西门子6GK7243-1GX00-0XE0技术支持

西门子6GK7243-1GX00-0XE0技术支持

九江市三水厂是引进比利时工程，规模为一期10万吨/日，远期30万吨/日。
  该厂自动化系统以德国西门子公司的SIMATIC S5-115U型PLC作为控制站，用PROFIBUS现场总线实现PLC与PLC之间、PLC与上位机之间的数据通讯，并在国内采用西门子的SINAUT无线通讯技术，实现了取水泵站与中控室通讯控制站之间的远程数据交换。上位机通过以太网与公司总调度室实现远遥。
同时，该厂还采用了西门子公司的800KW大功率变频调速系统、FIX DMAC上位机监控系统、美国W&T的全套自动真空加氯系统、ALL-DOS自动投矾系统、德国E+H和美国HACH、德国Krohn公司等的仪器仪表系统。
该厂全套自动化仪表系统、加氯、加矾系统的设计、施工、调试由武汉自来水工程公司自动化工程技术公司承担，在项目实施过程中，得到西门子（中国）有限公司自动化与驱动部的大力支持。
上述系统在1998年7月1日成功投入运行之后，在1998年特大洪水淹没了九江市区的危机关头，刚投入运行的新水厂运行稳定良好，发挥了其的作用，事后受到了国内的一致高度评价，被电视台誉为长江沿岸的一个有现代化水平的水厂。

一、 系统结构配置：
全厂按工艺流程分为四个PLC子站进行数据采集和控制：
1#PLC站：取水深进泵站；
2#PLC站：厂区净化部分；（加矾、加氯、反应沉淀池、滤池）
3#PLC站：送水泵站；
4#PLC站：中控室通讯控制站；
其中：取水泵站与中控室通讯控制站是采用SIEMENS的无线通讯SINAUT系统进行远距离无线传输，2#PLC与3#PLC、4#PLC则是通过PROFIBUS现场总线相联。
二、 系统功能简介：
1． 取水泵站：
PLC除采集监视泵机、阀门、配电设备的运行状态和相关数据外，对水泵、阀门、开关柜、800KW变频调速等设备可进行远距离操作及全自动优化操作。
通过取水、无线通讯系统SINAUT，将所有的数据采集并传到厂中控室进行处理，由中控室发指令对现场设备进行远遥操作。

2． 厂区净化部分：
反应沉淀池部分：
— 反应池为PLC自动投矾，由游动电流仪检测SCD值，反馈到加矾间变频调速计量泵，通过PID调节投矾量，排泥方式为PLC控制进行周期排泥。
— 沉淀池为行车排泥，全过程由PLC程序控制，排泥方式为检测泥位值与周期排泥两方式。
滤池部分：
— 所有滤池由声波水位计检测水位，PLC根据水位设定值对清水阀门进行连续PID调节，达到衡水位过滤运行效果。
— 滤池反冲洗全过程由PLC程序控制，冲洗条件为水头损失值与周期反冲洗相结合两种方式。单口滤池冲洗设备程序联动。滤池之间冲洗互锁，达到合理调度的效果。
加矾部分：
加矾间的成品矾配制。成品矾浓度测量和耗矾量均由PLC完成。投加计量由沉淀池的SCD反馈控制，控制方式分调频率和调冲程两种，运用合理的数学模型使沉淀水出水浊度长期保持在0.5-3NTU之间。
加氯部分：
整套加氯系统分为氯库，切换系统、加氯机、及水射器部分，除人工换氯瓶外，其它过程由PLC来完成；加氯系统配有漏氯报警器和余氯分析仪，以确保加氯全过程，，出厂水指标准确合格。前加氯为流量配比型；后加氯为余氯反馈型；
3． 送水泵站：
PLC采集泵机、阀门配电设备的运行状态、相关数据，对各类泵机、阀门、配电设备等可操作设备进行远距离操作或优化调度控制，对全厂变电站的所有数据参数采集传到中控室工作站上（如：电压、电流、电度、有功功率、无功功率、功率因素等）。
4． 中控室通讯控制站：
本站PLC专门负责PLC1-PLC3的网络管理，并直接与工作站相连并进行全厂的数据交换；本站的SINAUT无线通讯系统与取水泵站PLC1组成无线通讯网。
5． 工作站：
工作站采用FIX DMAC人机界面软件，可浏览所有工艺过程画面，能完成各类数据的记录、存盘、报警；处理打印各种生产报表、曲线图和直方图等。同时，全厂所有可操作的设备均可通过操作员在工作站上通过鼠标和权限进行遥控操作，完成生产指挥调度过程；同时，它还通过以太网将水厂的到公司总调度室，让公司总调度室能实时地掌握水厂的生产情况

系统主要由监控、无线通信系统、现场监控终端、传感器及仪表四部分组成。
监控：由微机、无线数传机、全向天线、模拟屏及UPS组成，主要完成各现场终端数据的实时采集、监测、控制、数据存储、打印报表、数据查询等功能。
无线通信系统：监控与各泵站终端之间采用无线方式通讯。监控为主动站，其它终端副站为被动从站，该系统采用无线电管理给定的数据频率，以一点对多点的方式与从站通讯，监控为全向天线，各副站为定向天线。
      现场监控终端：为PLC，是一个智能设备，它有自己的CPU和控制软件，主要完成现场的数据采集、转换、存储、报警、控制等功能，并通过无线信道与监控微机进行数据通信。根据监控的命令分别完成系统自检、数据传送、控制输出等任务。
      传感器及仪表：是PLC监测现场信号的“眼睛”，现场所有信号都需经过传感器及仪表的转换，才能输出标准信号，被PLC终端所接受。系统主要测量电压、电流、液位、压力、流量及耗电量等参数。

三、现场PLC终端
      现场PLC监控终端是工业现场与监控之间的桥梁纽带，一方面它采集现场仪表、变送器、设备运行状态等信号，另一方面它又与监控通讯，执行有关命令。现场终端一般无人值守。因此，终端机的性能和质量对系统的性影响很大。经充分论证，选用西门子S7-200系列PLC作现场终端具有较高的性能价格比，它具有体积小、易扩展、性能优等特点，非常适合小规模的现场监控。
1、PLC硬件设计
      现场某一终端需测控开关输入信号12路，开关输出信号14路，模拟量输入信号9路。因此，我们选用S7-214基本单元，一块继电器输出扩展单元（EM222），三块模拟输入扩展单元（EM231）。这样系统共有开关输入14路，开关量输出18路，模拟量输入信号9路，满足现场要求。
2、通讯接口
      S7-214PLC基本单元提供一个RS-485接口，为了与无线信道的数传机（电源、Modem、进口电台三者合一）相连，我们专门设计了RS-485接口的Modem，并采用光电隔离技术，使二者在电气上立，避免相互干扰，由于数传机发射时需要RTS信号，而RS-485接口又不提供RTS信号，解决这个问题有两法。其一，由无线Modem根据PLC的发射信息产生RTS信号，这就要求该Modem智能化，同时PLC在发送信息之前需先与Modem通信，让其输出RTS信号，并回送RTS已产生信息，然后PLC再发送现场信息。其二，采用PLC的某一I/O输出点，产生RTS信号，由PLC在发送信息前现接通该点，控制数传机发射，延时一段时间后（电台建立载波时间），再发送信息。后一种方法简单、实用，较好的解决了无线通信的接口问题。
3、抗干扰设计
      为提高系统的性，现场终端、数传机、PLC、直流温压电源及部分变送器装于一个控制柜内，各部分相对立，便于维护。PLC开关量输入、输出与现场之间家继电器隔离，模拟信号采用信号隔离器和配电器隔离，电源采用隔离变压器供电，以减小电源“噪声”，同时系统设置良好的接地。

四、PLC软件设计
      PLC终端软件采用梯形图语言编写，为提高终端的抗干扰能力，软件设计中采用了数字滤波、故障自检、控制口令等措施，保证控制操作的正确性和性。程序设计采用模块化、功能化结构，便于维护、扩展。终端软件主要由下列模块组成。
1、初始化程序：设定各寄存器、计数器、PLC工作模式、通信方式等参数初始值。
2、数据采集子程序：对各路模拟量数据采集、滤波、平均等处理。
3、累计运行时间子程序：对泵机等设备的运行时间进行累计。
4、脉冲量累计子程序：对电耗、流量、仪表的输出脉冲进行累计，并进行标度变换。
5、遥信子程序：检测电机、阀门、报警开关等设备的运行状态。
6、置初值子程序：由监控对时间、电耗、流量等累计参数按用户的要求设定初始值。
7、故障自检子程序：检测PLC的故障信息、校验信息，并发往监控。
8、控制子程序：根据监控的命令，或现场自控条件输出相应的操作。
9、通讯子程序；完成与监控的各种通信功能。
软件流程见图2 ，




其中通讯程序中，接收命令采用中断处理，通过ATCH指令使中断事件8在接收不同特征命令下执行不同的程序。对串行通信的时限制则通过设定内部定时中断来控制，其事件号为10，定时时间由SMB34的值确定。为减少通信的误码，采用偶校验及异或双重校验措施。
五、结论
      本系统在软、硬件方面采取了多种措施，特别是现场终端选用了S7-200 PLC，提高了系统的性，在铁路供水系统了较好的应用效果。本系统将无线通讯与S7-200 PLC的结合，解决了现场分布较散、距离较远、范围较大的系统监控问题，在供水、供电、供气、油田、气象、水文水利等部门有较好的应用前景。

1 引言
      为满足量大生产要求, 高速压印机的速度要至少达到700枚/分,而且要求保证产品的质量。要满足这些要求,需要主传动机构、拨饼机构、送饼等机构优化配合。过去主要通过机械凸轮传动来保证完成任务，这种方法存在致命缺点是:机床体积庞大，柔性差，无法满足一些特殊要求的工艺。随着电子技术飞速发展，伺服传动技术在工业中已广泛应用，通过伺服驱动器来控制电机转速、转向、转角等，可以满足特殊要求场合，从而能灵活地控制电机，为了提高高速压印机的性能，采用了西门子S7-300PLC为高速压印机主控系统，利用Profibus现场总线通信方式，实现S7-300PLC与主传动伺服控制器、拨饼伺服控制器、送饼控制器A、送饼控制器B，只要能准确地控制伺服控制器，就可以使主传动机构、拨饼机构、送饼等机构配合默契，利用MPI和上位机通讯，上位机能够实时显示机床信息。
2 控制内容和控制要求
(1) 运行方式。该机床有2种运行方式:手动运行方式和自动运行方式，根据选择的方式进行切换。
(2) 上位机的实时监控的内容。内容主要包括:主电机转速和电流、拨饼电机转速和电流、送饼电机A转速和电流、送饼电机B转速和电流、高速压印机压力情况、润滑油温情况等。
(3) 故障检测与报警。严重故障内容主要包括:主电机转速和电流、拨饼电机转速和电流、送饼电机转速和电流、高速压印机压力情况、润滑油温情况异常等故障，上述故障发生后，系统自动停机，其他一般故障监控系统会自动报警。
(4) 通讯功能。利用Profibus现场总线通信方式，实现S7-300PLC与主传动伺服控制器、拨饼伺服控制器、送饼控制器A、送饼控制器B和上位机通讯;利用MPI口可以实现S7-300PLC与远程计算机通讯，利用CP340模块RS232可以实现S7-300PLC与测压仪表通讯，来监控高速压印机压力情况。
(5) 系统的开放性。因为西门子系统有很好的开放性，所以本系统属于开放性结构，只要符合西门子协议就可以挂在该系统上。

3 系统的硬件配置
      本系统共需96个开关量输入，80个开关量输出，2个模拟量输入，1个RS232通信板，利用Profibus现场总线通信方式，Profibus 现场总线已经成为化开放现场总线的标准，得到许多生产厂家的支持。90年代由西门子公司引入中国，在本系统采用Profibus-DP总线协议，Profibus-DP是一种优化的通信模块，主要解决设备级的高速数据通信。在这一级，控制器(PLC/PC)通过高速数据总线同分散的现场设备(I/O、驱动器、阀门等)进行通信，传输速率可以达12Mb/s，大距离12Mbt/s时为100m，大距离为200m(1.5Mbit/s),用中继器可以加长传输距离,多可以挂126个从站，实现S7-300 PLC与主传动伺服控制器、拨饼伺服控制器、送饼伺服控制器A、送饼伺服控制器B和上位机通讯。该系统属于中型控制系统。
      在本系统中，控制大距离为20m，4个从站，传输速率可以达1.5Mb/s即可，Profibus-DP总线协议满足要求，所以选定西门子S7-300系列CPU315-DP产品。系统的硬件配置如附表所示。受篇幅所限制,在这里只给出主机架电气原理图,如图1示。特别强调西门子S7-300 PLC配置需要注意以下几个问题:(1)CPU右边安装不过8个模块;(2)能够插入模块数(SM、FM、CP)受他们从S7-300 PLC背板总线电流数值的限制。对于本系统CPU315-2DP,装在一个机架上8个模块从S7-300 PLC背板总线电流数值不要过1.2A;(3)S7-300 PLC模块的排列次序为SM/FM/CP。

图1 主机架电气原理

4 系统的软件编程
      利用西门子STEP7软件对系统的软件编程。用STEP7软件对系统进行硬件组态，如图2所示，然后再用STEP7软件编程，允许结构化程序，也就是说可以将程序分解为单个的、自成体系的程序。本机把控制系统分解成3个部分，即3个控制功能块FB，后通过系统组织块OB1，调用3个控制功能块FB(用CALL指令调用)。采用这样的结构有如下优点:大规模程序容易理解;可以对单个程序进行标准化;程序组织简化;其中大优点是有利于整套控制系统的调试、维护，程序块图如图3所示。

图2 硬件组态5
结束语 
      在本系统调试时，笔者体会到，在使用时要注意一些细节，如Profibus现场总线接线一定要准确，各个从站的地址要设定准确，硬件组态准确，通信协议要设置准确。经实验证明，能满足生产要求，通过Profibus现场总线通讯方法，能准确地控制伺服控制器，对提高控制系统的整体性能，对高速控制系统，该方案有很好借鉴意义