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产品描述
西门子模块6ES7321-1BH50-0AA0接线图形
在该通信方式下，通信端口由用户程序所控制，通信协议也由用户设定。PC机与PLC之间是主从关系，PC机始终处于主导地位。PLC的通信编程是对串口初始化，对S7-200PLC的初始化是通过对特殊标志位SMB30（端口0）、SMB130（端口1）写入通信控制字，设置通信的波特率，奇偶校验位、停止位和字符长度。显然，这些设定与PC的设定相一致。SMB30和SMB130的各位及含义如下：
1、概述
洛阳实华化纤厂新上的三条涤纶短纤维生产线，设计规模为年产五万/条。每条涤纶短纤维生产线主要包括联苯锅炉加热系统，熔体输送系统，纺丝计量泵系统，七辊卷绕系统，气流输送盛丝桶往复机伺服系统以及后加工处理生产线。
在大容量涤纶纺丝生产线中，聚合系统启动运行时，将源源不断的聚合物---熔体直接送至纺丝部分，纺丝部分计量泵系统将聚合系统输送过来的熔体原料经过计量泵,挤出合格原丝送到卷绕系统，整个系统的设计，质量满足用户要求，其控制系统也，，实现纺丝生产不停机(除检修外)，尽量减少废丝量。由于生产大容量大，系统分布多，如果哪个系统发生故障将造成损失。为了防止系统发生故障将造成损失，减少系统运转维护人员，洛阳实华化纤厂新上的三条涤纶短纤维生产线前纺控制系统采用冗余系统设计。
2、工艺简介及系统控制内容
熔体直接纺大容量涤纶纺丝生产线的工艺流程：熔体增压泵---熔体输送管---纺丝箱体---计量泵---内环吹装置---卷绕机---牵引机---喂入机---盛丝桶往复机。本联合机分三条线，每条线含6个纺丝箱，36个纺丝位，每个纺丝位配置一台的计量泵，共计108个纺丝位。熔体经过增压泵增压后由熔体输送管直接将熔体输送至纺丝箱，经计量泵计量后由喷丝板喷出，通过内环吹装置，受空气冷却固化后进入卷绕机，各纺丝位丝束经过上油装置后进入牵引机，再由喂入机送入盛丝桶往复机。纺丝系统主要包括：联苯锅炉加热系统，熔体输送系统，纺丝计量泵系统，七辊卷绕系统，气流输送盛丝桶往复机伺服系统。2.1联苯锅炉加热系统联苯锅炉加热系统提供熔体输送过程及纺丝过程热量，保证工艺要求的需要。2.2熔体输送系统通过增压泵增压后，直接将熔体输送至纺丝箱纺丝。2.3纺丝计量泵系统将熔体原料经过计量泵后由喷丝板喷出，通过内环吹装置，受空气冷却固化形成合格原丝。2.4七辊卷绕系统按工艺要求，将合格原丝进行预处理。2.5气流输送盛丝桶往复机伺服系统将卷绕系统送出来的丝束通过气流输送，源源不断的送入盛丝桶中，为丝的后加工处理生产做好准备。
3、系统设计根据工艺要求，遵循集中管理、分散控制、、技术的理念，设计了由计算机、S7-400H冗余PLC、现场仪表组成的多级的、开放的、模块化的、实时多任务的集散型的数据采集和监控系统。该计算机监控系统由管理层和控制层两部分组成，控制层由集中控制站S7-400H，六套分布式远程I/O站支持热插拔，一套S7-300控制站及若干S7-200站组成，管理层由WINCC组态软件，工业以太环网组成，实现纺丝系统全厂设备及生产数据的集中管理，分散控制。系统中每条纺丝线通过36台变频器控制36台计量泵，变频器选用西门子MM440产品，采用PROFIBUS-DP总线，通过Y-bbbb联到CPU414-4H冗余的PROFIBUS-DP网络。变频器可以本地控制，也可以通讯控制，通过一个转换旋钮联到变频器输入端，利用西门子变频器的BICO功能进行控制功能切换。对单台(单个)纺丝位而言，在通讯设定失败后，可以采用本地面板操作方式。单个的七辊卷绕及气流输送盛丝桶往复机伺服系统由一台S7-300PLC控制，
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图1洛阳实华前纺生产线姿控系统图由于卷绕出来的丝源源不断送往盛丝桶，故气流输送盛丝桶往复机采用西门子运动伺服系统，且备用一套。该控制部分通过一个CP342-5通讯处理模块联至Y-bbbb，通过Y-bbbb联到CPU414-4H冗余的PROFIBUS-DP网络。根据“集中管理，分散控制”的原则设计。将CP443-1工业以太网模板、安装有CP1613卡的研华工控机联至ESM，通过S7-REDCONNECT软件支持冗余切换。运行人员在操作员站上可以对三条纺丝生产线工艺流程进行模拟图形显示、实时数据监控，完成控制目标值设定、报警显示记录、操作状态记录、趋势曲线绘制、打印制表等功能。实现液态联苯提升泵、油剂循环泵、熔体增压泵等设备远程控制。现场分布式I/O站，采集不同部分的模拟量、数字量等信号。考虑到纺丝系统高性运行的重要性，因此在控制层无论是网络还是控制设备软件均采用冗余结构，控制层网络采用双电气冗余结构；单条线主控级主站采用西门子冗余CPU414-4HPLC，配置2块工业以太网模块，CPU模块之间通过光电转换模块和光纤连接，当1个CPU模块断电或其它故障原因停止运行时，马上自动转至另1个CPU模块运行。同时，对整个系统，无论操作员站或网络任意一台设备或元件出现故障，系统均可自动切换到其它网络通道上继续运行，整个切换过程时间小于0.3S，可以保证不影响正常生产。该计算机监控系统采用工业以太环网、控制总线组成的系统结构体系，如图1所示.
4、冗余系统配置单元PLC硬件配置，如图2所示：
单条线含一套CPU414-4H，六套IM153-2，带有源底板，支持热插拔。每18个位变频器通过Y-bbbb联到冗余PROFIBUS-DP网；牵引、往复单元机同样通过Y-bbbb联到PROFIBUS-DP网。
5、WINCC界面
纺丝、卷绕部分的PLC通过Y-bbbb联到冗余PROFIBUS总线；上位机提供友好的人机操作界面。人机界面以简洁、清晰的风格组态各个操作画面，画面上准确明了地以图形方式表示出当前生产线设备工况，如停止、运行、速度和故障等信息并以不同颜色、图形和文字表示。通过界面上的操作，可对计量泵、牵引辊、导丝辊、喂入机及盛丝桶往复机的速度进行设定和修改；可对卷绕油剂泵的速度进行设定和修改；牵引、喂入机系统设置中速和工艺速二档速度。实现系统的工艺参数设置、运行控制、工况显示、报警显示、运行和报警数据和查询、打印等功能。
6、结束语
在项目进行和调试过程中，西门子产品的优异性能得到美方认同，该控制系统已经过美国康泰斯公司的出厂验收，认为在大容量涤纶短纤维纺丝生产线电气自动控制系统具有以下主要特点：1、采用基于现场总线的控制系统，系统高度稳定，有很强的抗干扰能力；2、开放式的总线，容纳三方设备；3、变频调速采用的Siemens变频传动系统；4、实现全数字化、全现场化控制；5、设备集中监控、友好的人机界面；6、可以实现车间和工厂级的信息化管理，向信息系统自动提供实时数据；这种基于现场总线的分布式控制系统，减少了现场布线工作量和维护工作量、规范了软件程序的编制、同时系统具有易于扩展并对整个生产线的工艺参数进行集中管理的优点。总之，该类型控制系统在涤纶纺丝生产线中的应用降低了系统设计、制造、安装、维护的成本，并提高了系统的控制精度和系统的性。在大容量的类似控制系统中，已应用到相应的出口产品生产线上，得到外商的认同。
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（SIEMENS S7-200）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。
（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
3.1 S7-200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。
3.2 PLC 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:
CPU214 PC Power Supply,DC bbbbbs,DCOutputs
EM 231 Analog bbbbb,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
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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。
PUSH x //设置指令的参数
CALL y //执行代号为y的指令
（2） 在MS-DOS环境下运行PBASE.exe，编辑并编译完成后的程序如下:
0 REM BTRAN V1.03 ,C:ABBASIC9900.BDL,01-03-04,01:36PM
//软件编译信息
10 MODE（PRT2,19200,N,8,1,N,R）
//设定通讯端口和通讯参数
20 PUSH 1
30 CALL 37
//PRT2的bbbbb buffer
40 PUSH 3
50 CALL 120
//SLC的M0 file和M1 file（注1）
60 PUSH 4
70 PUSH 1
80 PUSH 0
90 PUSH 0
100 PUSH 1
110 CALL 23
//将SLC的M0 file中存储的数据通过PRT2发送出去
120 POP SOK
//输出CALL 23指令执行的结果
130 PUSH 2
140 PUSH 65
150 PUSH 0
160 PUSH 1
170 PUSH 0
180 PUSH 0
190 PUSH 1
200 CALL 22
//将通过PRT2接受到的到SLC的M1 file中
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210 POP ROK
//输出CALL 22指令执行的结果
220 PUSH 1
230 CALL 37
240 GOTO 240
//实现程序自动循环执行（注2）
>>EOF<<
//程序结束符
注1:M0 file和M1 file是CPU与BAS-T模件进行数据交换的数据存储文件。
注2:BAS-T模件通过特定的语言格式实现模件程序的自动循环执行，使BAS-T模件能够不断的读取PMAC9900装置的数据。
（3） 用1747-CP3通讯电缆连接BAS-T模件的PRT1和编程电脑的串口1，通过PBASE软件将上面编译好的程序下载到BAS-T模件。
3.3 PLC软件编程
（1） 硬件配置
BAS-T模件读取PMAC9900装置数据时发出的信文长度为8字节，需要占用4个字寄存器;PMAC 9900装置正常返回数据的信文长度为65字节，需要占用33个字寄存器;加上BAS-T模件对信文字数的统计占用1个字寄存器，所以M0 length和M1 length均设为34个字（该长度只需大于实际信文长度即可）。在PLC编程软件RSLogix500中按图4所示方式配置BAS-T模件。
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:
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
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