西门子6ES7216-2BD23-0XB8型号大全

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系统主要由操作人员在控制室控制，控制室设有1个服务器，2个客户机及UPS等。控制室利用WinCC进行上位机系统组态生成上位机监控系统，对PLC采集到的数据进行数据处理。它承担了数据管理、全厂数据采集、报警、故障、趋势图、数据记录和报表等工作,并实时显示设备的运行状态、运行时间,故障报警处理,报表输出等,实现全厂所有设备的监控。 

其主要完成功能如下: 

(1)控制操作：在控制室能对全系统被控设备进行在线控制,如启停某一设备,手动或自动执行顺序控制,PLC控制方式的切换及对现场PLC参数设定值修改。 

(2)显示功能：利用图形实时地显示各PLC站被控设备的运行工况;动态显示各种模拟信号、开关信号、各类累计量信号等数值,通过按钮、开关、信号灯、颜色、百分比、等手段生动地表达出来。 

(3)数据管理：能建立运行时间、报警、故障、趋势图、系统参数等信息库。 

(4)数据处理：对PLC上传的数字量与模拟量进行处理并按要求在上位机系统进行显示。 

(5)报警功能：对污水厂所有控制设备的状态量进行监测,过允许范围,即在报中列出,并显示所处位置和报警级别。 

(6)故障功能：对污水厂所有控制设备单元进行监测,如果出现故障即在故障表中列出,并显示设备名及所处位置。 

(7)报表功能：生成运行时间报表、进水/出水流量报表、在线COD报表等。 

3．PLC控制站 

根据工艺要求,PLC上电自检无误后,根据上位机监控系统的信号来控制全厂设备的启停、正反转等动作。PLC完成污水处理厂全部设备,如进水泵、粗格栅、细格栅等的数据采集,简单运算处理后上传给上位机监控系统。当电路发生断路、短路或过载等情况时,PLC采集的数据就会过设定的阀值,PLC将控制设备停止,同时给上位机监控系统发送报警信号。全部传感器均采用在线仪表,变送器将采样数据转换成4-20m标准电流信号,直接传入SM331、332(模拟量输入、输出模块),经模/数变换成0-27648的数字量。开关量的输入输出传入SM321、322(数字量输入、输出模块)。其中数字量输入（321-1BL00）、输出模块（322-1BL00），模拟量输入（331-7KF02）、输出模块（332-5HF00），接口模块（153-1AA03）均都采用国产的UniMAT系列模块，模块使用稳定，测量准确，达到了系统的要求。 

4．数据通讯 

本系统通过工业以太网将控制室和PLC控制站连接成一个网络，实现了下位机PLC与上位机WinCC之间的数据通讯。污泥脱水间采用立的1套S7-200的PLC系统。本系统与污泥脱水间的S7-200的EM277相连，将EM277挂到本系统的DP子网上进行通信，从而控制污泥脱水间的设备启停。加药间的泵的启停是通过MODBUS转DP模块连接到系统DP网络下，从而在控制室进行控制的。 

五．使用效果分析 

本PLC系统采用西门子CPU和亿维UniMAT的远程I/O站配合组成集中—分布式的网络结构控制系统，既保证了控制系统的性能稳定，又大大节约了硬件投资和相关的施工费用。建成后投运至今，运行一直稳定，控制精度满足设计要求，既节省了成本，又降低了能耗，提高了效益，实现了预期的目标，达到了环保的要求。

    1 引言

    计算机技术、信息技术、多媒体技术和智能控制技术等在电力系统自动化领域得到了广泛应用。变电站综合自动化系统是利用计算机控制、网络、数据库、现代通信等技术将变电站所有二次设备（包括控制、信号、测量、保护、自动装置及远动装置等），经过功能组合和优化设计，对变电站执行自动监视、测量、控制和协调来提高变电站运行效率和管理水平的一种综合性的自动化系统。它取代了常规监视仪表、操作控制屏柜、模拟屏柜、信息系统、变送器及常规远动装置等设备，提高了变电站的与经济运行水平。变电站综合自动化系统取代或新传统的变电站二次系统已成为目前电力系统的主要发展趋势之一。本文分析了目前变电站综合自动化系统几种典型的结构和技术特点，在此基础上采用面向对象的分层分布式结构设计，提出了一种新型四层变电站综合自动化的系统结构。

    变电站综合自动化系统体系结构按设计思想分可分为集中式、分布式和分散(层)分布式；按安装物理位置分则可分成集中组屏、分层组屏和分散在一次设备间隔安装等形式。

    2 变电站综合自动化系统典型结构和技术特点

    2.1集中式结构

    集中式的变电站综合自动化系统结构按信息类型划分功能。采用这类结构的系统其功能模块与硬件无关，各功能模块的连接通过模块化软件实现，信息是集中、处理和运算的。受计算机硬件水平的限制，该结构在早期自动化系统中应用较多，图1是一种较典型的集中式结构[1]。此类结构对监控主机的性能要求较高，且系统处理能力有限，开发手段少，系统在开放性、扩展性和可维护性等方面较差，抗干扰能力不强。

    2.2分布式结构

    分布式结构则按功能设计，如按保护和监控等功能划分单元，分布实施。其结构采用主从CPU协同工作方式，各功能模块如智能电子设备（InbbbligenbbbectronicDevice，IED）之间采用网络技术或串行方式实现数据通信。分布式结构有助于系统扩展和维护，性好，局部故障不影响系统其它模块正常运行。安装方式有集中组屏和分层组屏两种方式，较适合于中低压变电站。

    2.3分散(层)分布式结构

    分散(层)分布式结构采用“面向对象”设计。所谓面向对象，就是面向电气一次回路设备或电气间隔设备，间隔层中数据、采集、控制单元(I/O单元)和保护单元就地分散安装在开关柜上或其他一次设备附近，相互间通过通信网络相连，与监控主机通信。目前，此种系统结构在自动化系统中较为流行，主要原因是：①现在的IED设备大多是按面向对象设计的，如专门的线路保护单元、主变保护单元、小电流接地??趋势，但具体在保护安装接线中仍是面向对象的；②利用了现场总线的技术优势，省去了大量二次接线，控制设备之间仅通过双绞线或光纤连接，设计规范，设备布置整齐，调整扩建也很简单，，运行维护方便；③系统装置及网络鲁棒性强，不依赖于通信网和主机，主机或1台IED设备损坏并不影响其它设备的正常工作，运行性。

    系统结构的特点是功能分散，管理集中。分散（层）分布有两层含义：其一，对于中低压电压等级，无论是I/O单元还是保护单元皆可安装在相应间隔的开关盘柜上，形成地理上的分散分布，如文献[2]所示的系统；其二，对于110kV及以上的电压等级，即使无法把间隔单元装在相应的开关柜上，也应集中组屏，在屏柜上明确区分相应间隔对应的单元，在物理结构上相对立，以方便各间隔单元相应的操作和维护，如文献[3]所讨论的

    上述3类变电站综合自动化系统结构的共同缺点是：由于电力通信规约的不兼容，不同接口需要进行通信规约转换，因而在通用性、开放性等方面的性能较弱，使用场合受到较大限制。

    3 新型变电站综合自动化系统结构

    3.1系统结构模型

    计算机、通信及网络数据库技术的发展使变电站信息综合管理成为可能。将计算机局域网（LAN）技术引入变电站综合自动化管理系统，已成为现在的一研究热点。文献[4]提出了一种在500kV变电站引入信息管理的方案，它将变电站各IED设备通过网关设备直接接入以太网，站内各监控机、服务器、工作站接入同一网络。但这种方案价格昂贵，技术复杂，协调困难，对不同接口需要进行通信协议转换，维护工作量较大。就如何引入LAN进行信息管理和处理电力通信规约转换这两个焦点问题，作为一种新模式的尝试，参照IEC提出的3层标准结构，可将原有的过程层(processlevel)、间隔层(baylevel)、站级层(stationlevel)细化为过程层(processlevel)、二次设备控制层(secondarydevicecontrollevel)、通信管理层(managementlevel)和信息管理层(inbbbbationmanagementlevel)4层。结合面向对象的分层分布式结构设计，提出了一种新型的变电站自动化系统体系4层结构，是解决通信管理层中的电力通信规约转换问题和信息管理层中的变电站信息综合管理问题。其系统功能主要体现在：

    ①实现底层二次设备的控制智能化和数字化；

    ②实现变电站常规远动功能；③实现变电站的信息集中管理和监控。

    3.2系统分层及其功能

    系统共分4层，即信息管理层、通信管理层、二次设备控制层和生产过程层。生产过程层由变电站一次设备组成，是系统的底层；二次设备控制层则由各智能设备（IED）组成，实现对各自对象（母线、馈线、主变压器、电容器等）的控制和保护功能；通信管理层由连接IED的现场总线和作为通用网关的主/备前置机系统组成，是系统的通信枢纽，负责站内数据采集、连接站级计算机、连接远动系统等；信息管理层是系统的层，主要由站级计算机组成，包括服务器、工作站等，形成站内计算机局域网，运行变电站SA/EMS(SupervisoryControlandDataAcquisi-tion/EnergyManagementSystem)系统，实现数据库管理、站级控制、人机接口等功能；面向变电站所有设备的历史数据、参数数据在主/备服??实时数据库，可采用双以太网冗余结构构建。

    3.3系统原理

    如图4所示，二次设备控制层中的IED与生产过程中的一次设备接口，按相应的规约直接实现信息的与控制调节，进行存储、转发，IED可通过光纤或现场总线与通信管理层连接，实现信息的收集与分配，不同类型的IED在二次设备控制层中不能直接进行信息交换，而是经不同的现场总线通过前置机这个网关来进行信息交换。通信管理层中的前置机系统可同时接入多种电力通信规约的总线设备（可通过多串口卡实现），并且向上挂接在信息管理层网络上，是局域网中的重要节点，起着收集站内生产信息上传和下发管理层控制信息的作用。变电站二次设备的各种数据测量、事件记录、故障录波与控制等所有功能全部在二次设备控制中实现，不依赖于站级计算机。在前置机系统中还可接入定位系统（bbbbbbbbbbbbbbingSystem，GPS）对时信号和串行Modem，以实现远动功能。在此情况下，前置机系统相当于一远方终端单元（RemoteTerminateUnit，RTU）的功能。信息管理层中的SA系统通过参数数据的定义建立各节点的实时数据库并从前置机处获得实时数据，另由专门的线程分析实时数据库中的数据后再写入历史数据库，各工作站节点的历史数据查询则通过C/S模式从主/备服务器获龋如果需要远程浏览，则可设置Web服务器，利用Modem与公用电话网拨号登录站内局域网，通过Web浏览器进行浏览和查询。此外，可在站内设置远程网桥，远程工作站通过该远程网桥本地局域网（LAN）信息等[5]。在信息管理层中，基于所构建的网络，也可在其中置入变电站综合多媒体管理信息系统，通过网关和标准数据接口与SA系统交换生产信息[6]。

    综上所述，4层结构模式的提出，解决了在变电站综合自动化系统实施中的两大瓶颈问题，即不同协议的IED的并网和开放式的变电站综息管理。基于这种4层结构模式，可以灵活配置各种自动化系统，满足不同类型变电站的需要。如对不同的信息管理层的网络操作系统，可选择NT网、Novell网、UNIX网，甚至IBM的OS/2系统[7]也可通过网关设备实现站内多网并存。如对信息管理层中的现场总线，可选择485/422口的MODBUS/RTU、CAN、LONWORKS、BITBUS、PROFIBUS等。此外，二次设备控制层可选用基于单片机的保护设备，也可选择通用的可编程序逻辑控制器（ProgrammableLogicController，PLC）设备。

    4 结束语

    将变电站综合自动化系统标准化成4层结构，实际采用的是一种分层的功能模块化设计思想，硬、软件可做到模块化、通用化。其设计思想结构简明清晰、分工明确、网络信息交换合理，根据不同类型变电站的一次接线，能实现不同的系统配置，是一种以智能设备和信息管理为的变电站二次回路整体优化设计方法。它要求整个系统各设备遵循IEEE、ISO和IEC等有关标准。二次设备控制层接入一个全开放式的总线网络，能使硬件的增减、换方便，加强了各节点的自治性和立性；信息管理层中通过服务器、工程师工作站等计算机组成LAN，便于与其它网络系统互联。因此，整个系统的性较高，可维护性和开放性较好。

分散（分布）控制系统的简称。它是由过程控制级和过程监控级组成的,以通迅网络为纽带的多级计算机系统，综合了计算机技术、通迅技术、显示和控制等技术，其设计思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活以及组态方便。

    DCS系统自1975年问世以来经过三十多年的时间，发达国家普及率已经相当高。而中国的DCS市场目前正处于上升和发展时期，的DCS制造商都将目光转向中国市场，展开激烈的竞争。

    一、国产DCS发展状况和市场分析

    我国DCS发展较晚，大约在20世纪80年代末才开始技术引进和并逐渐普及。

    发展初期，由于制造工艺落后，冗余等技术并未掌握，系统在应用中不稳定，实时性不够，硬件、软件性能与进口系统存在较大差距。

    多年来，我国DCS系统市场的基本格局是国产DCS系统在中、小工程市场与DCS系统竞争，而重大工程项目市场被国外DCS系统。近几年，在中小工程项目市场上，国产DCS系统以高的性能价格比和良好的服务逐渐占有优势。

    随着国内DCS制造商不断对国外技术吸收，不断对系统软、硬件进行改进，同时计算机、通讯以及控制技术的快速发展，近几年，国内DCS系统发展逐步成熟和完善。已得到普遍应用，水平接近或达到同类产品。

    国产DCS应用推广过程：从中、小型工程逐步向大型工程，从主应用领域石化、化工、电力、冶金等行业逐步向**、食品、建材、环保、交通等全工业范围拓展。在进行市场拓展和进入大型工程项目市场，需要解决以下问题。

    1、用户信任度

    随着工程项目的大型化，控制系统的作用越来越重要。对控制系统稳定性和性要求越来越高。事实上，国产DCS系统与国外系统目前差距不是在技术上，主要是生产管理和质量管理。和国外大公司相比，我们在这方面的经验还是不够的。只要去认真对待每一个应用，同样能使国产DCS系统在用户心目中逐步获得认可。

    2、设计细节和应用方案

    国产DCS系统进入大型工程项目市场后，价格的竞争因素将相对弱化。在各种系统的综合技术水平相差不大的情况下，用户将会通过系统的细节设计对系统作出评价。从用户的角度来看，DCS供应商提供不仅仅是个产品，应该是一个完整解决方案。因此用户在评价DCS系统时，不但要评价系统的硬件和软件，而且非常重要的是还要评价系统的应用是否符合用户的需要。

    3、新技术的应用和开发

    国产DCS系统在综合技术水平上已经和国外系统相当，但对新技术应用和开发上一定要保持与国外系统同步，如：现场总线技术和无线通信技术等。

    二、科远DCS系统发展历程及DCS系统特点：

    1993年~1996年，是科远DCS起步和原始积累阶段。科远公司在研发、生产及销售自动化仪表基础上，根据热工自动化技术发展趋势，自主开发了NT2000分散控制系统，完成了DCS系统初步开发积累。

    1997年~2002年，是科远DCS系统的稳定发展阶段，在与行业广大客户及相关的不断的沟通中，科远清醒地意识到DCS将来会取代常规仪表。因此，加强了DCS升级、开发步伐，鉴于当时国内生产制造工艺相对落后，同时限于计算机技术、通讯技术水平以及控制技术，硬件质量在一定程度上与进口DCS存在不小的差距，1997年年底与英国欧陆公司结成战略合作伙伴关系，由他们来作为科远的硬件供应商，提供DPU和I/O模件硬件，结合科远的火电厂自动化控制软件,于1997年开发成功了NETWORK-6000分散控制系统。该系统通过了国家电力公司电力规划设计总院组的科技成果技术评审。

    2003年~至今，是科远DCS快速发展阶段。为了提升科远自动化在热工自动化领域的市场地位，在的NT2000分散控制系统的基础上，为了市场，采用了部分进口部件，为公司的快速发展打下了坚实的产品基础，了较高的市场份额。随着公司技术实力的增强和响应国家关于重大技术装备国产化的要求，科远于2007年完成了NT2000的升级，初步形成了具有知识产权的NT6000分散控制系统，并得到了江苏省重大科技成果产业化专项资金资助。目前NT6000分散控制系统已经在在干熄焦（CDQ）发电、水泥窑纯低温余热发电、高炉煤气发电、循环流化床控制系统、秸杆焚烧发电、垃圾焚烧发电、化工、冶金、造纸、玻璃等工矿企业的生产过程自动化控制领域等行业了许多成功业绩。同时，专门针对冶金、煤矿等行业自动化的产品或解决方案的研发也重大进展，并将逐步投放市场。

    科远NT6000分散控制系统特点：

    NT6000分散控制系统采用高起点的设计标准，大量采用的成熟技术，系统的设计是基于开放式的思路，DPU采用低功耗POWERPC、模块化的I/O和功能强大的操作站，为分布式控制系统提供了完整的解决方案。同时科远将复杂发电过程方面的研究成果应用于NT6000的控制算法设计，解决多变量、非线性、时变性、滞后性等复杂对象的控制难题，特别是能够实现"节能"和"减排"目标的针对性优化控制。NT6000还提供了现场总线、虚拟DCS、信息化集成技术的解决方案。NT6000的应用将有效提升国内流程工业的自动化和信息化水平，为"节能减排"事业提供控制技术的保。

    系统特点

    ◆分布式的功能设计――将系统重要的功能和应用分散到各个立的站点，确保某一处故障时，不会影响系统的正常运行，真正做到危险分散。

    ◆简化硬件和软件设计――系统采用当前流行的工业级硬件、软件、网络和通讯接口。以取代传统DCS封闭式结构和性结构。

    ◆冗余设计获得大的性――控制器、I/O、网络、电源均冗余设计。

    ◆完善的系统诊断――系统I/O、网络、控制器、电源等均具有指示、诊断。

    ◆组态方式简单、易学――系统提供符合IEC-1131-3标准组态方式。◆系统基于开放式设计――系统扩展灵活，提供一个灵活的平台。

    ◆DPU具有多任务分配功能，根据数据处理要求和控制功能要求对DPU处理周期进行不同任务分配，合理利用DPU资源。同时具有自动对时功能，与系统主时钟保持时间同步。

    ◆提供了在线组态功能，能够实时修改控制组态，而不影响相关控制器其它控制逻辑的正常运行。

    ◆组态软件能够把控制策略以标准SAMA图形式进行导出和打印。

    ◆提供ModbusRTU，ModbusTCP，ProfibusDP，HART等各种现场总线通讯接口，能够将支持现场总线的变送器、执行机构、电气保护装置等设备直接用通讯接入DCS，而中间转换环节。

    ◆提供调节系统整定参数优化算法。

    ◆针对火电厂的控制需求，开发了专门的现场总线控制模件，如电气保护模件、电动机/电动门/调节门控制模件、电接点水位测量模件等，这些模件都具有标准的现场总线接口，符合现场总线的硬件标准，能够布置工业现场并与控制系统无缝连接。现场总线解决方案大大提高了控制系统的集约化程度，降低了系统投资，并为数字化电厂的实施奠定了基础。

    三、DCS发展趋势：

    DCS系统基本体系结构本身所涉及的技术已经非常成熟，随着用户对DCS应用和开发越来越熟悉，价格越来越透明，利润空间越来越薄。

    受信息技术（网络通信技术、计算机硬件技术、嵌入式系统技术、现场总线技术、各种组态软件技术、数据库技术等）发展的影响，以及用户对的控制功能与管理功能需求的增加，各DCS厂商必将提升DCS系统的技术水平，并不断地丰富其内容，对DCS应用进一步拓展。

    1、数据优化和信息管理

    对DCS采集的现场实时数据，利用的数据库技术、通讯技术，结合用户的工艺实际作进一步的深度加工，为用户提供大的增值作用。一种是提供针对某些工艺流程的优化软件，使用户提高生产效率和经济效益；另一种是功能增加，包括：设备维护功能，加细致地分析设备的热应力，机械故障状态，通过监测设备的运行状态来判断设备是否需要维护，减少意外停车，提高设备的利用率；还有一种就是与用户的管理结合起来，参与用户的全厂信息系统。例如提供SIS（实时信息监控系统）、信息管理系统（MIS），帮助用户提高管理水平。

    2、现场总线技术应用

    结合当前现场总线技术的发展和具有现场总线通讯功能的现场仪表不断涌现的趋势，DCS供应商开发出针对各种现场总线通讯协议的现场接口。DCS与现场仪表之间不是仅仅测量数据的传输，而且还要传输大量表达仪表状态、参数、管理等方面的信息，甚至要把简单的控制功能也"下放"到现场仪表中去。

    3、DCS进入时代

    DCS在上世纪80年代甚至90年是技术含量高、应用相对复杂、价格也相当昂贵的工业控制系统。随着应用的普及和国产DCS系统的完善和应用进一步扩大，DCS已经不在神秘，变成大家熟悉的、价格合理的常规控制产品。

    4、DCS应用加开放

    现如今网络技术、数据库技术、软件技术、现场总线技术的发展为开放系统提供了可能。各DCS厂家竞争的加剧，促进了细化分工与合作，各厂家放弃了原来自己立开发的工作模式，变成集成与合作的开发模式，所以系统自动实现开放性。

    5、行业解决方案务化

    随着开放系统和平台技术的发展，产品的选择加灵活，软件组态功能越来越灵活、强大，对于每一个特定的应用都需要一个完整的解决方案，所以化的应用知识和工程经验是今后工业自动化厂商或系统集成商成功的关键。各DCS厂家在努力宣传DCS技术优势的同时，是努力宣传自己的行业方案设计与实施能力，为不同的用户提供加化的解决方案并实施化的服务