分为持续嘈声、偶发嘈声等，按嘈声干扰模式不同，分为共模干扰和差模干扰。共模干扰和差模干扰是一种比较常用的分类方法。共摸干扰是信号对地的电位差，主要由电网串入、地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态（同方向）电压迭加所形成，共模电压有时较大，特别是采用隔离性能差的配电器供电室，变送器输送的共模电压普遍较高，有的可高达130V以上。共模电压通过不对称电路可转换成差模电压，直接影响测控信号，造成元器件损坏（这就是一些系统I/0模件损坏率较高的主要原因），这种共模干扰可为直流、亦可为交流。差模干扰是指作用于信号两较间的干扰电压，主要由空间电磁场在信号间耦合感应及不平衡电路转换共模干扰所形成的电压，这种让直接叠加在信号上，直接影响测量与控制精度。安装隔离变压器能解决上述问题。
    2、 来自电源的干扰
    实践证明，因电源引入的干扰造成PLC控制系统故障的情况很多，笔者在某工程调试中遇到过，后更换隔离性能更高PLC电源，问题才能得到解决。
PLC系统的正常供电电源均由电网供电。由于电网覆盖范围广，它将受到所有空间电磁干扰而在线路上感应电压和电路。尤其是电网内部的变化，入开关操作浪涌、大型电力设备起停、交直流传动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等，都通过输电线路传到电源原边。PLC电源通常采用隔离电源，但其机构及制造工艺因素使其隔离性并不理想，实际上，由于分布参数特别是分布电容的存在，**隔离是不可能的。
    3、 来自信号线引入的干扰
    与PLC控制系统连接的各类信号传输线，除了传输有效的各类之外，总会有外部干扰信号侵入。此干扰主要有两种途径：一是通过变送器供电电源或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰，这往往被忽视，二是信号线受空间电磁辐射感应的干扰，即信号线上的外部感应干扰，这是很严重的。由信号引入干扰会引起I/0信号工作异常和测量精度大大降低，严重时将引起元器件损伤。对于隔离性能差的系统，还将导致信号间互相干扰，引起共地系统总线回流，造成逻辑数据变化、误动和死机。PLC控制系统因信号引入干扰造成I/0模件损坏数量相当严重，由此引起系统故障的情况也很多。
    4、 主要抗干扰措施
   （1）、采用性能优良的电源，抑制电网引如的干扰。在PLC控制系统中，电源占有较重要的地位，电网干扰串入PLC控制系统主要通过PLC系统的供电电源（如CPU电源、I/0电源等）、变送器供电电源和PLC系统具有直接电气连接的仪表供电电源等耦合进入的。现在，对于PLC系统供电的电源，一般都采用隔离性能较好电源，而对于变送器供电的电源PLC系统有直接电气连接的仪表的供电电源，并没有受到足够的重视，虽然采取了一定的隔离措施，但普遍还不够，主要是采用的隔离器变压器分布参数大，抑制干扰能力差，经电源耦合而串入共模干扰、差模干扰。所以，对于变送器和共用信号仪表供电应选择分布电容小、抑制带大（如采用多次隔离和屏蔽及漏感技术）的配电器，以减少PLC系统的干扰。
   （2）、电缆选择的敖设，不同类型的信号分别有不同电缆传输，信号电缆应按传输信号种类分层敖设，严禁用同一电缆的不同导线同时传送动力电源信号，避免信号线与动力电缆靠行敖设，以减少电磁干扰。
   （3）、硬件滤波及软件抗如果措施，信号在接入计算机前，在信号线与地间并接电容，以减少共模干扰，在信号两较间加装滤波器可减少差模干扰。由于电磁干扰的复杂性，要根本迎接干扰影响是不可能的，因此PLC控制系统的软件设计和组态时，还应在软件方面进行抗干扰处理，进一步提高系统的可靠性。常用的一些措施：数字滤波和工频整形采样，可有效周期性干扰，定时效正参考电位，并采用动态零点，可有效防止电位漂移，采用信息技术，设计相应的软件标志位，采用间接跳转，设置软件陷阱等提高软件结构可靠性。
   （4）、正确选择地点完善接地系统，应采用直接接地方式。由于信号电缆分布电容和输入装置滤波等的影响，装置之间的信号交换频率一般都低于1MHZ，所以PLC控制系统接地线采用一点接地和串联一点接地方式。集中布置PLC系统适于并联一点接地方式，个装置的柜体重型接地点以单独的接地线引向接地较。如果装置间距较大，应采用串联一点接地方式。用一根大截面铜母线连接个装置的柜体中心接地点，然后将接地母线直接连接接地较，接地较采用截面大于22MM2的铜导线

  　二、在使用变频器的几个问题处理上
    1、 变频器的散热问题
    变频器的故障率随温度的升高而高成指数上升，使用寿命随温度升高而成指数下降，环境温度升高10℃，变频器使用寿命减半。正确地使用变频器，必须认真地考虑散若问题。
    2、 变频器产生的干扰及危害
    变频器中普遍使用了晶闸管或者整流二极管等非线性整流器件，其产生的谐波对电网将产生干扰，引起电网电压畸变，影响电网的供电质量，高次谐波还会引起电动机定子铜耗、铁耗的增加。
变频器的输出部分一般采用的是IGBT等开关器件，在输出能量的同时将在输出线上产生较强的辐射干扰，影响周边电器的正常工作。从国外有关谐波的标准来看，单次电压的畸变率在3%—6%，总电压的畸变率在5%—8%的范围内是可以接受的。
    3、 针对以上问题采取的措施
   （1）、降低变频器周围环境温度的方法
变频器通常安装在控制柜中，如果带有电抗器或制动电阻，较好和变频器隔离开，如安装在变频器的上方或侧上方比较好
   （2）、在控制柜出风安装冷却风扇
    4、减少或削弱变频器谐波及电磁辐射干扰的方法
为了减少变频器谐波对其它设备的影响，可以在变频器的输入输出中采用交流/直流电抗器，多相脉冲整流器和滤波器等措施降低进线中的THDV，同时在用电设备系统中常用的方法通常有以下几种。
    1、 使用隔离变压器
使用具有隔离层的隔离变压器，可以将绝大部分的传导干扰阻隔在隔离器之前，同时还可以兼有电源电压变换的作用，隔离变压器常用于控制系统中的仪表，PLC以及其他低压小功率用电设备的抗干扰。
    2、 使用滤波模块或组件
目前市场上有很多专门用于抗干扰的滤波模快或组件，这些滤波器具有较强的抗干扰能力，同时还防止用电器本身的抗干扰传给电源，有些还兼有尖峰电压吸收功能，对各类用电设备有很多好处。

一、引言
    组态软件集成了图形技术，人机界面技术，数据库技术，控制技术，网络与通信技术，使控制系统开发人员不必依靠某种具体的计算机语言，只需通过可视化的组态方式，就可完成软件设计，降低了监控画面开发难度。组态软件拥有丰富的工具箱、图库和操作向导，使开发避免了软件设计中许多重复性的开发工作，可提高开发效率，缩短开发周期，已成为监控系统主要的软件开发工具之一。
    目前组态软件有多种成熟产品，除了通用组态软件外，还有一些**组态软件，用于组态特定的控制系统。在这些**组态软件中，Mitsubishi的SW2D5C-GOTRE（GOTRE）就是一种有特色的**于PLC控制系统组态的软件，支持MITSUBISHI、OMRON、TOSHIBA、SHARP、YASUKAWA、Allen-Bradley等多家公司的PLC产品，为PLC系统监控提供了强有力的工具。 
二、功能分析
1、组态功能完善
    GOTERE提供了多种控制器件库、图形控制和功能组件，可组态各种显示与控制功能，创建画面和信息并将其与PLC程序链接，以图形形式使系统操作状态、当前过程值及故障可视化，提供友好的人机界面来操作被监控的设备或系统，对PLC系统中的实时数据进行显示、记录、存储、处理，满足各种监控要求。
2、有特色的监控功能
    GOTRE除了提供有流程显示、状态监测、故障报警、配方管理等常规监控功能外，还提供了多种专为PLC系统设计的扩展监控功能。主要有：
（1）梯形图监控以梯形图的形式对PLC CPU的程序进行监控，随时了解程序运行情况。
（2）系统监控将监控屏幕分为四个窗口，同时对PLC内部各种软元件和扩展单元的缓冲存储器分类进行监控。
（3）特殊模块监控对PLC系统中的特殊功能模块和I/O模块信号状态进行监控。在上述各种扩展监控功能中，可修改PLC中各种软元件和缓冲存储器数据，也可用于对网络中其他站进行监控。
（4）网络监控可在本站对网络线路状态、通信状态和环路状态进行监控，获得网络信息。
3、灵活的通信与网络功能
    GOTRE提供了多种通信驱动程序，可与多种通信协议互联，可选择RS-232C、RS-422/RS-485等多种通信方式。支持硬件的环行网、总线网以及开放网络结构，可从主站或任一从站对所连网络内其他站进行监控。GOTRE向下可直接访问PLC及其扩展模块内部各种软元件和缓冲区；利用GOTRE提供的多种通信命令，向上可与主站微机交换数据，实现与企业高层管理网互联。
4、完善的系统维护与系统安全功能 
    GOTRE提供了系统维护工具包，对PLC系统的硬件和软件进行维护管理，可提供系统有关信息如PLC CPU状态；进行系统设置；对PLC硬件进行测试诊断；对通信进行检查；报告系统内存与用户内存信息。软件提供16级密码功能，**了数据信息的安全性。工具包中的清单编辑器可直接在触摸屏上对PLC的程序和参数在线进行检查和各种编辑操作。 这此功能较大地方便了系统维护工作，提高了PLC控制系统的可靠性。
5、bbbbbbs风格的集成开发环境
    GOTRE由工程管理器、图形设计器、数据转换器和调试器四个模块组成。每一模块都是独立的bbbbbbs应用程序。图形设计器是GOTRE的核心，设计模式下的开发环境包括主菜单、常用工具栏、屏幕设计器、模板、工具面板和各种对话框等组件，为画面设计提供了强有力的工具，GOTRE采用开放图库并支持用户自己建库，实时数据库支持多种数据形式，可接收BMP位图文件和AUTO生成的BXF格式文件，画面图形根据需要可任意拖动缩放。用户利用软件提供的各种控制，就能可视化地设计监控画面，所有监控任务都可通过图形化设计实现。
三、GOTRE在生产过程PLC监控系统中的应用
    某厂卷接车间有两条生产线，每条卷接生产线由数台机和接咀机、工艺风力发生装置、气流静化与粉尘处理装置及其他辅助装置等设备组成。控制的目的是要稳定质量，降低生产能耗减少对环境的影响。控制模式采用两级监控方式，PLC模块、传感器、执行对生产过程的实时控制任务，包括设备电气顺序控制、联锁保护和工艺参数闭环控制。
    PLC系统选用FX2N系列，包括基本单元FX2N-80MR，A/D输入模块FX2N-4AD，D/A输出模块FX2N-4DA。
    监控级作为控制系统的人机接口单元（HMI），通过各种监控画面，对生产过程和设备进行监测，提供事件信息、数据分析参数调整、报表打印等功能，使操作者能根据不同工况调整控制策略，修改工艺参数或直接调控生产过程。监控级采用Mitsubishi A970-GOT图形操作终端（GOT）构成，该图形操作终端是专为PLC系统监控设计的硬件平台，采用一体化结构，主机内部采用32位RISC CPU和32位总线，人机界在采用彩色液晶触摸屏，图形操作终端还具有打印机和声音输出接口，通过不同的通信接口单元，可采用多种方式与PLC直接相连或连接到PLC网络中。
    GOTRE的应用程序设计以工程为基础，工程由一组监控画面文件组成。通过组态使画面图形与PLC变量链接，实现对测点数据的实时监视。GOTRE组态原理如图1所示，图中变量SW可以是PLC中的软元件或数据寄存器或缓冲寄存器。系统*设计了流程总貌、设备状态、参数设置、手动操作等十余个监控画面，组态了动态模拟、参数趋势、报警信息、文本、数据输入/输出、打印等显示功能与控制功能。GOTRE提供的图形操作终端系统软件使监控程序运行不须依托其他的软件平台，提高了监控的实时性和可靠性。操作人员在触摸屏上进行操作，就可完成对卷接生产的监控过程。生产实践表明，GOTRE软件运行稳定，满足了生产工艺要求，不但提高了质量，还提高了卷接速度，在降低能耗、减少环境污染等方面达到了业先进水平。

四、结束语
    Mitsubishi的GOTRE组态软件易于学习与掌握，应用方便，可为PLC控制系统提供友好的图形用户界面和完善的监控功能，从而可增强PLC系统的控制能力，扩展PLC系统的应用范围。