西门子6ES7277-0AA22-0XA0参数说明

西门子6ES7277-0AA22-0XA0参数说明

0 引言
1998年，五强溪水电厂对泄洪弧门集中控制系统进行过改造，完成了集中控制系统与现地9个表孔的通信联网，实现了对现地表孔启闭机的集中控制。泄洪弧门集中控制系统原采用西门子S5-135U的PLC控制系统，在设计上通过L2网与9个表孔、控制室OP35操作面板实现联网，以实现对现地表孔的启闭控制。当时由于中、底孔启闭机采用常规继电器控制，并没有对中、底孔的集中控制进行改造。
表孔弧门集中控制系统在改造完毕投入运行不久，程序方面出现故障，造成与现地设备的通信联网中断，无法实现对表孔弧门启闭机的集中控制，至今无法正常投运。

1 项目改造PLC硬件系统概述
为了确保泄洪弧门的正常运行，真正实现“无人值班”（少人值守）的自动化控制体系，五强溪水电厂自2000年始，对泄洪系统进行了集中控制改造的系列工作。

1.1 中孔和底孔闸门系统
2000年将中、底孔启闭机的常规继电器控制模式改造成PLC S7-300+电阻器调速控制，电机转子绕组串电阻四级启动。
PLC控制系统采用CPU 315¬-2DP，48K字节RAM，集成具有用于数据通信的分散式外设PROFIBUS-DP主/从接口和用于编程器上装程序的多点MPI接口，PLC的I/O接口为2通道模拟量输入模块SM331，32点数字量输入模块SM321，8点数字量输出模块SM322。PLC控制系统DI、DO模块实现中、底孔弧门的启门、闭门的自动控制，并对启、闭门过程中出现的故障进行监控。此外通过模拟量输入AI模块SM331处理闸门开度传感器转变的模拟量输入信号，模拟量输入模块采用四线制4-20mA电流输入。

1.2 表孔闸门系统
2003年始，开始对表孔S5-135U的PLC控制系统改造成PLC S7-300控制系统，同时将SL16-01式编码器改造成带SSI接口的型多转输出编码器，编码器可以达到25位（213*212）串行数据输出，即闸门的位置参数对应编码器上固定的某点。
PLC控制系统采用CPU 313C¬-2DP，32K字节RAM，集成具有用于数据通信的分散式外设PROFIBUS-DP主/从接口和用于编程器上装程序的多点MPI接口，PLC的I/O接口为8通道模拟量输入模块SM331，4通道模拟量输出模块SM332，32点数字量输入模块SM321，32点和8点数字量输出模块SM322，3通道位置输入模块SM338（POS-bbbbb）。
PLC控制系统DI、DO模块实现表孔弧门启门、闭门的自动控制，并对启、闭门过程中出现的故障进行监控，同时通过模拟量输入AI模块SM331处理开、关门时液压系统油缸无杆腔和有杆腔的油压模拟量输入信号，以供上位机监控液压系统运行情况。SM338（POS-bbbbb）内集成有闭环控制功能模块PID控制器，通过SSI接口将型多转输出编码器输出的闸门左右侧位置信号进行计算处理，并通过模拟量输出AO模块SM332将闸门实际位置以及闸门左右侧位置偏差传输至闸门位置和闸门偏差的显示仪表，同时AO模块SM332将处理的位置信号输出到VICKERS的P1、P2两块功率放大板，功放板根据闸门左右侧位置信号，输出相应的0-10VDC电压信号，从而到达控制相应油缸的电磁比例阀阀芯位置，用以实现闸门左右油缸的同步运行。VICKERS功放板输出电压值的整定主要是通过调节死区补偿电位器，辅调节增益电位器，微调节阀芯加速/减速电位器。

1.3 计算机功能描述
上位机在此次改造系统中所起的作用主要如下：

（1） 数据采集
接收各现地控制单元发送的有关数据并存入数据库，用于显示器画面新、控制调节、记录检索、操作指导及故障记录分析。故障报警信号传送，并登录故障发生的时间。

（2） 数据处理
• 数据变码、校验传递误差、误码分析及误差控制；
• 生成各种数据库，供显示、刷新、打印、检索使用；
• 事件顺序记录，及时处理生产过程中发生的每一个事件，记录每个事件发生的时间和事件性质，事件包括正常操作和故障；
• 将相关数据送至电站计算机监控系统以及水情自动测报系统。

（3）运行监视、控制和调节
水工楼集中控制室设置1台21′LCD显示器，用于监视各表孔弧门液压启闭机和中、底孔设备的运行工况。运行操作人员能通过上位机，对闸门开度和启闭机进行控制和监视。主要内容如下：
•闸门启闭控制，可编程设定；
•闸门开度整定值和限值的设定；
•图形、表格、参数限值、报警信息、状态量变化等画面和表格的选择与调用；
•在主控制级进行操作时，在屏幕上可显示整个操作过程中的每一个步骤和执行情况。

（4） 记录、报告、统计制表
对所有监控对象的操作、报警事件及实时参数报表等进行记录，对故障信号进行事件顺序记录，并能在LCD上显示，打印机上按预定表格打印出来。打印记录分为定时打印、事件故障打印、操作及参数修改打印、工作日程修改打印、越限打印、维修报告记录及召唤打印记录等工作方式。

记录、的内容包括：
• 操作事件记录：自动顺序记录所有的操作过程，包括操作对象、操作指令、操作开始时间、执行过程、执行结果及操作完成的时间、操作员的姓名等。
•报警事件记录：自动将各种报警事件按时间顺序记录其发生的时间、内容和项目，生成报警事件汇总表。
• 历史数据记录

（5） 通信控制
与各现地控制单元通信，向各现地控制单元发送指令，并接受现地控制单元上送的各种信息。

（6） 系统自诊断
系统设备硬件故障诊断包括对计算机、外围设备、通信接口、通道等的运行情况进行在线和离线诊断，故障点可诊断到各模板。在系统进行在线诊断时，不应影响计算机系统对各设备的监控功能。


计算机采用闽台研华工控机作为上位机，内插SIEMENS公司CP5611网卡，通过表孔各现地站已有的PROFIBUS总线电缆与9个表孔现地站PLC CPU 313C¬-2DP联网通信，监控和操作控制各表孔弧门运行。并从#1表孔向中孔和底孔敷设一条PROFIBUS电缆，把底孔和中孔的PLC CPU 315¬-2DP通信口与监控计算机连接，加入网络中，用以监控和操作控制中孔和底孔弧门的运行。
同时，电厂中控室与泄洪闸门系统之间，除了通过PROFIBUS-DP总线电缆从表孔#1弧门的RS485-Repeater（中继器）与9个表孔、5个底孔和1个中孔工作站进行通信联网，并能对泄洪闸门系统进行监控和操作。此外，从水工楼上位机到电厂中控室之间，还敷设了通信光缆，建立了工业以太网，用以系统数据资源的共享。

2 项目造软件系统概述

2.1 软件
软件采用西门子公司的人机界面系统SIMATIC WinCC，WinCC 是在 bbbbbbs 操作系统下运行的基于 PC 的人机界面系统。WinCC 提供广泛的特性以用于实现自动化解决方案，比如：通过冗余技术保证过程控制的性与数据完整性；基本系统组态包括满足事件信号发送，测量数据归档，所有过程与组态数据记录，用户管理和可视化等工业需求的功能。
该系统与其他 SIMATIC 元件共同提供附加的功能，如过程诊断与维护。当组态这些功能时，所有的 SIMATIC 工程工具都可以相互作用。WinCC 提供许多其功能允许为相关应用进行单组态的编辑器与接口，如WinCC Explorer用于快速存取所有项目数据和设定值的项目管理；图形编辑器图形系统用于通过像素图形对象的可自由设计可视化与操作，其所有的性能是动态的等。
计算机通过WinCC人机界面系统的图形编辑器，在上位机设计模拟泄洪闸门系统画面，WinCC CS（Configuration Software）和RS（Runtime Software）根据现地工作站PLC I/O地址分配，于上位机模拟系统画面分配相应操作键的对应地址，通过PROFIBUS-DP总线用以实现上位机对现地工作站的监测和控制功能。

2.2 工具软件
PLC标准工具软件是STEP7可编程序控制器标准软件，它的主要功能是：
• 对系统硬件配置进行组态和参数设置。例如，S7-300的I/O模板的地址分配，用STEP 7来进行自由组态的，既不依赖于槽位，板上也没有硬件跳线开关；
• 编程，使用的编程语言有语句表（STL），梯形图（LAD）和功能块图（FBD）。可以离线编程，以及在线修改程序；
• 进行文件和建档处理，生成符号地址表及程序的交叉地址表；在调试程序中实现操作和诊断，进行程序测试和维护功能；对通信进行定义及设置参数。
STEP7是一种模块化编程的软件。它将所有用户编写的程序和程序所需的数据放置在模块中。在一个模块内，在块与块之间，有进行子程序调用的功能，这样使用户程序结构化成为可能。这将显著增加PLC程序的组织透明性、可理解性和易维护性。
五强溪水电厂泄洪闸门PLC控制系统综合STEP7工具软件的梯形图、语句表和功能块图来实现闸门系统的控制功能要求，并建立DB10数据块，用以上位机的远程监测和控制。

3 结束语
2005年五强溪水电厂对泄洪系统进行了的新改造，改造除了将原有PLC S5控制系统改造成PLC S7-300外，还针对表孔弧门开度仪传感器的低分辨率问题进行了技术改进。在集中控制技术上采用透明度及组态功能强大的SIMATIC WinCC人机界面系统，并将此系统接入五凌公司水情梯调自动测报系统，为公司实现梯级调度提供了技术支持。本次系统改造自4月20日投入运行，从2005年汛期系统运行检测分析，运行工况稳定性达到设计要求。

3、设计依据：本项目自控设计根据用户提供设计思路、资料，设计。
4、系统功能：系统可满足生产监视、工程控制、操作画面、参数报警、数据记录等功能要求。
5、系统要求：
1、可以实时监视各模拟参数，包括：各温度显示、频率显示。
2、可以控制各电机、阀门启停。
3、可以根据气温变化调节参考温度。
4、自动状态下，可以定时启停电机、阀门。
5、一次泵，一台发生故障，可以自动启动另一台。
6、可以进行数据记录，以后查阅。
7、对故障报警，进行单记录，以后查阅。
8、能够实现手动、自动对变频泵的频率控制。
9、两台蓄热泵，每台泵工作，休息。如果，正在使用的蓄热泵发生故障，自动启动另一台泵。
6、系统配置：


二、使用体会：
通过实际使用艾默生的EC20型PLC，对艾默生的产品有了深刻的体会，
EC20型PLC在众多性能上其他我公司以前使用过的PLC 。

1、模拟量信号采集，明显其他PLC。
（1）以前，用其他厂家PLC 采集信号之后，数据进入PLC主机，要经过多步换算，才可以得到要使用的数据。艾默生的PLC 设计理念，明显其他厂家。各个AD模块的各个AD通道采集的信号，在AD模块自行运算之后，再把数据传送到PLC主机内。这样不但操作方便，而且速度明显快于其它产品。
（2）以前，使用其他厂家PLC时，我经常造成模拟量模块浪费。因为：模拟量模块可以接受多种信号（如：4～20MA、0～5V、0～10V）。切换这几种信号，要通过模拟量模块上的拨码开关设置。这种设置方式，只能对整个模块进行设置。无法对模块上的某个通道进行单控制。有时，实际工程中有几个模拟量都是4～20MA的，偏偏有一个信号是0～10V的，这样就得白白加一个模块。艾默生的EC20 4AD模块，可以单设置模块中的每一个通道。这样模拟量配置灵活，十分方便，降。
2、可在线修改逻辑功能，大大方便了实际生产的调试应用需要。修改调试时不影响生产的正常运行以前，在实际工程中，经常出现一些小的数据、小的设置需要修改。为改这些小地方，停产不好，不停产又不行，真是很麻烦。艾默生公司的EC20避免了这些问题, 使用起来确实非常方便。
3、模拟数字的内部运算，明显快于其他PLC
在本次工程中，应用了大量的模拟量运算，速度明显以前我使用过的其他公司的PLC。
4、通讯口设计较为方便。
通讯口1，可以直接连接 RS232 和RS485大大方便了我公司使用。使用起来感觉很方便。另外，通讯口的设置也很简洁明了。根本不用专门去学习。
5、运行、监视、停止转换开关，设计方便。比其他PLC 加方便监视PLC内部运行状态。
6、点数多，扩展性很好。能够支持512点的I/O点，特殊模块可以加到8个。比我以前使用的PLC，无论是I/O点，还是模拟量都要多。为我公司明年较大工程的实施提供了大的选择余地。
7、编程软件较为方便、小巧、功能。使用、携带很方便。通过使用，我觉得很好用。
8、PID功能设置的确方便，很容易操作。上位机也很容易直接改PID的参数值。不象我以前使用的PLC，PID里的P、I值上位机很难直接改。在系统调试的时候，很麻烦。艾默生在PID功能设计的理念上其他PLC。

1、引言

汽机保护系统是一个汽轮机监控及辅机联锁系统，它能在汽机正常工作、启动和停止运行方式下，连续监视汽机的运行参数及状态，并且进行逻辑运算和判断，通过联锁装置使设备按照既定的合理程序完成必要的操作或未遂事故，以保证汽轮机的。它在防止运行人员操作事故及系统故障情况下引起的事故方面起着非常重要的作用。

常规的保护是用继电器用硬接线连接，性较低，信号的改动比较麻烦。PLC是采用积木式结构，以及模块化的软件设计，使得系统安装和现场接线简便，并可按积木方式扩充和删减其系统规模。由于它的逻辑、控制功能是通过软件完成的，因此允许设计人员在没有硬件的情况下进行“软设计”工作，从而缩短了整个设计、生产、调试周期。工厂在1#、2#气轮机的大修改造中对气轮机的保护使用了PLC。

2、系统方案设计指导思想

(1) 高性 系统采用西门子S7系列PLC为，硬件集成度和系统性高。

(2) 电源冗余化

直流电源 24V DC电源采用双套高频开关型直流电源，其过流等保护功能齐全，允许输入电压波动范围大，输出稳定性好;各单元单供电，进一步提高供电性，一旦工作电源出现故障，另一路电源立即无间断自动投入运行，不会对系统正常工作产生影响。

交流电源 系统允许输入两路交流电源，一路来自厂用UPS电源，一路来自厂用电(保安段)。

(3) 冗余化设计 系统采用冗余化设计，用户可以在不改系统任何配线的情况下增加功能:采用双PLC配置，实现自动切换。

(4) 系统的基本功能 开关量输入/输出、内部中间继电器、锁存继电器、计时/计数器、移位寄存器、四则运算、比较运算、二进制与十进制转换、跳转和强制I/O等。

(5) 应用灵活 其标准的积木式结构，以及模块化的软件设计，使得系统安装和现场接线简便，并可按积木方式扩充和删减其系统规模。由于它的逻辑、控制功能是通过软件完成的，因此允许设计人员在没有硬件的情况下进行“软设计”工作，从而缩短了整个设计、生产、调试周期。

(6) 外围支持设备完善 具有完善的外围支持设备，如编程器、计算机和打印机等。

(7) 操作方便，维修容易 系统采用电气操作人员习惯的梯形图编程，使用户能够方便的读懂程序，操作人员经过短期培训就可以通过操作面板实现对系统的全部操作。

(8) 缓冲隔离 系统各种设备的I/O接口均采用光电隔离技术进行缓冲隔离。

(9) 高开放性 系统可扩展上位机进行事故追忆，逻辑图、模拟图、棒图、趋势图及相关控制参数的显示，键盘、鼠标、触摸屏操作等。

3、系统结构

附图 控制系统网络结构图

系统采用管理层—控制层—设备层的递阶控制网络结构，如附图所示。设置有:

(1) 管理层:工程师站
(2) 控制层:汽机控制站
(3) 设备层:汽机仪表检测设备及执行机构。

管理层是基于bbbbbbs环境下开发的开放式、模块化、可扩展的系统，选用控制主机/服务器，提供管理软、硬件平台，通过接收来自控制层的信息，汇集和检测汽机的各种实时数据，并对它们进行相应计算，实现控制策略，发布命令下达到控制层对现场设备进行控制。

控制层主控设备采用西门子S7系列PLC，实现回路控制，通过I/O模块立完成包括保护、监测、控制和事故纪录等多项功能，在系统内按要求整理“情报”，实现系统的“上传下达”。

管理层、控制层以及设备层之间除通讯外，各自立，无电气上的连接，实现的各种功能立。因此，即使系统中的某一部分出现故障，也不会影响系统其它部分的工作，从而使整个系统具有高性，真正实现分层分布式优化控制。

4、系统功能

以往的继电器连锁方式无法提供形象的信息给操作人员，只能在出现故障后把相关的连锁点都检查一遍，处理时间长，影响生产进程，对隐含故障点无法判断。现采用PLC控制则避免了上述问题，还可同时增加打印功能，完善系统，为经后的系统扩展做好充分的准备。具体功能如下所述:

(1) 控制保护功能

a. 当汽轮机转10%时，同时操作面板提示汽机速，并提醒操作人员进行检查速原因;当汽轮机转12%时，操作面板再次提示汽机速，并提示操作人员通知技术人员进行检修维护，技术人员可根据实际情况确定是否停机或速运行;当转15%时，汽轮机自行逐步减速，同时提示减速原因，1小时后汽轮机停机，同时操作面板上显示汽机速停机，打印机打印出停机原因:汽机速停机。

b. 当汽轮机轴向位移大于Ⅰ值(临界值)时，报警并提醒操作人员与同技术人员进行检查速原因;当汽轮机轴向位移大于Ⅱ值(隐患发生临界值)时，1小时后停机。同时操作面板上显示原因，打印机打出停机原因:轴向位移大停机。

c. 当润滑油压Ⅰ值时，报警并提醒操作人员与同技术人员进行检查速原因;当润滑油压Ⅱ值时，启动交流油泵;当润滑油压Ⅲ值(危险临界值)时，停机。同时操作面板显示停机原因，打印机打印停机原因:润滑油压低停机。当润滑油压Ⅵ值(设备损坏临界值)时，停盘车。

d. 当轴承油温Ⅰ值时，报警并启动油温冷却系统;当轴承油温Ⅱ值时，1小时后停机;同时操作面板显示停机原因，打印机打印停机原因:轴承回油温度高停机。

e. 当轴承轴瓦温度Ⅰ值时，报警并启动油温冷却系统;当轴承轴瓦温度Ⅱ值时警报连续提示，停机;同时操作面板显示停机原因，打印机打印停机原因:轴承轴瓦温度高停机。

f. 当电气送来发电机故障信号时，停机;同时操作面板显示停机原因，打印机打印停机原因:发电机故障停机。

g. 当主汽温度Ⅰ值时，报警;当主汽温度Ⅱ值时停机，同时操作面板显示停机原因，打印机打印停机原因:主汽温度低停机。

(2) 记忆功能 在自动主汽门跳闸后，由操作面板显示出导致动作原因，以便于进行事故分析。

(3) 保护投退功能 在操作盘上设置保护投退开关，以便运行人员和检修人员试验和维修，防止在试验或维修过程中，以及汽轮机启动过程中，由于某个条件不满足而引起的系统误动作。

(4) 打印功能 系统能够实时打印保护投退开关的投退时间及内容、所有保护动作的时间和内容。

5、结束语

1#、2#汽轮机大修投产后，通过集中监控系统对汽机运行参数的实时监控，使其生产。实时快速、准确报警，捕捉事故前兆，减少直至重大事故，同时也减轻工人的劳动强度。

1) 系统控制范围
原材料入库、输送—水泥粉磨(I、II 线) —水泥出库及包装系统。
· 原料储存及输送工艺流程：
石膏破碎及输送→矿渣入库→石灰石入库→熟料输送入库→原料入磨头仓收尘器→原料入磨头仓→熟料入磨头
仓→石膏入磨头仓→石灰石入磨头仓→矿渣入磨头仓
· 水泥磨机工艺流程：
磨稀油站→水泥入库→水泥磨→水泥磨控制→磨辊压机→物料入水泥磨/ 辊压机→粉煤灰入水泥磨
· 水泥出库及包装工艺流程：
库收尘→水泥库斜槽风机控制→水泥入库
2) 自动控制回路
· 粉磨1 中及粉磨1 尾。
· 水泥小仓仓重控制系统。
· 粉磨1 尾负压控制系统。
· 粉煤灰小仓固体流量计控制系统。
3) 顺控停机时间
为确保设备和空负荷启动，需对设备停机时间进行规划。
· 原料调配及输送。
· 水泥粉磨。
· 石灰石及辅助原料入配料库。
· 水泥储存及输送。
4) 水泥粉磨控制系统介绍及配置
系统软件为西门子WINCC 5.0，控制系统选用德国西门子公司SIMATIC S7-400 控制器及ET200M I/O
进行信号的采集与处理。具体配置如下：
· 辅助原料及水泥粉磨二线部分
配置一台SIMATIC S7-400 控制器，带12 个ET200M远程站对水泥粉磨二线及原料配料部分所有模拟量和数
字量进行控制。其中，水泥粉磨二线一台辊压机系统通过PROFIBUS-DP 与SIMATIC S7-400 控制站进行数据
通讯。配置一台WinCC 操作站，作为对原料配料及水泥粉磨部分的组态编程及操作。
· 水泥粉磨及水泥库部分配置一台SIMATIC S7-400 控制站，带8 个ET200M 远程站对水泥粉磨及水泥储存( 库)部分所有模拟量和数字量进行控制。其中，水泥粉磨一台辊压机系统通过PROFIBUSDP
与SIMATIC S7-400 控制站进行数据通讯。与二线水泥粉磨部分共用一台WinCC 操作站，作为对水泥粉磨及水泥储存( 库) 部分的组态编程及操作。
· 水泥库底及包、散装部分配置一台SIMATIC S7-400 控制站，带18 个ET200M 远程站，对水泥库底及包、散装部分所有模拟量及数字量进行控制。包装部分采用触摸屏TP27 方式操作。控制系统可实现动态流程图、趋势图、报警显示、报表记录及工艺动态操作控制等。
· 系统的供电电源采用UPS 电源，可防止来自电网上的高压、欠压、浪涌、尖峰脉冲干扰、停电干扰甚至雷电袭击。
控制系统的抗干扰措施
张家港海螺的自控系统有许多弱电设备，各种控制电缆和信号电缆数量非常多，系统易受到各种干扰。若不
采取措施，其干扰，会严重影响系统的正常运行因此，本自控系统采用了如下几方面的抗干扰措施：
· 系统现场控制站的所有数字量输入/ 输出模块、模拟量输入/ 输出模块模块均采用光电隔离，将现场各种信号与系统背板总线隔离。
· 系统现场控制站的所有数字量输出信号均采用继电器隔离，实现每个数字量输出通道之间的隔离，了数字量输出信号之间的相互干扰。
· 系统现场控制站的所有模拟量输入/ 输出信号均采用模拟量隔离器，实现每个模拟量通道之间的隔离，了模拟量信号之间的相互干扰。
· 系统现场控制站的所有模拟量输入/ 输出信号电缆均采用屏蔽电缆，其屏蔽层在控制柜侧一点接地，了空间干扰。
· 系统现场控制站的控制电缆、信号电缆与系统动力电缆应分开布线，保持一定的间距。特别是，大功率变频器的动力电缆能产生较强的空间高频干扰，应使用金属管穿线，并将金属管良好接地。
结束语
张家港海螺自2002 年4 月建成投产至今，系统运行情况良好，能够、准确地完成控制操作，实时监测和记录水泥生产过程的运行状况，并且能对现场出现的各种突发事件及时做出响应，了良好的效果。
应用体会
随着SIEMENS PLC 技术的不断革新和提高，用户将是直接的受益者。从技术发展上讲，目前PLC 也不断受到其他基于计算机技术的控制系统越来越多的挑战，受到PLC技术本身软件方面急待新与发展的挑战，受到一种全新的工业控制结构蜒不但控制分散化、而且网络也分散化的挑战，受到开放型模块化体系结构控制系统(OMAC) 的挑战。于是PLC 必然将会向完善其软件和硬件两个方向发展