西门子6ES7351-1AH02-0AE0接线图形

西门子6ES7351-1AH02-0AE0接线图形

导言

PROFIBUS作为一种总线标准，具有开放、化、不依赖于设备生产商等特点，由其构成的兼容网络系统，可 应用于不同的场合，分别是PROFIBUS-FMS，提供强有力的通信功能；PROFIBUS-DP，用于传感器和执行器级 的高速；PROFIBUS-PA，用于性较高的场 合，允许对设备进行的内部操作。

在制丝电控系统中，控制对象大部分为开关量点。现 场设备控制采用PROFIBUS-DP，主站间通讯一般采用 SIEMENS Industrial Ethernet，也可采用PROFIBUS- FMS。

本文中，我们将采用应用多的模式为例，即主站监控级网络采用SIEMENS Industrial Ethernet，设备级网络采用PROFIBUS-DP。

电控系统设备及结构配置

在现场级控制设备选型时，我们主要考虑在SIEMENS的PROFIBUS和另一家的总线中选择其一。因为制丝电控 系统主要是由电机控制回路组成，另外一家公司的技术要求每台电机控制作为其一个子站，成本要高出许多SIEMENS PROFIBUS-DP家族中ET200S的集成负载馈电器，将PLC的输入/出、端子模块、断路器和接触器结合在 一起，每个DP从站理论上多可控制20台电机(每个子站 的物理长度不能过1米，负载馈电器的物理宽度为45mm)。从这个意义上讲，ET200S是的选择。另外 一个原因就是目前行业中，控制系统应用多的还是SIEMENS公司产品。因此，现场级控制设备选型确定为ET200S产品。

按照制丝工艺要求，整条线划分为十二个工艺段，每个 工艺段由一组PLC控制。在每个工艺控制段PLC中，主站 采用S7-400产品，CPU选型为带内置DP口的CPU，其系统结构如图所示。

根据以上的设计原则，在某的制丝电控系统中，已成功应用了现场总线技术。我们共采用了8组PLC控制，现场设备控制采用 PROFIBUS-DP 模式，分别组成8 组PROFIBUS-DP网。共有电机类ET200S站点61个，普通 I/O站点81个,变频器站点67个，操作员站点8个，水份仪 站点18个，电子称站点18个，操作台站点7个。
系统特点

采用PROFIBUS技术后，与传统的电控系统比较，系统具 有以下几个特点：

·系统设计加方便、清晰负载馈电器的使用，免去了电机保护开关、接触器及与 PLC输入/出的大量原理图、接线图的设计，出图量大幅 度减少，ET200S模块化组件的使用，也使柜(箱)内布 线、设计为简便，加快了控制系统设计、生产周期。
·安装简单、快捷 在不采用任何工具的情况下，接口模块和端子模块卡在导轨上，完成接线后，电子模块、电源模块、负载馈电 器模块“即插即用”。
·组态、调试加 无须其他特殊软件，在S7软件包中，用鼠标拖拉即可完 成PROFIBUS-DP的组态。不需额外费用，设备故障就可通过总线报告，故障定位加方便。
·维护简单
划分子站和模块化组件的使用，以及强大的故障诊断能 力，都为日后设备维护带来大的便利。
·便于扩展和信息集成
PROFIBUS的使用将孤立的单元设备带进了信息化网络中, 为今后系统扩展和企业综合自动化的实现打下良好的基础。
·终用户工程造价降低
PROFIBUS技术的使用，节省了大量的线缆、桥架、端子 排、柜体等，培训和维护费用减少，这些都降低了工程总造价。下表显示了典型制丝线电控系统的材料使用比 较。

结论

PROFIBUS技术从99年开始就已成功应用于行业中了，特别是在江苏某的6000KG/H制丝管控系统中, 现场设备的控制全部采用了PROFIBUS技术，得到了用户 的高度评价。尤其是与传统集中控制比较，在系统设计、安装调试、维护及扩展方面都具有十分明显的优势。PROFI- BUS技术在行业的成功应用具有典型意义，为其他行业的自动化项目提供了一种理想的解决方案，应得到为广泛的推广。

串行通讯作为一种新型集中分散电梯控制系统，在国内已经得到广泛应用，较以往集中统一控制系统而言各分控器可完成一些诸如呼梯、指令、显示等工作，大减轻了主控器的负担，主控器效率明显提高。

    ----串行通讯明显减少了PLC过程控制器的输入、输出点。控制柜内PLC的点数不会随层站增加而改变，使控制柜标准化成为可能。另外串行通讯也使井道电缆的数量减少，使安装接线、维修等简单方便，故障点大大减少，提高了控制系统的性。

    ----目前在电梯串行通讯技术中占主导地位的是主从结构的BIBUS网络系统，它采用RS-485总线，通讯结构为命令响应式，其潜在的危险就是采用了集中控制方式，一旦主接点出现故障整个系统将瘫痪。另外在硬件系统中，硬件电路板的制作，每个组件不可能保证严格的准确，即使在组件使用前进行老化处理不仅费时、麻烦，也很难保证**合格，所以这样的电路板也很难保证质量，用在串行系统中就是故障隐患。另一种为各接点自主通讯方式如CAN总线，NEWLIFT以及LONWORKS总线。总之这些串行通讯都存在一个问题就是一旦哪一层出现问题查起来很不方便，需要每层都查一遍，而我们要用的西门子AS-I就能很好的解决这个问题。它的主站能立显示每个从站的信息。

    ----AS-i（Actuator-Sensor-Interface传感器-执行器-接口）是为层现场自动化而设计的网络，是使用于双工位的执行器和传感器的网络。AS-I是基于主-从原理进行工作的。在控制器PLC上有一个主站模块。通过AS-interface电缆连接起来的传感器/执行器作为从站模块由主站模块操纵。

    ----AS-i在电梯中的具体应用如图 AS-i在电梯串行通讯中的几大优点：

    1、节省了按钮、指示灯、层显等信号与PLC的电缆布线 ----AS-i模块可直接装在呼梯盒和轿箱操纵盘内，使呼梯按钮、指令按钮、信号灯等，直接接到AS-i上，无须和PLC连线，而所有这些信号即这些AS-i从站只通过一条黄色双芯电缆和控制柜内AS-i主站模块相连，这大大减少了井道内电缆布线

    2、节省了PLC的I/O点 ----因为所有呼梯信号、指令信号、指示灯、层显等，无须直接和PLC相连，这使的PLC的点数大大降低。

    3、编程调试简单 ----ASI与并列的I/O没有任何区别，因此AS-i与现有的系统相连接只需对控制程序进行略微修改，整个系统可以在无须了解ASI内部功能和附加软件的情况下进行调试。

    4、通讯准确及时 ----AS-i是一个"单主站系统"，即每个网络只有一台用于数据交换控制的主站，它顺序地访问每个从站并且等候其响应。AS-i使用一个固定的传输模式，因此能够满足复杂过程的控制传输或区别数据类型的要求。 ----由于使用了固定的传输模式，主站可以访问所有与之相连的从站，并且在5毫秒内新所有的I/O信息。

    5、一个主站可带31个从站，一根电缆连接多至248个I/O ----每个AS-interface从站模块可分为4个双态组件提供，不论是作为输入还是输出。在配置为31个从站模块这一情况下，可以为多达124个（31X4）的双态组件提供，依靠使用双向从站模块，可以连接的双态组件的数目可以加倍，达到多每个主站模块248个。

    6、双芯电缆传输数据和电源 ----在数据交换的同时，AS-i电缆同时为按钮、指示灯供电（30VDC）电源取自AS-i电源，无须另接电源。通过绝缘穿刺接点实现从站的快速连接。

    7、防止反性接线的快速连接 ----电缆的特殊造型使接线快速而简单，避免接错。

    8、、灵活的操作方式 ----通讯方式提供了很高的操作性，主站检查网络电压和传输的数据，它能识别传输错误和从站的故障，并且向控制器报告这些事件，用户可以决定系统对他们该做怎样的处理，在对系统中其它站点通讯不影响的情况下对从站进行换和添加。 ----一个重要的优点在于AS-i主站无须调试，无须应用软件和通讯软件包，ASI电缆上所接从站模块工作的同时，ASI主站自动通过ASI电缆进行通讯。

    9、成本分析 ----从以析看ASI用在电梯串行通讯中是可行的。

1、引言

    今天，随着对工业自动化的要求越来越高，以及大量控制设备和过程监控装置之间通信的需要，"监控和数据采集

    系统"越来越受到用户的重视。在动力系统方面，以柴油发电机组作为应急备用电源的发电厂，在工厂、矿山、高层建筑、医院、邮电、宾馆、银行等许多部门都得到了广泛的应用。为了提高供电质量和供电性，改善操作人员的工作条件，减少维护运行人员，备用发电站迫切要求实现自动化运行和管理。该监控系统由监视主机(包括通信板)和若干现场的从站(SIEMENSS7-200)组成。实现发电机组的数据采集、报警、存储、备份等服务。本文主要介绍下位机S7-200的系统原理。

    2、系统的总体设计

    结合生产实际的需要，考虑该发电机组的自动化系统由5大功能部件组成(系统的硬件图如图1所示)。

    (1)发电机组的自动启动和自动停机;

    (2)工程市电和机电的自动切换;

    (3)发电机组电压和频率的自动调节;

    (4)发电机组故障自动检测，报警和故障处理;

    (5)发电机组电压、电流、频率、有功功率、启动电池电压等电量参数的自动调节。

    3、系统组成

    3.1S7-200系统PLC的特性和特点

    西门子公司的S7-200系列可编程控制器，，硬件配置齐全，它的特点与性能如下:

    (1)机内有高速计数器，可同时输入三路高速脉冲，并可输出频率和脉宽可调的高速脉冲信号。

    (2)具有21个中断源的中断管理，并配有RS485接口，可实现PLC与PC机之间的远程通讯，便于上位机监控和联网。

    (3)具有结构紧凑、组装灵活、编程简单，抗干扰能力强、性高等特点。

    由此可见，它非常适用于工业控制中小型自动控制系统。经分析，决定采用S7-200系列可编程控制器作为发电机组自动控制系统的部件。

    3.2PLC配置及I/O的分配和功能

    经过分析，本系统采用10个开关量输入，10个开关量输出和3个模拟量输入，即可满足系统控制需求，因此-

    PLC配置如下:

    CPU214PCPowerSupply,DCbbbbbs,DCOutputs

    EM231Analogbbbbb,A13*12Bits

    I/O的分配和功能如下:

    开关量输入:

    IO.0:输入中断(配合脉宽调制使用)

    IO.1:方式选择(0-远程控制1-自动)

    IO.2:市电检测(0-无市电1-有市电)

    IO.3:机电检测(0-无机电1-电)

    IO.4:油压低(0-油压正常1-油压偏低)

    IO.5:油水温高(0-油水温正常1-油水温偏高)

    IO.6:高速计数器HSCI(利用高速计数器启动电池电压)

    IO.7:紧急停车(0-非紧急停车状态1-紧急停车状态)

    IO.0:复位(1-手动复位)

    (利用高速计数器转速)

    开关量输入:

    Q0.0:高速脉冲输出(通过控制直流电磁铁调节转速)

    Q0.1:停机(1-停机电磁阀动作)

    Q0.2:启动(1-启动马达动作)

    Q0.3:市电合闸(1-市电主开关动作)

    Q0.4:机电合闸(1-机电主开关动作)

    Q0.5:三启失败(1-三启失败信号灯亮)

    Q0.6:机组故障(1-机组故障信号灯亮)

    Q0.7警铃(1-警铃响)

    Q1.0:自动强激磁(1-强激磁继电器动作)

    Q1.1:冷启动自动辅助(1-冷启动辅助装置电磁阀动作)

    模拟量输入:

    AIWO:母线电压

    AIW2:母线电流

    AIW4:负载功率

4系统实现

    发电站自动化监控系统由机组自动启停控制，转速自动调节，电量参数自动检测，故障自动检测等功能模块组成。

    4.1制动启停控制

    本功能模块是根据各开关量的输入状态，自动控制机组的启动、停止和机电与市电的相互切换。这主要属于顺序控制具有较强的逻辑控制。用S7-200实现简易而。

    4.2转速调节

    油机转速调节是通过CPU214中高速脉冲输出脉宽调制(PWM)功能调节可控直流电磁铁控制柴油机油门开度来实现的。用CPU214实现转速调节方法如下:转速信号由安装在柴油机上磁电式传感器获得，CPU214通过高速计数器测量油机转速，测得转速信号送入PID调节器，将调节器输出的数字量转换为脉冲宽度的时间量，再通过CPU214中的脉宽可调的高速脉冲输出(QO，0)，经过功率驱动器控制可控制直流电磁铁调节紧油机门开度大小，从而实现对油机转速的调节。

    本系统属于反馈控制和的数字控制，涉及到一些控制算法问题。在CPU214中，方法实现了一种转速控制的PID调节器。PID的模拟表达式:

    M(t)=KC(1+1/Ti*fe(t)dt+Td*de(t)/de(t))

    在CPU214中，微公和积分采用如下公式:

    微分运算:[新差值E(n)-旧差值E(n-1)>÷控制周期TC

    积分运算:[旧差值E(n-1)+新差值E(n)>×控制TO÷2

    转速-与转速传感器频率关系的计算公式如下:

    f----转速传感器信号频率

    n----转速(转/分)

    z----传感齿轮齿数

    为好的实现全程调速我们采用分程PID限幅

    怠速时间:转速设定值VW108=192

    小输出值VW126=180

    大输出值VW124=420

    高速期间:转速设定值VW108=VW212(由模拟电位器设定)

    小输出值VW126=420

    大输出值VW124=995

    本系统中:n=1500r/mlnz=128齿

    这样f>3200Hz，故采用7kHz的高速计数器HSC2测量转速。停机时，将转速设定值和网缓冲器全部置0。输出限制在VW106=5上，以使PWM能够连续工作。同时使Q0.1=1，停机磁阀动作，切断油路达到停机目的。为了使设定值作常稳定。