6ES7368-3BC51-0AA0接线图形

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传统的闸门控制方式需要人员到现场操作闸门启闭机或者使用一般工控机来实现。这样的控制方式不能适应闸门孔数多，控制距离闸房较远的控制需求。工控机对闸门集中控制的方式在闸门孔数较多时，不能够避免铺设线路过多过杂的状况，也无法保证系统的稳定运行。并且对于远程控制的实现存在着线路故障的风险。
本文针对通济堰取水枢纽工程中的闸制提出解决方案，该系统闸门数量为17孔，加上需改造的旧闸门5孔，总数达到22孔。而控制距离远的一孔闸门为500米。实现这么大数量的闸门的远程控制，工控机显然无法满足系统稳定、工程、施工费用少的要求。
在该工程设计中，利用ProfiBus 现场总线将PLC组网，由上位机来实现对闸门启闭机的远程控制。并将闸门开度、坝前和坝后水位、闸门荷重情况传送至上位机。由上位机根据现场PLC提供的信息对闸门运行状态进行监视，并在故障发生时提供故障信息。
本系统的控制器件采用德国西门子公司的S7-200，通讯总站采用S7-300。未采用中继站的情况下，通讯能力远达到1200米，能够该工程的远程控制需求。

1 结构及功能
该系统采用的是三层通讯组网方式，底层的是由22台S7-200组成的相互立的现场控制单元，中间层是由一台S7-300构成的通讯主站，上层是由上位机及服务器组成用户层。
除通讯功能外，该系统还具有以下功能：
控制功能：系统采用两种控制方式，即自动（即远方集中控制）和手动控制。
监测功能：系统自动采集闸门位置、闸门荷重、上下游水位及电气器件运行状态的信息。
保护功能：判断电机过载、闸门上下越限、电源供电异常、闸门失速/卡滞等，并对故障进行实时处理。

2 系统硬件设计

2.1 系统总线设计

在通济堰的22孔闸门中，每孔闸门用一个S7-200（CPU224）作为智能控制单元，构成一个现地控制柜。每个PLC 通过ProfiBus总线与一台S7-300（CPU315-DP）通讯，通讯由每个PLC所带的通讯模块（EM277）来实现。PLC-300作为系统的主站，负责收集从站（S7-200）上传的信息和下达命令。PLC-300与一台上位机通过CP6511卡相连，上位机作为远程操作平台。

2.11 ProfiBus-DP总线

DP总线电缆是西门子公司提供的总线电缆，其技术参数如表一所示。DP总线连接器选用9针D型RS485适用的连接器。

DP总线安装布线采用的是总线型拓扑结构，由于方案中只存在22个从站，因此可将22孔闸门的PLC从站挂在同一段中，而无须加载中继器。注：DP总线型结构中每个网段大可挂载32个从站，且在无中继器的情况下每个网段长距离为1900米。电缆大长度取决于传输速率。

以DP总线方式连接各个从站，需要在个和后一个站加装终端电阻，而中间的各个从站则只需将A、B数据线连接到总线上即可。
DP总线采用西门子的线缆和接头，通讯总线电缆入柜时屏蔽层与柜体连接接地。在线路铺设时，将通讯总线与17控制线一起布设，至于同一个电缆槽中。通讯总线在室外段通过地线铺设。

2.2 系统数据采集

在上位机对闸门启闭机施行控制的时候，需要实时地将闸门的闸位信息上传至微机。还要将闸前和闸后的水位信息同时上传。同时，还需要不间断地将闸门启闭机的荷重告知上位机，以便监控闸门是否出现卡滞。
在这个系统中，对闸位的监测采用旋转编码器来实现。由于旋转编码器的输出信号是16位的数字信号，所以增加一个PLC的16位数字量模块（EM221-16DI）。
水位信息由投入式压力水位传感器测量闸前闸后水位，S7-200自带有模拟量模块，水位传感器可直接接入，无须另加信号模块。

3 系统软件设计

系统上位机的用户层解决方案采用西门子的WinCC作为组态软件编制用户操作界面，并且实现与S7-300的通讯接口的衔接。操作界面采用人性化的图形界面。用户在利用组态软件下达对闸门的控制命令，同时能够在界面上看到闸门的实时状态，包括：闸门位置、闸门荷重、上下游水位、以及9类故障信息。

而S7-200与S7-300的内部程序编制则采用西门子的Step7来实现。
由于本系统要实现控制闸门启闭高度的技术要求，所以程序设计考虑用户可以自行选择采用开环控制或者是闭环控制的控制方式。

4 结束语

本系统作为PLC在另一种领域的应用，对于PLC的功能作了进一步的尝试。系统所采用的三层分布式网络结构在保通信过程畅通的前提下，确保了各个控制单元的。系统的设计能够满足工程现场长达500米的控制距离的需求，并能实现对控制对象的远程监控。该系统已经在通济堰渠取水改造工程信息自动化系统中投入使用，并且性能稳定，了预先的效果。本方案是为某纸业集团有限公司混合线自动控制工程所做的设计方案。采用德国SIEMENS的S7-300，将本工程所包括一套PLC系统系统组成该公司的控制系统。实现对其在控制室集中监控。其中设一个工程师、操作站。整个控制可以通过系统的人机界面——操作站及其实时软件，完成对所有的实时监测和控制功能，完成数据处理、显示、停机联锁保护、手动操作、打印和联网。

控制系统组成
本控制系统网络位目前流行的SIEMENS设备，由S7-300控制器做主站链接构成一个完整的控制网络，链接操作员、工程师站，实现操作员、工程师站和S7-300控制器间的数据交换。控制系统采用SIEMENS S7-300 PLC，监控系统采用组态王实时软件。整个通讯系统包括一台SIEMENS的S7-315和数字量输入、输出模块和模拟量输入、输出模块组成一个控制总线,并利用的软件实现对系统的监控.
系统主要功能介绍
随着计算机技术的发展，计算机在工业控制领域的应用越来越广泛，由于控制现场的情况越来越复杂，性的要求也越来越高，选择一个开发界面友好的、的监控系统软件也越来越重要。综合比较，本系统选用了组态王组态软件，它具有功能强大、开放性好、性高、支持多语言等特点．是开发工业控制自动化系统工程的有力工具。
组态王软件主要包括数据采集、数据管理2个基本的功能。数据采集是指从现场采集数据并进行相应处理，数据的采集主要由下位机PLC来完成。本系统使用西门子的S7-300PLC可以很好的实现系统集成。数据管理是把从现场采集到的数据进行处理并把它送到上位机的数据库，数据和现场信息在服务器或工作站上以装置图、系统图、趋势图及报等图形方式显示出来，以实现对整个工程的监控，同时根据需要提供定时打印或手工打印功能以随时打印报表、趋势图和报警。
由组态王组成的本监控系统，可以实时采集整个工程的过程控制参数以及相关信息，允许操作人员实时地对现场有关参数实施监视和控制，操作人员只要通过上位机中丰富的画面就可实现直观地监测和控制现场，从而实现对工艺过程的监视和控制，还可查询相关历史数据，为系统进一步优化提供依据。
由于组态王的开放性，它能和多种PLC产品相连接，这就为系统进一步扩展提供了平台。
可实现的系统功能：
本系统具有对重要参数的显示、自动调节、报警、事故追忆、报表打印、趋势显示及必要的保护功能。
参数的显示、自动调节：操作员可随意在各工艺流程画面间切换，以监控各测点及调节回路的状态。
报警：报警发生时可由声、光、文本信息等途径告知操作员发生异常情况的设备和工艺过程，以便及时处理。本项目把报警细分为事故报警和普通报警，并发出不同的音响。历史报警信息可查阅、打印。
事故追忆：系统有操作记录和报警历史记录，发生事故时可以追忆当时的情况，以便正确地分析事故原因，以患。
报表打印：以班报的形式对所有重要参数进行报表自动打印，也可随意手动打印历史数据。
趋势显示：以趋势图的形式对所有要求记录的参数进行72 小时趋势显示，并可按操作员要求随时打印。

关于威仪:
广州市威仪自动化有限公司，以PLC、DCS系统集成与软件组态为，承接自动化系统工作，为众多家企业完成过一系列工程。本公司凭借雄厚的实力，代理欧美几大的产品，其中有德国的西门子（Siemens）流量计及可控制编程器PLC，德国氟莱克森（FLEXIM）声波流量计和传感器等，丹麦的丹佛斯（Danfoss）变频器及工控仪表，美国丹纳赫Gems-panamatric流量计及分析仪、Setra&Gems 工控仪表，美国通用（Ge）流量计及分析仪、Actaris水、电、热计量表，Tecsis工业仪表。另外，本公司还自行研发生产威仪(Wayeasy)变频器。
威仪公司秉承“技术，服务至上”的经营理念，成功地为华南地区钢铁、石化、电力、食品加工业、、机械制造、地产业、自来水等行业提供了工程建设、产品贸易及技术支持，在业内享有良好的口碑

城市生活垃圾、工业垃圾、医院卫生废弃物、淤泥和废橡胶轮胎等垃圾焚烧处理技术，利用垃圾焚烧的余热发电，变废为宝，将是今后环保技术的一个重要发展方向。这种垃圾焚烧日处理废物能力为1—350 吨，余热锅炉的热容量小，发电机组小，一般为了20 兆瓦以内。因此，垃圾焚烧发电厂的控制系统较大型电厂简单得多。一般来说，大型电厂的主机控制系统是无法用PLC 来控制的，只有一些辅机系统才用得上PLC 控制系统；但是，随着现场总线技术及微处理器性能的突飞猛进，PLC 集散控制系统已经成功应用在中型、较复杂的控制领域中，像垃圾焚烧发电厂用的PLC 控制系统就足够了，这样可以大大降低控制系统的造价。
本文将介绍广东省南海市垃圾焚烧发电厂PLC 控制系统，此控制系统由珠海市广东亚科技股份有限公司成功开发，并一次成功投入生产运行。
该集散控制系统采用Siemens S7-400 系列PLC。SIEMENS 公司的S7-400 系列PLC 是九十年代推出的S7 系列中的大型机型，具有完善的功能和强大的通讯能力，特别是PROFIBUS 是总线标准之一，得到很多厂家的支持，很有利于分布式控制系统的使用，PROFIBUS-DP 总线的通讯速率可达12Mbps。S7-417H双机热备系统和ET200M分布式I/O组成的PROFIBUS-DP总线网构成切换结构，实现在故障时无扰动自动切换，可用在性能要求高的控制系统中。但是S7-417H 双机热备系统造价相对昂贵，为了减少硬件的投资，我们选用软件双冗余（用416CPU 进行双机热备），采用分布式I/O 的Profibus-DP 现场控制总线，上位机与PLC 之间采用OSM/ESM 环形100 兆工业以太网光网进行通讯，上位机采用Intouch7.1 组态软件进行系统组态。该厂垃圾的焚烧工艺引进美国Basic公司的技术，采用四级脉冲炉排，各项指标均达到环保要求；一期日焚
烧处理垃圾200 吨，该工艺技术在我国是有很广的推广应用。
工作原理：垃圾经自动给料单元送入焚烧炉的干燥床干燥，然后送入炉排，炉排在脉冲空气动力装置的推动下抛动垃圾，与炉排片上的均匀气孔喷出的助燃空气混合燃烧，燃烧产生的热量由余热锅炉回收，余热锅炉产生的高温高压的水蒸汽推动汽机发电；燃尽后进入灰渣坑，由自动除渣装置排出；由主燃烧室挥发和裂解出来的烟气进入二、三级燃烧室，进行进一步燃烧，使烟气的温度高达
摄氏1000 度，并烟气在此停留时间不短于2 秒，使有毒的烟气分解，后经烟气处理设备及除尘设备（电除尘及布袋除尘）处理合格后排入大气。
本环保发电厂主要设备包括：
焚化炉锅炉两台；每台主要的技术参数如下：
·垃圾处理量： 8.33 t/h
·产生蒸汽量： 22.5 t/h
·过热蒸汽压力： 4.0 MPa
·过热蒸汽温度： 400 ℃
·炉膛温度： 980 ℃
·给水温度： 145 ℃
􀂋 汽轮机发电机组一套；主要的技术参数如下：
·主蒸汽压力： 3.9 MPa
·主蒸汽温度： 390 ℃
发电机，主要的技术参数如下：
·功率： 12000 kw
·出线电压： 10.5 kv
·频率： 50 Hz
·额定转速： 3000 RPM
·功率因素： 0.8
·励磁方式： 无刷励磁系统
􀂋 烟气处理系统两套；
􀂋 配套电气供配电系统,其中，
一、上位机监控系统配置如下：
共设四台操作员站，一台工程师站。其中两台操作员站用于炉．侧．设．备．的监控，包括焚烧炉、锅炉两套系统，烟气脱硫系统，除灰系统；另两台操作员站用于机．侧．设．备．的监控，包括汽机系统，制给水系统，废水处理系统，电气及其它部分。

炉侧的两台操作员站和机侧的两台操作员站均为双机热备。炉侧和机侧的操作员站之间功能立，不能互换操作。程师工作站，用于系统软件开发组态和警报顺序事件记录之用；工程师站将能够作为任一操作员站完成相关控制监测功能。工程师站、操作员站及PLC 之间采用采用OSM/ESM 环形100 兆工业以太网光网进行互连通讯。操作系统采用中文bbbbbbs NT 窗口操作系统。

上位机采用Intouch7.1 组态软件进行系统组态。人机界面主要设计有以下内容：
①系统工艺流程显示。
依据设计院提供的系统工艺流程图，按照功能组区域划分。
②顺控系统操作指导显示。
有顺控步序显示，即顺控程序步骤的状态显示，以及操作提示等。
③调节系统调节画面。
回路手操站，调节参数与参数趋势的集中显示。
④重要参数趋势显示。有实时趋势与历史趋势两种显示。
⑤汽轮机状态等参数的棒图显示。
⑥全局报警显示。
系统按照功能区分为若干个报警组，各个报警组的报警窗口分布于相应功能显示窗口的上方。全局报警显示提供集中查看系统所有报警的能力，或按级或报警组过滤查看，并具有全局报警确认。
⑦报表管理。
提供日报、月报打印功能。打印方式有：定时打印，事件驱动打印，运行人员召唤打印。提供历史报表数据查看功能。
⑧PLC 系统状态显示。
提供系统硬件网络的查错维护功能。
⑨多级地图式菜单显示。
⑩系统级别定义。
为了保证系统的操作，设计有三级权限：工程师级，操作员级，操作员级。操作员级用户可进行系统正常操作；操作员级用户除具有操作员级的功能外，还具有修改调节参数，修改时间，查看历史报表，召唤打印等功能；工程师级拥有权限，具有操作员级所有功能，还可进入开发环境进行组态修改。
二、PLC 控制系统配置如下：
分1#、2#PLC 主站。1#PLC 主站分别控制1#及2#锅炉焚烧炉；2#PLC主站分别控制汽机系统，制给水系统，废水处理系统，电气及其它部分。每个PLC 主站分别由两个CPU416-2DP(订货号：6ES74162XL010AB0)组成双机热备，通过实时冗余软件实现控制系统无扰动换，确保系统稳定运行，两个CPU 通过MPI 接口进行相互监视及数据相互备份，每个CPU 分别通过CP443-1 工业以太网通信模块与上位机通信。Siemens 的416CPU 组成双机热备，只能通过软件来实现，因此称之为软冗余，原则上CPU315 以上的CPU 都可以组成软冗余。用户必需自己编写冗余管理程序，把要冗余的数据放在特定的DB 里，每个扫描周期里主CPU 就把这些特定DB 里的数据影像到从CPU 中。软冗余比硬冗余有一个优点，就是开发人员可以自定义冗余数据库，这样就可以大大缩短在每个扫描周期中冗余数据的影像时间。
控制信号的输入及输出由相关ET200M 分布式I/O 模块完成，采用“就近原则”，以减少现场的硬布线，每个ET200M 分别有两块IM153-2 通信模块，分别与挂在DP 总线上，组成冗余的DP 总线。由于ET200M 采用是Siemens 300系列分布式I/O 模块，因此价格较为。每个ET200M 可扩展8 个IO 模块，容量可高达128 字输入/128 字输出。大传输速率为12Mbps。
这样，本控制系统就由于西门子400 系列的CPU416-2 组成双机热备，进行数据冗余，带上300 系列的分布式I/O 组成双冗余的DP 总线，这是的集散控制系统，在今后的各种环保电厂主机控制及大型发电机组的辅机控制领域中的大的推广。
CPU416 具有非凡的性能，它二进制指令的执行时间为0.08 微秒（CPU417H为0.12 微秒），大的数字量IO 或模拟量IO 高达65536 或4096 点。本集散控制系统有八千多条逻辑控制语句，30 个PID 控制回路，其中：带微分前馈控制的回路2 个；条件切换输出的回路10 个；三冲量调节回路2 个；单冲量调节回路26 个。系统实时性性要求较高。
本集散控制系统中，PLC 完成全厂逻辑顺序控制及所有PID 回路控制。其中，
I、逻辑顺序控制分下列几大部分：
1）1-2-3 级吹扫 其目的是为了确保1-2-3 级燃烧室风烟系统相关设备正
常且信道畅通，是炉膛保护要求的重要操作。
2）引风机启动。
3）焚化炉—锅炉吹扫 其目的是为了确保焚化炉—锅炉整个风烟系统相关设备正常且信道畅通，是炉膛保护要求的重要操作。
4）二级预热 其目的是为了提高二级温度达到设定值，是级预热、燃烧室燃烧器投入的前提条件。
5）级预热的目的是为了提温度达到设定值。
6）顺序停运。
7）燃烧器顺序点火/停运。
8）给料系统自动循环。
9）除渣系统自动循环。
10）渣坑水位联锁控制。
11）吹灰系统顺序控制。
12）锅炉保护
13）主燃料跳闸
14）料油跳闸
15）正常发电模式
16）孤立运行模式
17）汽轮机故障模式
18）化学水处理控制
19）污水处理控制II、主要PID 控制回路略举如下：
1）炉膛压力调节系统（回路号：RL-PT101）
此系统为单冲量调节回路。按系统工艺，炉膛应保持一定的负压值
（PT101），故需对引风机（PV101）进行PI 调节。为防止引风机变频器运行过大或过小，而造成锅炉熄火，调节系统中引入高、低限幅模块。
2) 干燥炉排温度调节系统（回路号：RL-TE108）
此系统为单冲量调节回路。按系统工艺，进入焚烧炉一燃室1#炉排的垃圾含有一定的水分，直接影响炉膛温度，增加1~2#燃烧器的负担。
因此，从三燃室引入混合烟气进行干燥。由于三燃室混合烟气的温度较高，故通过调节干燥风机（TV108）使干燥炉排温度（TE108）维持在设定的工作范围。
3) 再循环烟气温度调节系统（回路号：RL-TE109）
此系统为单冲量调节回路。通过调节再循环风机（TV109）使四燃室烟气温度（TE109）维持在设定的工作范围。
4) 一燃区炉膛温度调节系统（回路号：RL-TE101）
此系统为条件切换多输出调节回路。按系统工艺，焚烧炉一燃室分为起炉运行和正常运行两个阶段。在起炉运行阶段，炉膛温度（TE101）主要由
#1~#6 燃烧器的燃油量来控制，通过调节#1~#6 燃烧器回油调节阀（HV107、HV111、HV117、HV121、HV127、HV131）来维持系统对炉膛温度（TE101）的要求。在正常运行阶段，炉膛温度主要靠#1~#4 炉排上垃圾的燃烧来维持，
通过调节#1~#4 炉排的排风调节阀（HV104、HV114、HV124、HV134）（因送风机转速一定，排风调节阀可调节送风量）来控制#1~#4 炉排上垃圾的燃
烧，从而达到系统对炉膛温度（TE101）的要求。此调节过程将直接影响炉膛负压，为防止炉膛负压的减少对系统的影响，当炉膛负压突破一定值时（如小于1Kpa），对排风调节阀限幅。
5) 锅炉汽包水位调节系统（回路号：RL-LT102）
此系统为三冲量调节回路。通过采用给水流量（FT101）、蒸汽流量（FT103）和汽包水位（LT102）主信号一起对给水调节阀（LV102）进行PI 调节，使汽包水位保持在设定范围内，以适应锅炉的蒸发量。
6) 过热蒸汽温度调节系统（回路号：RL-TE119）
系统将减温器后蒸汽温度（TE116）作为前馈信号引入调节，与过热蒸汽温度（TE119）主信号一起对减温水调节阀（TV119）进行PI 调节。
7) 汽机前压调节系统
此系统为条件切换输出调节回路。正常发电时，利用汽轮机与旁路系统平衡配置，通过汽轮机同步控制器调速汽门来调节主汽门前压力（PT302），使其稳定在工作压力左右。当发电机甩负荷时，控制旁路蒸汽调节阀（PV302），退出自动状态。
8) 减温减压器温度调节系统（回路号：RL-TE327）
减温减压器共有两项调节任务：调节喷水量维持减压后蒸汽温度在工作范围；调节减压阀的开度维持减压后蒸汽压力在工作范围。
本调节系统通过减温水调节阀（TV327）来调节减温减压器后温度
（TE327），使其稳定在工作温度左右。
9) 减温减压器压力调节系统（回路号：RL-PT325）
此系统为条件切换输出调节回路。在低负荷状态时，本调节系统通过调节蒸汽旁路调节阀（HV302）来维持减温减压器后压力（PT325），使其稳定在设定工作范围。当处于甩负荷状态时，调节系统来调节蒸汽调节阀（PV325）。
10) 低压分汽缸压力调节系统（回路号：RL-PT326-327）
此系统为双调节器条件切换单输出回路。低压分汽缸的蒸汽：在正常发电模式下来自汽轮机的抽汽；当发电机处于甩负荷状态或汽轮机故障状态时，则来自于主蒸汽经减温减压器后的一部分蒸汽（而另一部分蒸汽则进入高压冷凝器）。本调节系统根据系统要求，通过调节蒸汽调节阀来合理的分配这两部分蒸汽。
当高压蒸汽冷凝器的压力（PT327）小于0.2Mpa 时，调节系统通过调节蒸汽调节阀（PV326）来维持低压分汽缸压力（PT326），使其稳定在设定工作范围。当高压蒸汽冷凝器的压力（PT327）大于0.2Mpa 时，调节系统通过调节蒸汽调节阀（PV326）来维持高压蒸汽冷凝器的压力（PT327），使其稳定在设定工作范围。
11) 除氧器液位调节系统（回路号：RL-LT404）
此系统为条件切换输出调节回路。正常发电模式时，大量的凝结水由凝汽器通过低加直接送回到除氧器，不通过蔬水箱，除氧器的补给水通过调节进水调节阀（LV304_1），实现除氧器液位（LT404）的恒定。当汽轮机故障状态时，大量的凝结水从高压冷凝器聚到蔬水箱，除氧器的补给水则通过蔬水箱输送，除氧器液位（LT404）通过调节进水调节阀（LV304_2），实现液位的恒定。
该PLC 集散控制系统经两年多的运行证明，各项技术指标均达到水平，主要表现如下：
（1）燃烧效 垃圾在炉排上与空气混合均匀燃烧充分，垃圾燃尽。
（2）回热效 余热锅炉分布在主炉膛和烟道中，可充分吸收垃圾燃烧热量， 正常燃烧热效率80%以上，即使水份很大的生活垃圾，燃烧热效率也在70%以上。
（3）处理垃圾范围广泛 能够处理工业垃圾、生活垃圾、医院垃圾废弃物、废弃橡胶轮胎等。
（4）运行维护 炉排采用了整块设计维护量小；自动控制水平高，运行人员少。
（5）性高 经过近2 年运行表明，此焚烧炉故障率非常低，年运行8000小时以上，利用率可达95%以上。
（6）排放物控制水平高 由于采用二级烟气再燃烧和的烟气处理设备，使烟气得到了充分的处理。经长期测试，烟放物中CO 含量1—10 PPM，HC 含量2—3 PPM，NOx 含量35 PPM，符合欧美排放标准。烟气在二、三级燃烧室燃烧时温度达1000℃，并且停留时间达2 秒以上，可使基本分解，烟气中的含量为0.04 ng/m3，远欧美标准0.5 ng/m3。