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产品描述
西门子6ES7321-1FH00-0AA0型号含义
一方面德天奥科技公司的 V80 小型PLC有 48K 步的程序空间和 48K 的变量空间，使大程序的运行成为可能，另一方面 V80 的智能扩展模块本身带有 CPU 芯片，大的分担了 CPU模块的工作，使系统的运行加快捷和稳定。
上图的是 CPU 模块 M40DT-DC，它带有两个通信口，一个 RS232 口可以在线编程，或者接 DTO 触摸屏，另一个 RS485 口可以用于与变频器或者其它仪表的通信。
二个模块是 E8AD2，是电压输入模块，采集电子尺送过来的电压信号，用于液压和伺服的定位闭环控制。
后面带有 E5THM 是热电偶模块，但该模块不但带 5 路热电偶信号，同时还带 5 路 PWM信号输出，重要的是 E5THM 模块内本身带有 CPU 芯片，并内带 PID 算法，也就是说 E5THM模块本身就是一个 5 路的温控仪表，CPU 模块在上电设置好参数后，E5THM 模块就可以自行控制固态继电器的通断，从而控制温度的稳定。
后面的 E4DA2 输出的电压信号经变送器变为±10V 的信号供伺服控制用，用户也可以选用本体 CPU 模块上带的 50K 高速脉冲输出来驱动伺服电机，这样在精度上可以。 该方案的特点于下：
1、功能强，精度高
带温控功能的热电偶模块：
不光V80的CPU模块带有PID算法，同时扩展的E5THM模块也带有PID算法，同时E5THM带有 5 路热电偶输入和 5 路晶体管输出，可以在一个模块内完成所有的温度控制工作。从而保证温控的精度和响应速度高，可以轻松满足±1℃的要求。
另外 E5THM模块支持 B、E、J、K、R、S、T7 种热电偶信号，满足各种不同设备的要求。 功能强大的 CPU 模块：
M40DT 模块是 24 路数字量输入和 16路晶体管输出的 CPU 模块，本身带有两个通信口，一个 RS232 和一个 RS485，内部带 MODBUS 主从通信协议和 FREE 通信协议，可以与各种 HMI或者各种组态软件通信，目前德天奥科技为各吹塑成型机厂商提供的通信协议库文件也使各厂商自行开发上位机软件提供了相当多的便利。
M40DT 内带FLASH 存储器，可以将各种参数存储在本地，同时还带有掉电保持的 RAM 芯片可以保证使用的性和便利。
M40DT 高速的运算速度和完备的数学运算能力使其在需要大通信和模拟量处理的环境从容应对。
2、性高，抗干扰能力强
整个系统的宽温和宽电源供电设计使其可以在任何恶劣的环境中游刃有余，另外 V80系列产品都通过了 CE 认证，也为用户产品的出口打下了良好的基础。
3、
一方面因为热电偶模块的整合，使整个系统的点数需求减至少，另一方面德天奥科技作为国内厂商，在人力成本和成本方面有进口产品的优势，所以该方案相对于使用其它 PLC 或者工控机加板卡的方案，。
0 引言
水电站溢洪门监控系统采用计算机监控的模式，实现闸门监控系统与电站计算机监控系统、水情测报系统、水务管理系统进行通信，上传电站闸门系统的详细监控信息并接受电站计算机监控系统、水情测报系统、水务管理系统对闸门的远控指令。
为保证电站运行过程的性，性，提高电站的自动化水平，控制系统采用目前广泛应用并良好效果的基于可编程逻辑控制器（PLC）的控制系统。其中PLC选用的是某公司的S7-400H及S7-300系列产品，以实现对弧形闸门以及其相关辅助设备的控制。
1 系统综述
溢洪门监控系统采用开放性的分层分布式系统结构，当系统中任何一部分设备发生故障时，系统整体以及系统内的其他设备仍能继续正常工作且功能不会额外减少。溢洪门监控系统在满足性和实用性的前提下体现性，采用成熟、、标准化的硬件、软件设备，满足响应速度快、性和可用率高、可维护性好以及、经济、灵活和便于扩充等要求。具有逐步向无人值班阶段过渡的良好基础和平台。
系统有以下特点：1）本系统高度、冗余，其本身的局部故障不影响现场设备的正常运行。2）系统为全分布、全开放系统，既便与功能和硬件的扩充，又能充分保护应用资源和投资，分布式数据库及软件模块化、结构化设计，使系统能适应功能的增加和规模的扩充，并能自诊断。3）实时性好、抗干扰能力强。4）人机接口界面友好，操作方便。5）监控系统自动或根据运行人员的命令，通过屏幕显示器实时显示电站主要系统的运行状态，有关运行水力参数，主要设备的操作流程，事故、故障报警信号及有关参数和画面。
2 系统组成
电站溢洪门监控系统设备由溢洪门主控级和现地控制设备层二部分组成。其网络结构如图1所示。
2.1闸门自动监控系统主控级
闸门主控级设备主要负责集中监视、集中控制、运行记录和指导、自诊断、培训及开发、通信等方面的功能实现。通过主控级这些功能达到集中控制溢洪门的各现地设备的目的。
主控级设备配置如下：溢洪门主控级计算机及外围设备；报置；网络设备；隔离装置；UPS电源；黑白喷墨式打印机；彩色激光打印机；监控系统所有设备之间所需的连接屏蔽电缆、光缆、适配器、光电转换器以及其他附件。主控制级上位机设备均采用。主控级计算机采用DELL工作站。网络交换机采用某INS-801以太网交换机，用于连接溢洪门LCU和主控级计算机。
主控级功能：自动监控系统能、准确有效地完成对被控对象的监控。主控级具有数据采集与处理，实时控制、参数设定、监视、记录、报表、运行参数计算、通信控制、系统诊断、软件开发和画面生成、系统扩充（包括硬件、软件）、运行管理和操作指导等功能。
2.2现地控制设备层
系统配置溢洪门LCU单元，LCU单元与溢洪门现地控制设备连接，将各现地控制柜采集的电机运行状态、故障报警、机械限位和闸门开度值等数据上送至上位机，进行监视。并下发上位机的集中控制命令，对闸门进行开启/关闭/停止控制。
溢洪门LCU单元PLC采用某S7-412H系列PLC和7.5″TFT彩色液晶触摸屏作为系统的控制器件，PLC含冗余电源、冗余 CPU，高度的系统稳定运行。溢洪门LCU单元功能有数据；自动采集各现地控制设备的实时数据。自动接收来自主控级的命令信息和数据。数据处理；控制和监视。操作人员可以通过LCU控制单元配置的触摸屏对监控对象进行控制。
2.3系统结构
闸门监控系统采用分层、分布开放式系统结构，数据库实行分布管理方式。分层控制系统具有以下的优点：1）是适合于电力系统结构的系统；2）易于保证自动化系统的性；3）可灵活地适应系统的扩大和变；4）可提高投资效率；5）能好地适应现代技术水平的发展[1]。系统结构按功能分布要求可分为两层：集中控制层和现地控制层。系统结构按主要设备配置状况可分为两级：集中控制级设备和现地控制级设备。
2.3.1系统设备层次
整个闸门计算机监控系统设备分现地控制级、集中控制级二层：现地控制级由各有关设备的现地控制柜和现地控制箱构成，完成设备的现地监控任务；集中控制级完成全厂闸门设备的实时信息处理、监视与控制任务，由主控级计算机、溢洪门LCU等构成；二个层次功能各有侧重，相互协调配合，完成电站闸门计算机监控系统的全部功能。
2.3.2网络层次
网络分电站控制网和外部通信网两层。电站控制网：主要连接现地控制层和集中控制层有关设备。与现场实时监控有关的信息主要由电站控制网传输，如LCU上行信息和控制命令等；外部通信网：主要连接外部系统；闸门监控系统采用星形以太网，集中控制级和现地控制级中的各计算机智能设备通过交换机进行相互连接实现数据通信，采用TCP／IP协议，传输介质光纤。
采用上述分层结构，使不同性质的信息分类在不同的网络通道上传输，避免相互之间的干扰，确保系统控制的实时性、性和性。对于溢洪门LCU与其它智能装置通信，则可根据具体需要和选择的设备情况，采用串行通信接口。
3系统功能
整个闸门监控系统的功能分布在不同层次的不同设备之中，各设备的协调配合，完成全厂闸门监控功能。具体功能分布情况如下：
1）主控级计算机
系统主机主要负责运行档案管理、事故故障信号的分析处理、测点定义及限值存储、各类运行报表生成和储存、历史数据库的生成、转储、系统时钟管理等。作为操作员人机接口工作站则负责监视、控制及调节命令发出、报表打印等人机界面（MMI）功能。并兼备通讯计算机的功能，用于处理闸门监控系统与电站计算机监控系统、水情测报系统、水务管理系统等其它系统进行信息交换。
2）溢洪门LCU单元
主要负责各闸门的集中运行监视、数据采集、控制和调节等任务，通过计算机网络向集中控制设备上送各种信息和数据，接受集中控制设备下发的各种控制和调节指令并执行，并能单对闸门进行集中控制。
3）溢洪门现地控制箱
现地控制箱的操作立于PLC，可直接对闸门进行操作。闸门的现地控制箱内设有“现地/远方”选择开关，在“现地”位置时可进行一对一操作，且远方命令不起作用。通过功能的合理分布，确保系统各节点的负荷率满足设计的要求，当局部设备的故障时，不影响系统其余部分功能正常运行。
4方案特点
本方案充分考虑设计的性、性和型，其主要器件均选择西门子进口产品，系统的使用寿命长将大大延长。
4.1冗余
溢洪门LCU单元选用某S7-400H系列PLC，PLC具备冗余电源、冗余CPU、冗余通讯模块，从而保证系统的性和程度[2]。
为了确保监控系统运行，监控系统主要环节采用各种有效的冗余措施，提高系统的性。主要冗余措施包括：1）溢洪门LCU单元PLC 采用某系列的S7-400H，PLC含双CPU、双电源模块、双通讯模块的冗余配置，冗余模件的工作方式为在线热备用，切换无扰动。两个CPU以热备用方式运行，确保系统的不间断运行。2）系统设备双网络（互为冗余），保网络系统的程度。3）现地控制柜配置冗余开关电源，在一块故障时另一块仍能够提供全部负载电源，提高供电性，确保系统地运行[3]。
4.2高性
系统器件、部件性能优越、通用性强；系统具备远方和现地操作、监控等功能：能对整个电站的启闭机进行单机操作、成组操作、选孔操作等；能接收电站监控系统、调度下发的开启、关闭闸门命令；能在电站监控系统、溢洪门监控系统、调度对整个溢洪门进行监视，能实是观察到各启闭机的运行状态及开度位置；系统运行参数设有出厂默认设定值，可根据现场的具体情况通过显示面板或远方通讯方式进行调整和设定；若系统出现故障，系统能发出声光报警信号，并通过现地显示面板显示和远方报警，以提示运行及维护人员；系统设有足裕量的I/O接口，用户可根据需要进行扩展，不需修改任何硬件；柜体采用全框架结构，内部结构可以根据要求随意进行组合；具械强度高、电气防护等级高、抗电磁干扰能力强。
5结束语
溢洪门自动监控系统遵循、、成熟、适用的原则进行设计，满足电站“无人值班”（少人值守）的设计要求。对于任何一个技术、功能完善、监控的自动化控制系统，本项目方案都具有广泛的参考
1、引言
随着的蓬勃发展，我国单位GDP能耗与欧美发达国家的差距越来越大，引起了的大的关注，十一五规划是将“建立全社会的可持续发展能效目标”和“向低能耗方向有效调整产业结构”作为重中之重。
目前相当多的整厂节能、路灯节能、楼宇节能采用调压节能的方式，矩形科技生产的V80节能PLC——V80-C18DRMA-LD正是为节能行业专门开发的PLC。
2、节能方案：
2.1、灯光节能器的原理如下：
电压会随用电的峰谷而波动，路灯在输入电压UMIN和大于UMAX时发光率会降低，线路损耗和灯具热耗等无功功耗会加大。引入路灯控制器，对路灯输入电压/电流进行检测，并对路灯的供给电源进行一个合理控制，从而使得能够的节省电能。
同时节能器还起到一个智能控制的功能，当天黑后能自动的把灯打开，并根据不同的策略进行路灯的分组开关。因为各个地方的经纬度不同，冬天和夏天的天黑时间也各不相同。因此要根据不同的地区设置不同的开关灯策略。
比方说黑龙江，在夏天在晚上7点左右开灯，而冬天在下午4点开灯，为了满足不同地区不同时段的不同策略，一般需要将全年分成24个以上的段，不同的时间段使用不同的开关灯策略。
一般路灯节能都希望能在远方对现场的数据进行监控，同时本地也需要各种参数的显示，便于用户的调试。目前采用的方式多是RTU或者GPRS DTU为主，其中后者相对而言在成本上低，在可用性方面也好。
2.2、整厂节能的实现方式与灯光节能原理上比较类似，只不过增加了对功率因数的补偿和监控；同时整厂节能对于节能前与节能后的能耗比也需要有计录和比较，比方说在节能前，全厂耗电为13万度/月，节能后全厂的耗电为10万度/月，同时功率因数也比之前升高了，这些都需要有相关的记录和分析，同时数据要能得到用户的认同。
2.3、变频节能，原理上是根据对电机转速的调整来达到节能的效果，如注塑机节能、空压机节能等。
针对灯光节能、整厂节能、变频节能的需求，矩形科技开发的C18DRMA-LDPLC把所有调压调速节能需要的功能都集成进来了。包括市电的电压、电流采集、调压节能器的控制、可选的多种远程通讯方式、实时时钟、本地的7段数码管显示和LCD显示可选、本地的轻触按键和PVC按键可选。同时C18DRMA-LD还保留了PLC原有的所有特性，包括强的抗干扰能力、梯形图可编程能力、各种标准的通信和IO接口、带掉电保持的RAM区等。
3、C18DRMA-LD的特点
3.1市电采集
大多数PLC的CPU模块本身带模拟量的相当少，而路灯节能需要的模拟量数量相当多，如果是中的节能控制通常需要7路模拟量，这造成了成本的上升。
C18DRMA-LD多可以采集7路模拟量信号，这样就可以满足大多数用户的需要，通常的节能控制器只需要2路模拟量信号，一路市电电压和一路电流信号，而在整厂节能和大型的路灯节能器需要采集3路电压和1路或者4路电流信号，这样C18DRMA-LD都可以轻松应付。
7模拟量输入信号的类型包括：±10V、±20mA、热电阻等
3.2功率因数计算
对于整厂节能，功率因数的测量是的，目前还没有那一家的PLC支持功率因数的换算，如果用单片机开发则会面临周期太长和精度太低的问题。
C18DRMA-LD的模拟量输入可以支持交流信号输入，同时AD转换速率高达300K，可以轻松的满足市电50HZ的功率因数计算，能同时计算三相市电的功率因数，并将数据上传供用户分析。
3.3实时时钟
大多数的节能厂商都采用立的实时时钟控制器，这造成了成本的上升和性的下降。
| 1 引言 莱钢中小型轧钢生产线于97年建成投产，主要生产圆钢、弹簧扁钢、槽钢和螺纹钢。该生产线PLC控制系统由ABB公司提供，其自动控制系统采用ABBMasterPiece200/1PLC控制系统，实现了18架轧机以及冷床、冷剪和码垛机的自动控制。基础自动化系统采用ABB公司的RMC200轧钢控制系统，它是一个开放型集散控制系统，由一套MP200/1过程站和一套AS520操作员站组成。过程站由一个CPU机架带一个I/O机架组成，CPU机架上安装了CPU模板DSPC172、内存模板*B176以及32通道的DI/DO模板，通过通讯模板DSCS140连接到MasterBus300总线上，与其它过程站进行通讯，I/O机架由总线扩展模块DSBC172实现总线扩展。 操作员站采用HP-UNIX工作站，并通过实时板连接到MasterBus300的冗余接口，通过它操作人员可直接对现场设备进行监控，主要功能有1）轧钢生产设备的启停（2）设备数据设定和实时监控（3）事件与报警清单的显示与打印等。系统的主要画面有启动画面、设定画面、维护画面、事件画面和报警画面。 2 PLC诊断轧钢生产设备故障的基本原理 轧钢设备的故障信号有数字量和模拟量之分，PLC采用不同的方法对这两种信号对应的故障进行诊断。 2.1 基于数字量信号的故障诊断 PLC对数字量信号的识别是通过其数字量输入模块完成的。PLC控制轧钢生产设备时，设备中的压力、温度、液位、行程数字及操作按钮等数字量传感器与PLC的输入端子相连，每个输入端子在PLC的数据区中分配有一个“位”，每个“位”在内存中为一个地址。读取PLC输入位的状态值可作为识别数字量故障信号的根据。诊断数字量故障的过程，实质就是将PLC正常的输入位状态值与相应的输入位的实际状态值相比较的过程。如果二者比较的结果是一致的，则表明设备处于正常工况，不一致则表明对应输入位的设备部位处于故障工况。这就是PLC诊断基于数字量信号故障的基本原理。这种诊断方法，故障定位准确，可进行实时在线诊断。通过PLC的图形功能块编程，还可将故障诊断融入过程控制，达到保护轧钢设备的目的。 2.2 基于模拟量信号的故障诊断 PLC对模拟量信号的识别是通过PLC的模拟量输入输出模块来完成的。模拟量输入输出模块采用A/D转换原理，输入端接收来自传感器或变送器的模拟信号，输出端输出的模拟信号作用于PLC的控制对象。PLC诊断模拟量故障的过程，实质就是将在相应A/D通道读到的监测信号的模拟量的实际值与系统允许的限值相比较的过程。如果比较的结果是实际值远离限值，则表明轧钢生产设备对应的受监控部位处于正常状态，如果实际值接近或达到限值，则为不正常状态。判断故障发生与否的限值根据实际系统相应的参数变化范围确定，利用PLC上的模拟量设定开关可设置该限值。 当模拟量的实际值达到模拟量设定开关的设定值，PLC还能按照一定的逻辑关系启动开关量模块上的输出位，或者从PLC的通讯口主动发起通讯，从而输出故障诊断的，并据此实现对轧钢生产设备的控制。 2.3 基于中断方式的故障诊断 PLC的中断方式有: （1）输入中断; （2）间隔定时器中断; （3）高速计数器中断。其中，输入中断特别适合于轧钢生产设备的故障诊断。它对应于工业操作站的硬中断，属于外部中断，但PLC的输入中断可用PLC的外部指令来屏蔽。将轧钢生产设备的故障信号作为PLC的输入中断源，一旦出现故障信号，CPU立即响应，停止正在执行的程序，转到中断子程序中去，即可方便地对故障进行处理。它与直接利用PLC的内部逻辑完成故障诊断的不同之处在于:采用输入中断处理故障时，可停止PLC主程序的执行过程，而直接利用PLC的输入和内部逻辑处理故障时，PLC的主程序仍处于运行状态。因此，要根据故障对轧钢生产设备的影响程度选择合适的故障诊断方式。PLC的输入中断方式对后果严重的突发故障的处理特别有用。 3 PLC在故障诊断系统中的作用 故障诊断系统是典型的人机系统，根据系统中的信息流向和功能划分的结果，基于操作站智能化的故障诊断系统。 系统的输入模块要完成轧钢生产设备故障检测信号、控制指令和知识的接收工作。处理模块要求能自动实现特征参数提取、控制指令代码转换的功能。知识的整理和表达由领域和系统协作完成。控制模块是故障诊断系统的，它根据控制指令，利用知识，完成从故障特征到故障原因的识别工作。控制模块的功能越完善，故障诊断系统的智能化程度越高。输出模块通过声光报置和人机界面，给出故障定位、预报和解释的结果。其中，人机界面还能提供排除故障的技术路线。实现信息源从输入模块到输出模块的全自动流向，减少人在其中的干预作用，是轧钢生产设备对其故障诊断系统的要求。采用PLC的故障诊断系统，有助于实现故障诊断过程的自动化。 4 利用PLC和操作站实现智能化诊断的方式 实现轧钢生产设备故障诊断的智能化，可充分利用知识，提高诊断效率，是故障诊断技术发展的一个重要方向。由于目前的PLC产品不具备自动和存储知识的功能，所采用的编程语言无法完成控制层中的计算推理功能，因此，单纯采用PLC的故障诊断系统的智能程度是相当有限的。为此，可利用网络技术和通讯技术，将PLC和操作站联接成网络，互相取长补短，共同构成故障诊断的硬件系统。PLC采用并行分布式结构，作下位机使用，操作站作为上位机，可完成PLC的程序下装，实施对多台PLC的管理，进行复杂的数据运算，建立数据库，存储知识，其输入输出设备可用作诊断过程的人机交互。PLC与操作站通过两种方式联接成一个整体:一是通过PLC的通讯口和操作站的通讯口进行联接，二是通过PLC的输入输出端子与操作站上的开关量板和A/D板进行联接。其中，PLC通过通讯口传递给上位机的故障信号多达2个或2个以上时，上位机要通过编码进行识别，而通过PLC输出端子传递给上位机的故障信号，上位机要通过开关量板输入端子的地址来识别。PLC输入端子可接受来自上位机的控制信号或故障信号。网络中的PLC和操作站在故障诊断系统中各自扮演着不同的角色。 通常情况下，故障诊断过程中复杂的逻辑判断、开关量故障信号的检测以及在严重故障状态下对设备进行的保护可交给PLC完成，而复杂的数值计算和人机交互可在上位机上完成。 5 应用效果 整个车间自动化系统为二级控制系统，即设备控制级和信息管理级，设备控制级即一级系统为RMC200轧线控制系统，采用ABBMasterPiece系统，由10套ABBMasterPiece200/1过程站、3套MasterPiece90过程站、和3台AdvantStation500系列操作站、1台VT340监控站及2台MasterAid220编程器构成。各过程站之间的网络通讯采用MasterBus300（简称MB300），通过加热炉的过程站与二级信息管理级进行通讯。每一个MP200/1过程站通过一个DSCS140通讯板连接到MB300网络上,通过MB300网络进行数据交换，通讯板上可以设定地址开关，据此来确定该节点在网络上的位置。对于MP200/1与打捆机MP90的通讯,通过RMC7系统中的通讯板DSCS131连接至MODEM,打捆机上也分别装一MODEM和通讯板DSCS131，由MODEM来实现远程通讯。在加热炉RMC1的MP200/1系统中，通过DSCS150板与二级计算机系统IBMNetifinity5000服务器通讯，二者通过GCOM网络进行数据交换。下面以RMC2为例，简介实现轧钢生产设备故障诊断的智能化。 RMC2实际上包括三套PLC:RMC2、RMC52、RMC62，RMC2主要完成的控制功能有:轧制程序表的设定及存储、炉前装料设备控制（包括热送和装冷坯两种情况）、炉前钢坯测长与称重、加热炉出口设备控制、粗轧机主传动控制、粗轧机微张力控制、6#剪子控制;RMC52主要完成的控制功能有:中轧机控制（包括速度级联、速度给定、跟踪）、轧线模拟轧钢测试、中轧机组的活套扫描器控制;RMC62主要完成的控制功能有:精轧机控制（包括速度级联、速度给定、跟踪）、精轧机组的活套扫描器控制。RMC2、RMC52、RMC62三者既需立完成分配给自己的控制功能，又环环相扣，互相联锁制约着，若中轧机组的活套扫描器控制中有差错，轧钢控制系统无法正常运行，6#剪子立即碎断，防止轧线堆钢，同时，加热炉停止出钢，直至故障解除。 所设计的故障诊断系统能完成以下功能: （1）测试过程开始前，运行故障诊断系统，检查轧钢生产控制系统是否处于良好状态。对于开关量，这个过程是上位机通过通讯口读取PLC输入位的状态值并与其正常状态值相比较的过程;对于模拟量，这个过程可用读取模拟量起动的开关位的状态值作为判断的根据，也可将从其它站读取的模拟量与其相应的限值相比较的结果作为判断的根据。若发现测控系统有故障，应及时处理（上位机显示屏给出具体故障的部位报警）。只有当诊断结果为良好状态时，才能进行的轧钢性能测试; （2）如果测试结果发现不合格的设备，应重新运行故障诊断系统。 （3）如果测试过程当中，测控系统出现严重故障，则PLC通过通讯口或上位机输入输出板传递故障信号，使测控系统退出测试过程，屏幕给出故障诊断的和排除故障的建议。 6 结束语 PLC可为轧钢生产设备的故障诊断提供强有力的技术支持。在进行故障诊断系统的设计时，根据诊断系统的功能要求，选用适当的PLC，可丰富和完善诊断系统的功能。随着PLC新产品的研制成功，它在故障诊断领域将有广阔的应用前景。 |
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