西门子模块6ES7231-7PC22-0XA0型号大全

西门子模块6ES7231-7PC22-0XA0型号大全

1  引言
    自来水净化厂是城市自来水供水的重要环节，对整个水源进行净化过程的全自动监控是一个较大的自动控制工程，包括对原水加混凝剂反应、沉淀池沉淀、v型滤池过滤、加等工艺过程进行实时控制。
    v型滤池由于其出水水质好、滤速高、运行周期长、反冲洗效果好、节能和清晰的工艺流程等特点，已在我国较多的净水厂得到应用。本文所针对的对象是合肥供水集团某水厂10组v型滤池反冲洗过程中的控制流程和系统的多层网络结构，着重解决反冲洗控制过程的流程算法。
    目前很多行业自动控制系统的系统框架是dcs模式下某底层结点的集中采集和传统电流传递模式，这种模式电缆敷设的工作量很大，并且由于测控单元出现故障而导致的一个节点的整体数据紊乱，进而增加整个系统的控制风险。本文在传统dcs模式下，引入上层互联网、厂内局域网、操作站与现场测控单元的485网络和现场测控设备的现场总线模式。同时对底层对象在此细化，对v型滤池进行网络构建。采用10套微型plc对10个v型滤池进行控制，增设1套小型plc作为反冲洗公共控制单元对10格v型滤池的反冲洗进行流程管理。
v型滤池的反冲洗过程的流程控制较为复杂，所有的i/o设备都参与了控制过程。根据实际工艺过程和性能要求，各微型plc的运行流程都具有规律性，所有的设备运行都按照v型滤池的实时运行参数和工艺设置的流程而作出相应的控制操作。

2  系统的网络及plc控制单元设计
    城市供水是现代化城市建设的主要基础设施之一，水质的优劣又投射出现代化建设的质量；自来水源的稳定供给同时要求生产设备的高度性。将控制系统中的硬件设备在此“分散”化显得有必要，使设备故障而产生的风险再次减小。根据i/o设备点的分布，构成了包含互联网、局域网、485网和现场总线的多层网络框架设计；而针对v型滤池等各个子站，选取10套微型plc分别作为单组滤池的控制单元，选取1套小型plc作为公共控制单元，通过适当的通讯适配器，将上述控制单元组网。底层多plc模式的控制系统网络结构图如附图所示。

附图  v型滤池控制系统网络结构图

    单组滤池的控制单元根据可控设备和工艺要求，选用具有两块式组合设计方式的rockwell公司的micrologix1500系列控制器，构成24点i/o控制器单元，再配置16点di模块、4点ai和2点ao混合模块，完成v型滤池运行参数的采集和对执行机构进行控制。
    公共控制单元采用了rockwell公司的slc500系列控制器，包括小型框架式可编程逻辑控制器、能接入整个厂区光纤环网的以太网通讯接口、3块8点ai模块、2块4点ao模快、3块16点di模块和2块16点do模块，完成公共控制单元设备运行参数的采集和对反冲洗公共设备进行控制。
    micrologix1500系列控制器和slc500系列控制器之间可以有多种组网方式，对于10组v型滤池的信号连接提供了及其便利的模式，同时两类控制器还可以支持ethernet/ip的以太网网络、现场总线devicenet网络以及dh-485网络等，非常适合本工程的需求，鉴于本系统的基建范围在一个不大的区域，选取dh-485网络作为性价比较高的方案。
    dh-485网络一般设计用于传递车间级各种设备之间的信息，该网络可以监控过程参数、设计参数、设备状态和应用程序，以支持数据采集、数据监控、程序上载/下载和监测控制。在dh-485网络中，使用的接口转换模块将所有的控制单元连接起来。

  系统控制流程算法设计
    反冲洗流程是v型滤池工艺运行的重要组成部分，控制流程算法设计的合理和科学，直接影响到v型滤池的良好运行状态，进一步将直接影响到v型滤池的运行效率及使用寿命。因此根据工艺要求和实际运行工况，反冲洗流程按照工艺以顺序控制为主干，设计了九个步骤，包括了每一个阀门的开启和关闭、等待和到位、阀门和设备的连锁和保护、配套设备的运行状态监视等，结合水质和过滤效果，调节气冲时间、气水冲时间和累积时间。表1为反冲洗流程部分设备动作真值表。
    由plc完成反冲洗流程，其内容主要是给出一个反冲洗步进变量，该变量为数字量，通过反冲洗进行的阶段特征以及公共控制单元发出的指令来控制步进信号在需要的时候输出一个上升沿，以驱动顺序输出指令按照顺序输出文件设定的位来控制相应的阀门动作，直至反冲洗过程结束。
    在滤池进行反冲洗时，每组滤池都需要和公共控制单元进行数据交换以保反冲洗过程中单组滤池的执行机构与反冲洗公共设备之间的协调运行，在dh-485网络环境中，rslogix500提供了通讯(msg)指令用于数据交换。以4#滤池为例，在反冲洗流程中与公共控制单元建立了2张数据映射表，如表2、表3所示。

    公共控制单元反冲洗流程设计的是依据单组滤池控制单元与公共控制单元建立的2张数据映射表，单组滤池反冲洗及时地通过网络将自身反冲洗阶段完成信号向公共控制单元传递，公共控制单元则根据这些信号向单组滤池发出反冲洗阶段指令并控制反冲洗公共设备配合单组滤池的反冲洗流程。

4  运行分析及结论
    v型滤池是净水厂工艺流程的重要环节，其反冲洗控制是一个相对较复杂并且非常连续的过程，除了软件的编制以外，各硬件设备如阀门、电机等以及网络通讯状况都直接影响到反冲洗控制的稳定性与连续性。
    v型滤池的反冲洗控制系统在合肥供水集团某水厂10组v型滤池反冲洗过程中已经运行了半年，即从去年下半年开始到现在，反冲洗次数已经达到183次，控制失效3次。3次失效主要起源硬件故障，主要是10组滤池中有2组中的一个阀门到位开关信号线头接触不良而导致无此信号，系统报错停止反冲洗。因此系统在强化硬件性后，进一步加强对硬件系统的维护工作。
    反冲洗控制流程算法在后续的进一步设计中，将考虑结合各类时间的调节数据累积量作为硬件是否出现故障的辅助判据。

5  结束语
    本文结合v型滤池反冲洗工艺流程，提出了多plc组网的方式，将具体的控制过程分散到各网络节点上去，降低了系统的控制风险，提高了控制系统的管理功能；采用工艺顺序控制流程算法解决了v型滤池在反冲洗过程中的复杂性，简化了软件处理流程，保证了v型滤池反冲洗控制的稳定性。文中所探讨的系统对供水行业水处理工艺流程的自动控制有参考意义。

1  引言
    福建池潭水电厂装设2台50mw的混流式水轮发电机组，两台机组均于1980年投产发电。发电机变压器采用单元接线方式，电厂开关站有110kv和220kv两个电压等级，共三回送出线，其中110kv两回出线，220kv一回出线。近区电压等级为10.5kv，母线接线为两段暗备用方式，三回出线。厂用电电压等级为400v，母线接线方式也为两段暗备用。
    池潭水电厂1987年起该厂就和南京自动化研究院进行合作开发，1988年12月台现地lcu装置在＃2机组运行，整个系统于1991年通过当时福建省电力局验收后投入运行，1992年9月通过鉴定，其监控系统模式曾于1993年在成都召开的全国水电厂自动化情报网会上被为中型水电厂改造的典型模式推广应用。其后在1998年、2004年分别对监控系统进行改造，同时对基础自动化部分也进行了改造。2004年改造后的上位机系统采用南瑞自控公司的ssj-3000全分布开发式计算机监控系统，现地lcu装置采用该厂自制的nt-600 lcu装置[1] 。

2  原现地单元存在问题
    在电站自动化应用中，系统管理的数据源由大量的基础设备提供，包括传感器、二次仪表、plc、励磁设备、调速器设备等，而这些设备大部分均提供了rs-232和rs-422/485通讯接口。为实现各控制系统之间数据有效及时地交换，通常采用前置机方案，即一台工控机+串行通信卡+通信软件，电厂原监控系统在2004年改造前采用的就是这种方式。这种方案结构复杂、造，其软件要么用户无法改，灵活性差，要么需要自己开发，工作量及难度大，如果操作系统为bbbbbbs平台，性也令人担忧。且由于工控机安装在发电机旁水机控制屏上，环境温度较高，加上长期不间断工作，常发生“死机”现象，造成数据采样中断、控制命令无法下发等；同时由于计算机硬件技术新很快，原有工控机的部分配件已无法买到，只能成套升级换，维护费用高；为确保系统的运行稳定和降低维护成本，就寻找前置工控机的取代设备。为此，在此次监控系统改造中采用闽台泓格公司生产的、性能稳定的i-7527模块，对机组现地单元前置工控机进行替换，并选用带以太网口的plc模块进行直接上网，解决了这些难题[2]。

3  系统设计
3.1 7527控制器简介
    i-7527智能控制模块是闽台泓格公司生产的一种采用amd 80188 cpu，具有    ram/rom/rs232/485接口高度集成化的嵌入式微控制器，是专为处理器的嵌入式应用度身定制的硬件平台。该产品特性为：
    (1) adm 80188-40嵌入式cpu；
    (2) 支持tcp/ip协议，包括tcp，udp，ip，icmp，arp，rarp；
    (3) 可重复下载和新应用软件；
    (4) 内置64位硬件序列号；
    (5) 串口驱动支持中断并有1 k队列输入缓冲区；
    (6) 同时支持battery back-up sram boards 以及 flash-rom boards，提供从128kbytes到64m的稳定的集中存储；
    (7) 串口：7个rs232口，1个rs485口；
    (8) 内置rtc，nvram，eepr-om(7)嵌入式minios7微操作系统[3]。
3.2 网络拓扑结构
    改造后的池潭水电厂计算机监控系统结构图如附图所示，它采用符合开放系统标准的开放式环境下全分布式分层结构，分为电站主控级和现地控制单元级，采用总线式拓扑结构，双光纤冗余快速以太网，网络协议为通用的tcp/ip。其中i-7527负责现场与励磁、调速、交流采样、局放、辅机、直流系统等的通讯，并将采样的数据传送给现地plc，然后由plc送给上位机系统数据库，从而完成对现场数据的实时采样，其中i-7527的com1口作编程调试，不另做它用。

附图  池潭水电厂计算机监控系统结构图

4  i-7527应用软件设计
4.1 编程环境
    由于i-7527配有minios7嵌入式操作系统，它与ms-dos以及rom-dos兼容，与rom-dos相比，minios7适合于嵌入式应用，如短的加电启动时间，内置硬件诊断功能等，因此服务器可编程立运行。同时，它具有特的双设计，即软件和硬件组成，万一控制器死机，所有的输出模块就进入预设的状态，符合工业控制的要求。rs-485通讯网路如因故障或断线，主控计算机和模块间无法互锁或无法通讯时，也会启动软件。软件的设计非常巧妙，使用方便，可大幅增加系统性[2]。
    i-7527提供了丰富而方便的库函数，其中包括关键的、相关的数据发送和接受函数、时钟中断函数等等。同时还提供了丰富的例程，因而使得开发的软件逻辑简捷，开发其。对于泓格的1-7727系列模块，其工作参数和模块地址是可调的，可在系统组装前进行设置，也可以自己编制软件实现对其地址参数的设定。由于i-7527内有dos环境，可采用tc或bc来编写其程序，本应用中采用tc来编写。
4.2 应用软件编程
    应用软件部分主要为l-7527与plc、励磁、调速器、局放、交流采样等设备之间的数据采集通讯部分。编程时利用i-7527提供的开发工具，采用tc2.0语言在pc机上编写，程序调用了i-7527相应的库函数，根据有关协议进行数据采集。主要包括初始化模块、定时采集模块、数据通讯模块、数据处理模块、防飞跑及防误模块等。
4.3 提高软件的抗干扰措施 
    尽管i-7527硬件经过了精心设计，从多层印制板到高的元器件选择；从输入电源的大范围适应，到硬件等多种手段，能起到很强的抗干扰作用。但是，在工业现场，环境条件是比较复杂的。在实践中我们发现，要保证系统的运行，还是不够的，还需要从软件设计上进行同步考虑。
    (1) 软件的模块化设计和事件驱动方式在用c语言编程时，采用模块化设计；对不同的监控对象，每个模块以事件驱动，不同对象的程序段、数据区毫不关联，这样做可能程序代码量会有所增加，但当系统出现干扰造成程序跑飞且也被冲掉时，以事件驱动的程序段相互之间不会产生影响。
    (2) 软件重要参量的多重拷贝。软件重要的是各监测点的当前参量状态值，当程序跑飞后，有可能将内存中操作变量修改，造成系统监控失误。为此将重要参量采取多处存放，甚至采用不同介质存放(如在ram 和flash-rom中)。在进行限、故障告警等异常监测时，不仅对采样读入的参数进行数字滤波，而且对程序内的数据变量也进行类似的滤波。即不只对一处变量值进行判断，而是采用3中取2去除干扰的方法，通过提高数据参量的性，进一步提高软件的性。
    (3) 软件的可重入设计。当软件具有较好的可重人性时，程序的非法调用、执行对实时数据所产生的破坏作用都能较好地限制在一定范围内，使其影响减小。因此，在设计中，注重传递参数、变量的立性，强化了重要程序模块、函数的可重入设计[4]。

5  结束语
    本文充分应用泓格i-7527控制器软硬方面的功能特性，通过近几年在池潭水电厂现场的实践证明，在电厂以及工业现场，采用i-7527控制器，不仅节省了费用，而且满足恶劣环境等要求，同时可提高的性和稳定性。这是一种经济、适用、、自动化水平较为的应用模式，具有较为广泛的应用，为整个电站实现“无人值班”(少人值守)提供了[5]，同时可为泓格等其它智能产品的应用提供借鉴作用。

1  引言
    在钢铁工业连铸工艺环节，拉坯速度是整个连铸过程关键的工艺参数，拉速的准确、、稳定控制是确保铸坯质量和生产效率的关键，也是连铸生产过程控制领域中的技术。由于在板坯连铸机上有多台变频器需要进行控制，传统的plc模拟量输出控制，加大了成本和维护工作量，随着现场总线控制网络技术的逐渐成熟，总线控制在冶金行业越来越多成功的应用。
    针对基于profibus dp总线的变频器控制方式在很多资料上进行过详细说明，现以通俗简单的方式进行讲述。济钢三炼钢厂引进vai(奥钢联)的板坯连铸机中，为了实现对多达20台拉矫电机的控制，采用了基于profibus dp现场总线控制网络，通过plc进行交流变频器控制，从而实现铸机拉速控制。虽然基于profibus dp现场总线控制网络在企业中应用非常广泛，但对设备维护者或初学者来说，其控制原理和程序编写显得尤为重要，了解和掌握其通讯方式和原理对自身业务和问题处理等综合技能将是一个质的提高。

2  plc与变频器的通讯概要
    为了对拉矫电机进行控制，plc中的控制器要随时从变频器中读取每台电机的实际力矩、频率。济钢三炼钢厂引进vai(奥钢联)的板坯连铸机中，plc采用了siemens的s7-400系列的plc，变频器采用siemens书本型变频器(masterdrivers  vc)， 它们之间采用profibus dp总线进行通讯。
    profibus是符合欧洲标准 en 50170的一种现场总线标准，它主要采用osi通讯协议层中的1-2层。主站与主站之间 profibus是根据令牌传递过程工作的，即在一个逻辑环中，主站成为一个确定时间窗口的令牌保持着，在这个时间窗口内，拥有令牌的主站能够与其他主站通讯。同时它使用一个较低的主-从过程，实现与从站通讯。这里采用了profibus-dp总线方式，允许在plc和传动装置(例如，变频器)之间进行快速的数据交换。对传动装置的存取总是按照主从方式进行的，传动装置总是从站，且每个从站本身都有明确的地址。profibus周期性传输的报文结构如下所示：

    各符号的意义如下：
    对于传动装置可用数据区被划分成2个数据区，它们以各自的报文进行数据传送。
    过程数据区(pzd)：控制字和设定值；或状态字和实际值。
    参数区(pkw)：用于读写参数，读出故障信息等。
    根据自动化网络中传动装置的任务不同，用于profibus-dp主站到变频器通讯类型的ppo被分为5种。在这套系统中采用了ppo2型通讯报文，它的报文结构如下所示： 
    各符号的意义如下：

    pkw: 参数标识符值 
    pzd:过程数据
    pke: 参数标识符 
    ind:索引           
    pwe:参数值
    stw: 控制字 
    zsw:状态字        
    hsw:主设定值 
    hiw:主实际值

3  profibus dp总线变频控制系统构成
    连铸机控制系统包括多个plc控制子系统组成，如：铸流plc、公共plc、仪表plc、后部plc等，其中铸流plc实现拉矫、扇形段设备控制等。plc采用s7-400dp，变频器采用西门子6es7系列，plc和变频器之间通过profibus dp现场总线进行数据通信。
3.1 profibus dp总线
    profibus是目前上通用的现场总线标准，它以其特的技术特点、严格的认证规范、开放的标准、众多厂商支持和不断发展的行规，已被纳入现场总线的标准ie61158和欧洲标准en50170， 并于2006年成为中国gb/t 20540-2006 profibus规范。
    在种类繁多的现场总线中，profi -bus_dp以高速通信的优势，用于设备级控制系统与分散式i/o的通信，满足了生产过程现场级数据可存取性的重要要求，使用profibu-s_dp可取24v dc或4-20ma信号传输的通信需求。另一方面又具有单元级领域的所有网络通信功能。特别在现场“分散i/o”领域，大量的、各种各样的、可连接的现场设备如：变频器、op、c7等都可连接使用，如图1所示。现场profibus_dp应用中采用rs-485双绞线作为传输介质，波特率为1.5mbit/s。

图1  profibus_dp总线连接的现场设备

3.2 plc硬件组态
    以s7-400 plc  cpu414-3dp作为profibus-dp主站，6se7系列vvvf作为从站为例，配置硬件如图2所示。

图2  plc硬件配置

    硬件的组态过程不再说明，组态时profibus地址为2，传输率为1.5mbit/s, 行规为“dp”,在profibus属性operating mode中，将其设为“dp master”， 配置vvvf时设定其地址为“10”，所选为pp01包括2个字的pzd分别为pzd1输出控制起停、正反转等，pzd2输出主设定到vvvf，pzd1输入当前的电流值，pzd2输入当前的输出功率。
3.3 inverter参数设置
    拉矫电机在连铸生产过程中可在不同状态下工作，如启动、停止，按设定频率运行的正向、反向转动，正向、反向点动。plc通过profibus dp来控制变频器，每台变频器本身也需要通过操作面板分别设定如下参数：
    (1) p053：w#16#ff(使能cbp2参数化)；
    (2) p918：10(从站地址与硬件组态时保持一致，总线上定义的每个变频器的地址是的，本文中范围是10-29，正确设置使它与profibus主站上配置的从站地址保持一致)；
    (3) p695：10ms(报文监控时间)；
    (4) p554：3100(控制字pzd1，启动/停止)； 
    (5) p443：3002(控制字pzd2，设定主频率)；
    (6) p734， i001：0022(vvvf输出电流)；
    (7) p734， i002：0023(vvvf输出功率)。
    将inverter参数p918的地址一定设为10， 与plc硬件配置的地址统一，此时vvvf通讯指示灯闪烁，表示plc与vvvf之间的通讯已经建立起来。硬件配好后，将pc、vvvf、plc用profibus dp通讯线连好，将硬件配置下载到plc中。

4  plc通讯程序编写
4.1 对pzd(参数区)的读写
    (1) pzd1输出：输出命令到vvvf，控制起停、正反转、点动等，控制字十位置“1”；pzd2输出：输出主设置值到vvvf；pzd1输入：vvvf当前的电流。
    (2) pzd2输入：实际的功率。
    (3) 在程序中调用通讯功能块sfc14和sfc15，完成对从站vvvf数据的读和写。其中：①sfc14(“d -prd_dat”)用于读profibus从站(v -vvf)的数据；②sfc15(“dpwr_da -t”)用于将数据写入profibus从站(vvvf)。
    简单直接的方法就是调用sfc1-4、sfc15两个系统块，sfc14用于读vvvf的数据，sfc15用于写入vvvf数据，laddr配置pzd的起始地址为w#16#108(264), 如变频器1的起始地址为w#16#108 ret-val表示程序运行状态正确是否，以不同的代码表示，record定义的pzd数据区相对应的数据地址表示p#m0.0byte 4是从变频器读上来的数据放到mw0-mw2中，    p#m10.0byte 4表示plc mw10/mw12的到vvvf中。
    本文仅举例设定值和控制字从内部变量中传送，要对变频器其他不同的参数进行设置，只要改变record地址里的控制字即可。
4.2 pzd(过程数据)读写程序
    1＃变频器读控制字
     call sfc 14  
     laddr :=w#16#108
     ret_val:=mw100
     record :=p#m0.0 byte 4
     nop 0
    1＃变频器写控制字
     call sfc 15
     laddr :=w#16#108
     record :=p#10.0 byte 4
     ret_val:=mw200
     nop 0
    参照以上编程格式和方法可以写出对变频器的读写程序，实现对变频器的控制，以上程序控制的编写方式适用于任何西门子变频器的程序控制。

5  结束语
    profibus dp现场总线作为连接plc和变频器的通信网络，实现了连铸机的拉速控制。在冶金行业得到越来越广泛的应用。通过以上举例，以profibus dp为基础的plc与vvvf之间的通讯，在企业中得到广泛的应用，不但节约大量设备成本和维护工作量，还可以实现hmi实时在线监控各参数的功能，及时设备运行的状况，因此，掌握和能够运用其之间的通讯控制功能尤为重要。