西门子模块6ES7322-1BL00-0AA0参数方式

西门子模块6ES7322-1BL00-0AA0参数方式

如果把金字塔结构与NBS模型或ISO模型比较一下，就会发现，PLC及其网络发展到现在，已经能够实现NBS模型/ISO模型要求的大部分功能，至少可以实现4级以下的功能。

PLC要提供金字塔功能或者说要实现NBC/ISO模型要求的功能，采用单层子网显然是不行的。因为不同层次实现的功能不同，所承担的任务的性质不同，导致他们对通信的要求也就不一样。在上层所传送的主要是些生产管理信息，通信报文长，每次传输的信息量大，要求的通信的范围也比较广，但对通信实时性的要求却不高。而在底层传送的主要是过程数据及控制命令，报文不长，每次通信量不大，通信距离也比较近，但对实时性及性的要求比较高。中间层对通信的要求正好居于两者之间。

由于各层对通信的要求相差甚远，如果采用单级子网，只配置一种通信协议，势必顾此失彼，无法满足所有各层通信的要求。只有采用多级通信子网，构成复合型拓扑结构，在不同级别的子网中配置不同的通信协议，才能满足各层对通信的不同要求。

PLC网络的分级与生产金字塔的分层不是一一对应的关系，相邻几层的功能，若对通信要求相近，则可合并，有一级子网去实现。采用多级复合结构不仅使通信具有适应性，而且具有良好的可扩展性，用户可以根据投资情况及生产的发展，从单台PLC到网络，从底层向高层逐步扩展。下面具几个有代表性公司的PLC网络。

一、A-B公司的PLC网络

A-B公司是大的PLC制造商，占据全美市场份额45%。图1表示了A-B公司的PLC网络，采用的是3级总线复合型拓扑结构。底一级为远程I/O系统，负责收集现场信息，驱动执行器，在远程I/O系统中配置周期I/O通信机制。中间一级为高速数据通道DH+（或DH，DHⅡ），负责过程监控，在高速数据通道中配置令牌总线通信协议。一级可选用Ethernet（以太网）或者MAP网，这一级负责生产管理。在Ethernet网中配置以太网协议，在MAP网中配置MAP规约。

图1 A-B公司的PLC网络

二、SIEMENS公司的PLC网络

西门子公司是欧洲大的PLC制造商，在大中型PLC市场上，西门子与A-B公司的产品齐全。图2表示了西门子公司的S7系列PLC网络，采用3级总线复合型结构，底一级为远程I/O链路，负责与现场设备通信，在远程I/O链路中配置周期I/O 通信机制。中间一级为Profibus现场总线或主从式多点链路。前者是一种新型现场总线，可承担现场、控制、监控三级的通信，采用令牌方式与主从轮询相结合的存取控制方式；后者是一种主从式总线,采用主从轮询使通信。一层为工业以太网，负责传送生产管理信息。在工业以太网通信协议的下层中配置以802.3为的以太网协议，在上层向用户提供TF接口，实现AP协议与MMS协议。

图2 SIEMENS公司的S7系列PLC网络

三、MODICON公司的PLC网络

20世纪90年代初德国奔驰集团属下的AEG公司全资收购了MODICON公司，现在称之为AEG-MODICON。MODICON的PLC产品在美国市场上所占份额居二位。图3表示了AEG-MODICON的PLC网络，采用了3级总线复合型的拓扑结构。其一级为Ethernet或MAP网，分别配置Ethernet（DECent）协议及MAP规约，负责传输生产管理信息。下一级为远程I/O链路，采用周期I/O方式通信，负责PLC与现场设备的通信。中间一级为Modbus+或者Modbus网，配置Modbus协议，采用主从方式通信。

图3 AEG-MODICON公司的PLC网络

四、松下电工公司的PLC网络

日本松下电工公司推出的FP系列PLC是世界PLC市场上的一匹黑马，大有后来居上之势.图4表示了松下电工公司的PLC网络,这是一种4级子网的复合型网络，即可采用总线/总线/总线/总线4级复合，也可采用总线/总线/环/总线4级复合。

松下电工的PLC网络一级为以太网，配置以太网协议，可与商用以太网互联，负责传输生产管理信息。下一级为远程I/O链路，采用周期I/O通信方式与现场设备交换信息。中间两级负责过程监控，无论环形还是总线型，其应用层均采用MEWTOCOL协议。

图4 松下电工公司的PLC网络

五、GE-FANUC公司的PLC网络

近美国的通用电气公司（GE）与日本的数控FANUC公司合并成立了GE-FANUC公司，其PLC产品在美国市场所占份额居三位。GE-FANUC的PLC网络产品是在标准化方面进展快的产品，图5表示了GE-FANUC的PLC网络。

图5 GE-FANUC公司的PLC网络

由图5可见，GE-FANUC的公司PLC网络有两种结构。一种是右侧的4级总线复合型拓扑结构，一种是左侧的2级总线复合型拓扑结构。

GE-FANUC的公司PLC网络一级子网为GEnet MAP宽带局域网，采用全MAP3。0协议，通信速度高达10Mb/s，用于传输生产管理信息。

Genius网是GE 2级结构的底层子网，他相当于系统90-70可编程控制器的远程I/O链路，负责与现场单元交换数据，采用GE-FANUC协议。

GE 4级复合结构的3级子网为GEnet MMS Ethernet网或者GEnet MAP载带网，前者采用Ethernet协议，后者采用MAP3.0协议。2级为CCM网，采用GE的CCM协议及RTU协议，按主从方式通信，1级子网为SNP望，这是一条多点链路，采用SNP协议，按主从方式工作。

从上述五家有代表性的公司的PLC网络结构分析中可以清楚地看到，PLC网络采用复合型拓扑结构，大多数由3级总线或4级总线复合而成

 一 系统概述

随着经济高速发展，城市化步伐速度也日益加快，城市生活垃圾和工业垃圾处理问题正变得日益。每年全国城市垃圾清运量达数亿吨，在各大城市中，垃圾包围城市的现象非常普遍。垃圾已对大气环境及地表和地下水及江河、湖泊等造成了严重污染，生态环境正在遭到严重破坏。因此，结合城市具体情况，对垃圾的处理技术和处理系统及其控制策略等相关问题进行探讨，找出处理效果好、经济上可行的处理方案已成为目前城市垃圾处理问题研究的热点之一。

焚烧处理垃圾的主要优点是垃圾减量大，无害化比较。如焚烧垃圾发电是现有垃圾处理方法中占地较小，效果较好的方法。另外，建立垃圾焚烧发电厂，可解决垃圾渗沥液引起的污染地下水问题，垃圾焚烧后的废渣进入制砖厂，既减少了对环境的污染，还可产生一定的经济效益。城市生活垃圾、工业垃圾、淤泥和废橡胶轮胎等垃圾焚烧处理技术，利用垃圾焚烧的余热发电，变废为宝，将是今后环保技术的一个重要发展方向。

垃圾焚烧工作原理：垃圾经自动给料单元送入焚烧炉的干燥床干燥，然后送入炉排，炉排在脉冲空气动力装置的推动下抛动垃圾，垃圾与炉排片上的均匀气孔喷出的助燃空气混合燃烧，燃烧产生的热量进入余热锅炉，将锅炉给水加热到压力约4Mpa，温度400℃左右的蒸汽，再推动汽机发电机组发电。由主燃烧室挥发和裂解出来的烟气进入二、三级燃烧室，进行进一步燃烧，使烟气的温度高达1000℃，烟气在此稍作停留，使有毒烟气分解，后经烟气处理设备和除尘设备处理合格后排入大气。

垃圾焚烧发电厂主要技术参数：

焚化炉锅炉2台，垃圾处理量350t/天，蒸汽量 35t/h，过热汽压4.0Mpa，过热汽温400℃，炉膛温度980℃，给水温度145℃ 。

汽轮机发电机组一套，主蒸汽压力3.9Mpa，主蒸汽温度390℃，发电功率12MW。

二 系统要求

1． 提供完善的垃圾焚烧、余热发电DCS控制系统；

2． 控制系统采用全冗余配置，保证系统、、；

3． 监控功能友好易用，汉化操作界面；

4． 提供方便易学的功能组态，和功能块和图库，方便系统功能扩展或修改。

三 系统配置与功能实现

该控制系统采用西门子的过程控制系统PCS7和Profibus-DP现场总线技术，控制系统不仅要承担起全厂的生产过程控制，还要根据垃圾成分的变化快速调整控制程序，以保证焚烧工艺的性，使其不再产生二次污染。Profibus-DP总线的通讯速率可达12Mbps，S7-414H双机热备系统和ET200M分布式I/O组成的Profibus-DP总线网构成切换结构，实现故障时的无扰自动切换。上位机采用WinCC V6.0组态软件进行系统组态。该厂的垃圾焚烧工艺引进加拿大RICHWAY公司技术，采用四级脉冲炉排，各项指标均达到环保要求。

控制系统提供的主要回路控制功能有：炉膛压力控制、干燥炉排温度控制、再循环烟气温度控制、锅炉汽包水位控制、过热蒸汽温度控制、热井水位控制、除氧器水位控制。

1．操作员站(OS站)和工程师站(ES站)

DCS系统配置4套立的操作员站（OS站），其中两台焚烧炉配两个OS站，汽机和辅机控制配两个OS站。每套OS均采用成熟、的DELL商用计算机。

OS站为操作员提供图形、列表、操作、历史数据再现等，可在打印机上输出。运行bbbbbbs 2000多任务网络操作系统下的PCS7 OS站应用软件。所有OS站均为值班配置，图像、操作、数据一致，实现机、炉、电的运行操作。

系统配置1套工程师站（ES站），采用成熟、的DELL商用电脑。

ES站主要完成实时数据库、控制块、图形、趋势、报表等系统数据的生成和下装，完成对系统的详细自诊断和系统数据的列表和后备。运行bbbbbbs 2000多任务网络操作系统下的PCS7 ES站应用软件。

可由人员通过工程师站对系统进行组态、维护。工程师在授权的情况下，可以在现场对系统进行在线或离线修改。同时，所有运行情况和控制逻辑均可在工程师站上查看，增加了用户对系统掌握的程度，以及系统软件、硬件的透明度。当不需组态时，可运行与操作员站相同的软件。

整个系统配置2台网络打印机，用于记录打印和CRT图象拷贝。打印机选用DELL网络打印机。

2．冗余的CPU414H控制单元

本自控系统现场控制站的控制器采用冗余设计，它由2套AS-400型控制器组成。它们预装有冗余软件，并通过一个通讯接口实现相互连接。在系统正常的运行中，当某个控制器出现故障时，另一个控制器能自动接管所有的工作，保证了系统继续正常运行。因此系统现场控制站的AS-400控制器具有很好的冗余性能。

AS 的处理器采用S7-400 系列工业控制器中S-414 以上的CPU，专为过程控制应用设计，CPU 芯片的底层程序采用类PASCAL语言编写，为CFC,SFC等过程控制语言提供平台。控制器中预装有冗余软件，用户在组态时可忽略其冗余特性，象对非冗余系统组态一样只需输入用户程序。

3．远程I/O站

每个分布式I/O站的有源背板总线上插有2个IM153-2通讯接口模块 ，分别通过2条立的PROFIBUS-DP现场总线与AS-400控制站进行实时通信。在系统运行过程中，当其中某一个IM153-2通讯接口模块发生故障时， 系统能自动地切换到另一个IM153-2通讯接口模块，并可带电热插拔换故障的通讯接口模块，不会影响系统正常运行。

4．冗余的通讯网络

CP443-1作为标准的工业以太网连接装置，在物理层上采用高防护等级的通讯线缆，工业以太网的卡件上带有CPU可以立处理通讯信号。高速工业以太网是在工业以太网的通讯协议的基础上，将通讯速率提高到了100M/s。SIMATIC NET 中的高速以太网采用了全双工并行(FDX)通讯模式，这种模式允许站点同时发送和接收数据，通讯速率可提高一倍。SIMATIC NET 在高速以太网上还采用了交换技术，利用交换机模块将整个网段分成若干子网，每个子网都可以立地形成一个数据通讯网段，可以大大地提高通讯效率。普通以太网上由于网段上数据通讯阻塞的存在，使得网络上实际通讯技术只有40%，采用了全双工并行通讯技术和交换技术后，使得网络的通讯能力得以充分地利用。

5．主要监控功能描述：

(1) 工艺流程显示：依据系统工艺控制过程以流程图形式表现工艺流程图；

(2) 顺序控制操作指导：在PCS7中提供SFC顺序功能图，以图形方式监控顺序控制过程； 

(3) 系统控制和设定功能：控制系统提供丰富的回路控制监控库，可以对回路控制和参数设定进行集中显示、集中监控； 

(4) 趋势显示：以实时趋势和历史趋势方式显示重要过程参数的变化趋势；

(5) 报警记录与显示

(6) 报表管理：提供日报、月报打印功能，可提供定时打印、事件驱动打印、召唤打印等；

(7) 用户级别管理：为了保证系统的操作，系统提供多级用户权限管理，不同权限的用户对应不同的操作范围。

四 使用效果分析

该DCS系统经长期运行明，各项技术指标均达到水平，主要表现如下：

(1) 燃烧：垃圾在炉排上与空气混合均匀燃烧充分，垃圾燃尽率高；

(2) 处理垃圾范围广泛 ：由于设计了根据不同垃圾类型而调整的控制策略，垃圾处理范围大大提高，能够处理工业垃圾、生活垃圾、废弃橡胶轮胎等；

(3) 运行维护 ：由于自动控制水平高，运行人员少，定检和不定期检修，降低了维护费用；

(4) 性高 ：经过长期运行表明，控制系统故障率非常低，系统可用率可达99.9%以上，满足设计要求

 在石油加工工业中，大型旋转机组是装置设备的重要组成部分，如催化裂化装置的主风机、气压机组、烟气轮机及汽轮机组等。这些机组功率大，运行条件苛刻，控制系统复杂，是化工生产中的关键设备。因此，对这些设备在突发事故中的保护是至关重要的。现在各大石油化工企业普遍采用的是ESD紧急停车系统，系统结构复杂，成本高（上百万元）。针对上述情况，沈阳石蜡化工有限公司80x104 t/a 重油催化裂化气压机组的联锁-自保系统采用了PLC 进行系统构建，其在随后的生产过程中表现稳定，动作，多次在事故状态下对机组及生产装置实行了自我保护，杜绝了恶性事故的扩大和蔓延，了显著的效果。 

    2 工艺设备及主要联锁参数

    在催化裂化装置中，从沉降器出来的油气经分馏塔分馏后得到粗汽油、柴油和富气，富气从分馏塔出来经气压机压缩后送到稳定塔，与粗汽油在稳定塔内充分互溶，得到稳定汽油。在这部分流程中，气压机是关键的设备，它的运行是否平稳直接影响着整个流程。如果气压机受到损坏，会对单位的经济效益产生大的影响。因此，对气压机组的保护是至关重要的。该厂80x104 t/a重油催化裂化气压机组采用的是电机-气压机-汽轮机三机组，在装置开工时采用汽轮机启动机组，达到额定转速（6000转）后开启电动机，采用双动力三机组的形式，主要是为了增加机组运行的性。机组的主要联锁参数包括气压机轴位移标停车、汽轮机轴位移标停车、润滑油压力低停车、密封油压力低停车、汽轮机入口蒸汽流量低停车、汽轮机背压低停车、机组转速标停车、手动紧急停车、供电跳闸停车等，这些量都是开关量输入，其中任意一项或多项出现，都要求PLC能切断汽轮机入口蒸汽速关阀和电机电源，同时关闭气压机入口阀，打开放阀，以保证气压机及装置的。

    3 方案的确定

    自保-联锁系统是指将影响装置和设备的重要参数，如温度、压力、流量、温度等引入ESD（紧急停车系统）系统，由ESD监测，并以显著的声光形式进行报警，达到联锁条件时自动实行联锁保护，设备和装置的，并打印出故障原因及时间，以利于事故分析。随着微电子技术的发展，PLC产品在功能和性能指标上都得到了大地丰富和完善，并以受到用户的欢迎。因此，从满足工艺生产需求出发，考虑到性、性、经济性、可扩展性等因素，采用了OMRON公司生产的CPM2AH ?0CDR-A型PLC，并选用了OMRON公司的CX-Programmer软件。

    4 系统构成

    4.1 硬件构成（如图1所示）

    其中CPM2AH自带I/O接口，可以接36点输入，24点输出，输出形式是继电器，并且通过RS232C串口与PC机1通讯。PC机1位于气压机控制室内，使用的是bbbbbbs2000操作系统，通过CX-Programmer软件与PLC通讯，实现组态、监控及事故记录功能。由于我厂采用分散控制、集中管理，因此要求在主控室也可以直接看到气压机的自保联锁状态。因此，利用微软的bbbbbbs2000的终端服务功能，在主控室设置了PC机2，将气压机控制室内的PC机1作为终端服务端，主控室内的PC机2作为终端客户端，两台PC机因为距离较远，采取光纤以太网连接，在主控室内的PC机2上，可通过终端服务功能运行位于气压机控制室内PC机1上的CX-Programmer软件，对PLC进行监控及各种操作。输入、输出定义见下表：

    4.2 软件设计

    根据工艺要求，自保联锁的逻辑图如下：

    其中，润滑油压力及密封油压力低停车采取三取二逻辑，汽轮机入口蒸汽流量及汽轮机背压采取二取二逻辑，以减少由于现场仪表失灵造成的自保误动情况。为满足不同的工况需要，特别设置了手动紧急停车按钮，放在操作台的隐蔽位置，供工艺人员使用。每一项自保条件动作，PC机都会按时间顺序记录下来，供事后分析。PLC系统的软件设计是依据上述逻辑关系，以梯形图方式编写后写入PLC中。在PC机中，可实现在线组态、监控，对输入、输出点可以强制状态，以满足调试、维护需要。

    5 结语

    本系统投入生产后，运行良好，性高，而且程序简洁，维护方便，保证了装置的长周期运行，为工厂了可观的经济效益，将在今后的生产实践中，逐步考虑采用双PLC或三PLC冗余的方案，以达到高的性。