南京西门子授权一级代理商CPU供应商

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一、系统控制

要求有一控制系统，用S7-200 PLC通过USS协议控制西门子MM440变频器拖动电动机运行，需用文本显示器TD400来对电动机的运行进行监控。监控要求如下：

1、用TD400C能控制电动机正转、反转与停止运行。

2、用TD400C能写入变频器运行输出频率，从而调节电动机的转速。

3、在TD400上能读出变频器当前输出电源的电压值。

二、硬件组成

将MM440的通信端子为P+（29）和N-（30）分别接至S7-200通信口的3号与8号针即可。

三、PLC的I/O分配

输入部分：

正转启动按钮：F1

反转启动按钮：F2

停止按钮：F3

四、变频器参数设置

1、复位变频器工厂默认值

P0010=30和P0970=1，按下P键，开始复位，复位过程大约3min，这样就保证了变频器的参数恢复到工厂默认值。

2、变频器参数设定

（1）复位为出厂默认设置值（可选）：P0010=30（出厂的设定值），P0970=1（参数复位）。

（2）如果忽略该步骤，确保以下参数的设置：P2012=USS的PZD长度。常规的PZD长度是2个字长。这一参数允许用户选择不同的PZD长度，以便对目标进行控制和监测。例如，3个字PZD长度时，可以有2个设定值和实际值。实际值可以是变频器的输出电流（P2016或P2019[下标3]=r0027）。

P2013=USS的PKW长度。默认值设定为127（可变长度）。也就是说，被发送的PKW长度是可变的，应答报文的长度也是可变的，这将影响USS报文的总长度。如果要写一个控制程序，并采用固定长度的报文，那么，应答状态字（ZSW）总是出现在同样的位置。MicroMaster4 变频器常用的PKW固定长度是4个字长，因为它可以读写所有的参数。

（3）设置电动机参数如下：

1）P0003=3，用户访问级为级，使能读/写所有参数。

2）P0010=调试参数过滤器，=1快速调试，=0准备。

3）P0304=电动机额定电压（以电动机铭牌为准）。

4）P0305=电动机额定电流（以电动机铭牌为准）。

5）P0307=电动机额定功率（以电动机铭牌为准）。

6）P0308=电动机额定功率因数（以电动机铭牌为准）。

7）P0310=电动机额定频率（以电动机铭牌为准）。

8）P0311=电动机额定速度（以电动机铭牌为准）。

（4）设置本地/远程控制模式。

1）P0700=5，通过COM链路（经由RS485）进行通信的USS设置，即通过USS对变频器进行控制。

2）P1000=5，这一设置可以允许通过COM链路的USS通信发送频率设定值。

（5）设置RS-485串口USS波特率：P2010在不同值有不同的波特率，即P2010=4（2400 b/s）；P2010=5（4800 b/s）；P2010=6（9600 b/s）；P2010=7（19 200 b/s）；P2010=8（38 400 b/s）；P2010=9（57 600 b/s）；这一参数与PLC主站采用的波特率相一致，如本项目中PLC和变频器的波特率都设为9600b/s。

（6）输入从站地址。P2011=USS节点地址（0～31），这是为变频器的从站地址。

（7）斜坡上升时间（可选）：P1120=0～650.00，这是一个以秒（s）为单位的时间，在这个时间内，电动机加速到频率。

（8）斜坡下降时间（可选）：P1121=0～650.00，单位为秒（s），在这个时间内，电动机减速到停止。

（9）设置串行链接参考频率：P2000=1～650，单位为Hz，默认值为50。

（10）设置USS的规格化：P2009=USS规格化（具有兼容性）。

设置值为0时，根据P2000的基准频率进行频率设定值的规格化。设置值为1时，允许设定值以十进制数的形式发送。如在规格化时设置基准频率为50.00Hz，则所对应的十六进制数是4 000，十进制数值是16 384。

（11）P2016和P2019：允许用户确定，在RS-232C和RS-485串行接口的情况下，答应报文PZD中应该返回哪些状态字和实际值，其下标参数设定如下：

下标0=状态字1（ZSW）（默认值=r0052=变频器的状态字）；

下标1=实际值1（HIW）（默认值=r0021=输出频率）；

下标2=实际值2（HIW2）（默认值=0）；

下标3=状态字2（ZSW2）（默认值=0）。

PZD控制字：信号047FH使变频器正向运行，而信号0C7FH使变频器反向运行。

五、TD400C组态与PLC编程

1、TD400C组态

（1）组态F1、F2、F3键。

（2）把运行频率可写入到PLC。

（3）可读出变频器当前的运行频率。

2、PLC编程

用USS协议控制MM440变频器的运行。

六、：文本显示器的组态

在S7-200 PLC的编程软件上对文本显示器进行组态。

VD110为频率设定值

VW100为读出电压值

一、硬件选型

1、PLC及其模块选型。PLC可选用S7-300(CPU 314 IFM) ， 314IFM自身带有4路模拟量输入和2路模拟量输出。

2、变频器选型。为了能调节水泵电机转速从而调节进水量，特选择西门子G110的变频器。

二、控制要求

有一水箱可向外部用户供水，用户用水量不稳定，有时大有时少。水箱进水可由水泵泵入，现需对水箱中水位进行恒液位控制，并可在0～200mm（大值数据可根据水箱高度确定）范围内进行调节。如设定水箱水位值为100mm时，则不管水箱的出水量如何，调节进水量，都要求水箱水位能保持在100mm位置，如出水量少，则要控制进水量也少，如出水量大，则要控制进水量也大。

三、控制思路

因为液位高度与水箱底部的水压成正比，故可用一个压力传感器来检测水箱底部压力，从而确定液位高度。要控制水位恒定，需用PID算法对水位进行自动调节。把压力传感器检测到的水位信号4～20mA送入至S7-300 PLC中，在PLC中对设定值与检测值的偏差进行PID运算，运算输出去调节水泵电机的转速，从而调节进水量。水泵电机的转速可由变频器来进行调速。

四、电路连接

1、主电路接线图

2、PLC输入输出信号接线图

五、程序

用到的FC与FB1、FC105

SCALE功能接受一个整型值(IN)，并将其转换为以工程单位表示的介于下限和上限(LO_LIM和HI_LIM)之间的实型值。将结果写入OUT。

FC105的数值换算公式为：

OUT=((FLOAT )IN -K1)/(K2-K1)*(HI_LIM-LO_LIM )+LO_LIM

对双性，输入值范围为-27648到27648，对应K1 =-27648，K2 =+27648，

对单性，输入值范围为0到27648，对应K1 =0，K2 =+27648,如果输入整型值大于K2，输出(OUT)将钳位于HI_LIM，并返回一个错误。如果输入整型值小于K1，输出将钳位于LO_LIM，并返回一个错误。

通过设置LO_LIM > HI_LIM可获得反向标定。使用反向转换时，输出值将随输入值的增加而减小。

2、FC106

UNSCALE功能接收一个以工程单位表示、且标定于下限和上限(LO_LIM和HI_LIM)之间的实型输入值(IN)，并将其转换为一个整型值。将结果写入OUT。

UNSCALE功能使用以下等式：

OUT = [ ((IN-O_LIM)/(HI_LIM-O_LIM)) * (K2-1) ] + K1，并根据输入值是BIPOLAR还是UNIPOLAR设置常数K1和K2。

BIPOLAR：定输出整型值介于7648和27648之间，因此，K1 = -7648.0，K2 = +27648.0

UNIPOLAR：定输出整型值介于0和27648之间，因此，K1 = 0.0，K2 = +27648.0

如果输入值出LO_LIM和HI_LIM范围，输出(OUT)将钳位于距其类型(BIPOLAR或UNIPOLAR)的范围的下限或上限较近的一方，并返回一个错误。

４、功能模块图（Function Block）程序设计语言

? 功能模块图程序设计语言是采用功能模块来表示模块所具有的功能，不同的功能模块有不同的功能。它有若干个输入端和输出端，通过软连接的方式，分别连接到所需的其它端子，完成所需的控制运算或控制功能。功能模块可以分为不同的类型，在同一种类型中，也可能因功能参数的不同而使功能或应用范围有所差别，例如，输入端的数量、输入信号的类型等的不同使它的使用范围不同。由于采用软连接的方式进行功能模块之间及功能模块与外部端子的连接，因此控制方案的改、信号连接的替换等操作可以很方便实现。

功能模块图程序设计语言的特点是：

?（１）以功能模块为单位，从控制功能入手，使控制方案的分析和理解变得容易； ?? （２）功能模块是用图形化的方法描述功能，它的直观性大大方便了设计人员的编程和组态，有较好的易操作性；

（３）对控制规模较大、控制关系较复录的系统，由于控制功能的关系可以较清楚地表达出来，因此，编程和组态时间可以缩短，调试时间也能减少；

（４）由于每种功能模块需要占用一定的程序内存，对功能模块的执行需要一定的执行时间，因此，这种设计语言在大中型可编程控制器和集散控制系统的编程和组态中才被采用。

? ５、结构化语句（Structured Text）描述程序设计语言

??结构化语句描述程序设计语言是用结构化的描述语句来描述程序的一种程序设计语言。它是一种类似于语言的程序设计语言。在大中型的可编程序控制器系统中，常采用结构化语句描述程序设计语言来描述控制系统中各个变量的关系。它也被用于集散控制系统的编程和组态。

??结构化语句描述程序设计语言采用计算机的描述语句来描述系统中各种变量之间的各种运算关系，完成所需的功能或操作。大多数制造厂商采用的语句描述程序设计语言与ＢＡＳＩＣ语言、ＰＡＳＣＡＬ语言或Ｃ语言等语言相类似，但为了应用方便，在语句的表达方法及语句的种类等方面都进行了简化。

????结构化程序设计语言具有下列特点： 

???? （１）采用语言进行编程，可以完成较复杂的控制运算； ???

? （２）需要有一定的计算机程序设计语言的知识和编程技巧，对编程人员的技能要求较高，普通电气人员无法完成。 ???

? （３）直观性和易操作性等性能较差； ??

?? （４）常被用于采用功能模块等其他语言较难实现的一些控制功能的实施。 ???? 部分可编程序控制器的制造厂商为用户提供了简单的结构化程序设计语言，它与助记符程序设计语言相似，对程序的步数有一定的限制，同时，提供了与可编程序控制器间的接口或通信连接程序的编制方式，为用户的应用程序提供了扩展余地。

另外一个发展方向是PAD。

[编辑本段]3、产品生命周期

PLC 还有一种说法是:产品生命周期（product life cycle）观念，简称PLC，是把一个产品的销售历史比作象人的生命周期一样，要经历出生、成长、成熟、老化、死亡等阶段。就产品而言，也就是要经历一个开发、引进、成长、成熟、衰退的阶段。 

1、产品开发期：从开发产品的设想到产品制造成功的时期。此期间该产品销售额为零，公司不断增加。 

2、引进期：新产品新上市，销售缓慢。由于引进产品的费用太高，初期通常利润偏低或为负数，但此时没有或只有少的竞争者。 

3、成长期：产品经过一段时间已有相当度，销售快速增长，利润也显著增加。但由于市场及利润成长较快，容易吸引多的竞争者。 

4、成熟期：此时市场成长趋势减缓或饱和，产品已被大多数潜在购买者所接受，利润在达到点后逐渐走下坡路。此时市场竞争激烈，公司为保持产品地位需投入大量的营销费用。 

5、衰退期：这期间产品销售量显著衰退，利润也大幅度滑落。优胜劣汰，市场竞争者也越来越少。

6：报废期：现在是很多的PLC都到了产品的升级换代时期了，要有一种好的工业化控制的设备来替代！

一、概况

向家坝水电站位于金沙江下游河段，电站总装机6000MW，左岸为四川省宜宾县，右岸为云南省水富县，是金沙江下游河段规划的末一个梯级电站。其开发任务以发电为主，同时改善航运条件，兼顾防洪、灌溉，并具有拦沙和对溪洛渡水电站进行反调节的作用。向家坝左岸供水系统设计供水规模为40000方／日。水厂主要构（建）筑物包括：取水泵房（1座）、左岸生产、生活水厂(1座)、高程436m生活水池（1座）、高程424m生活水池（1座）。为电站施工期左右岸提供合格的生产、生活用水。

向家坝左岸供水工程计算机监控系统的设计、系统集成、安装指导及调试均由宜昌市能达通用电气股份合作公司负责，本公司是隶属于中国长江三峡工程开发总公司的企业，从事电力系统自动化设备的研究、开发与生产制造。

为保证供水系统、稳定、的运行及管理，计算机监控系统按照、、实用的原则进行设计，采用全开放式分层分布式网络结构，控制层由集中控制站和四场PLC控制站组成，实现全厂设备及生产数据的集中管理，分散控制。集中控制站选用2台西门子工控机IL40作为冗余操作员站兼工程师站；现场控制站PLC选用西门子s7-300模块，采用彩色触摸屏TP270-10作为人机交互界面。向家坝左岸供水工程计算机监控系统主网络采用工业以太网和Profibus-DP现场总线，现地PLC主站与上位机之间、各PLC主站之间的通讯采用工业以太网，网络拓扑结构为星形，传输介质为光纤，支持西门子S5兼容通信、S7通信和PG/OP通信等服务。

二、系统组成

向家坝左岸供水工程的工艺流程，其中取水泵房距离净水厂约1000m，因此在控制对象相对集中的取水泵房设置现地PLC01主站。在净水厂内按工艺流程及集中的控制对象划分为3个PLC站，PLC02站负责加药系统及加氯系统现场监控；PLC03站负责预沉池、反应沉淀池的排泥及滤池的现场监控；PLC04站负责生产、生活水加压泵和高低压配电系统的现场监控。

系统主要监控对象包括：取水泵房及送水泵房水泵电动机及配套阀门；加药计量泵及阀门；加氯机及吸收装置；预沉池及反应沉淀池排泥阀；钟罩滤池行走行车；高低压配电系统。采集的传感器或仪表信号包括：压力、流量、水位、浊度、加药量、加氯量、余氯值、氯瓶称重、电动机电流、母线电压、有功功率、无功功率、电量、功率因数等。

监控系统I/O测点统计如下：Dl/472点、D0/209点、Al/65点、A0/12点、Tl/24点、通讯/40点。监控系统主要配置的西门子设备包括：

(1)集中控制站

西门子机架式工控机IL40 2台

西门子WinCC RC64K V6.0版  1套    

西门子WinCC RT64K V6.0运行版  1套    

西门子STEP7 V5.2                            1套

(2)现地PLC控制站（共4套）

CPU模块                    CPU314   4块    

以太网通讯模块        CP343-1   4块    

串行口通讯模块        CP340      1块    

Profibus通讯模块     CP342-5   3块

机架扩展模块             IM365        2块    

串行口通讯模块        CP340       1块    

导轨                            L=480m     6块

开关量输入／输出模块    SM321-32DI/SM322-32D0  4套

模拟量输入／输出模块    SM331-8AI/SM332-4A0    4套

彩色液晶触摸屏    TP270-10  4套

排泥阀现场控制从站  S7-200    3套

三、系统硬件配置及组态

1．取水泵房现地PLC主站的硬件配置画面

    为采集配电系统数据，在10kV高压系统2个进线柜和400V低压系统2个进线柜别配置了4套智能电量采集装置DIRIS，该装置支持Profibus-DP通讯协议，作为从站向PLC主站上传输数据，如三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、功率因数、累积有功、累积无功等电气数据。

2．滤池现地PLC主站的硬件配置画面

滤池PLC主站的控制对象包括3组配水池一预沉池一反应沉淀池的排泥阀控制，每组水池有30只排泥阀，若采用集中控制将敷设大量的电缆，施工工程量较大。因此在每组水池附近设一台现场排泥控制柜，柜内安装1套西门子S7-200PLC，通过EM277模块接入Profibus-DP现场总线，完成和滤池PLC主站数据通讯。

3．系统网络配置

在各现地PLC主站硬件配置完成后，需进行系统网络配置，建立各PLC主站之间的通讯连接。在项目管理器单击菜单/options/configure Network，进入网络配置窗口，右键单击某个 s7-300站的CPU模块，插入1个新S7_connectino连接，对象为已组态的其他PLC站，如lcul_qsbf站等。建立完所有连接后，存盘退出。若要实现正常通讯，在组织块OB1或OB35中正确调用S7通讯功能块FB12  BSEND和FB13 BRCV。

四、系统功能说明

向家坝左岸水厂计算机监控系统按照“集中管理，分散控制”原则设计，中控室操作员站一装WinCC(bbbbbbs Control Center)组态软件，是一种基于bbbbbbsNT操作系统下开放式、面向对象软件开发平台，能达公司的LDS-2000应用软件正是建立在这个基础上，并结合水厂实际}开发的一整套上位机软件包。运行人员在操作员站上可对全厂工艺流程进行模拟图形显视、实日据监测，完成控制目标值设定、报警显示记录、操作状态记录、累计值计算、趋势曲线绘制、{制表等功能；实现、加氯、滤池、排泥等设备远程控制；存贮并管理水厂生产数据，实现与外{统数据的通讯。现场PLC控制站，根据自身的优化程序，实现本工段内的设备调节和优化控制功采集本工段内的模拟量、数字量、脉冲量等信号，在现场HMI上进行模拟图形显示，同时，通工业以太网将信号传输到操作员站，并接收操作员站的控制设定指令。

2．现地PLC站控制功能说明

现地控制站为水厂监控系统全分布式结构中的智能控制设备，它可以作为立监控装置监垄站设备，同时和上位机操作员站通讯提供数据并接收上一级命令。

(1)控制方式

①所有涉及PLC计算机监控的设备，均可通过在机旁控制箱（台）“手动”／“自动”转换开各现场控制站图形操作终端(HMI)上的“本地”／“”设置来实现机旁控制箱、现场PLC制站、中控室监控计算机三地控制，并按照机旁控制、现场控制站控制、中控室监控计算机控伟置从大到小的操作权限。

②现场控制站HMI上可监视本区域设备运行状态，监视和设置仪表参数值，控制设备运在通过工业局域网接收上位机指令，将数据上送至其他控制站和主控级计算机。

③每个现场控制站均设置警铃、故障指示灯和事故解除按钮，一旦计算机监控设备运行故障在线仪表参数越限，将发出声光报警。操作人员在解除故障后，通过按钮进行复位，否则，设备不能运行。

3．水泵自动控制功能

根据上一级水池水位实现本地水泵开停机台数的自动控制，按每台水泵的累积运行时间从小到大的顺序依次开机。水泵及出水电动阀门的开停流程为“启动时先开泵再开阀门，停止时先关闭阀门再关泵”。

水泵工作／备用方式切换有两种条件，一是设定水泵连续运行时间，时间到自动停泵，并切换为备用工作方式；二是水泵运行故障时，自动停机并报警，切换至备用泵运行。

4．加药自动控制功能

在药库分别设置有2个溶液池，均采用交替工作方式，当某个溶液池上的声波液位计指示液位低时，PLC自动关闭该池出口电动阀，并报警；自动开启另个溶液池出口电动阀，实现自动切换。溶液池配药、搅拌均由PLC进行自动控制。

药液投加系统选用多台计量泵，按工作泵／备用泵方式运行，当正在使用的计量泵出现故障时， PLC实现备用泵自动切换；另外，对各泵的运行时间加以累积，然后自动切换工作泵和备用泵；加药投加量调节通过采样原水流量和原水浊度的比例信号控制计量泵变频器频率，每台计量泵和每组反应沉淀池对应加药，生产水和生活水采取不同的药液投加率，采样沉淀池生产和生活出水管上的SCD仪流动电流值或浊度仪输出值作为反馈信号，采用PID调节计量泵冲程长度的输出信号\。

5．加氯自动控制功能

自动加氯系统采用滤前及滤后投加，安装有3台加氯机，加氯机采用工作／备用方式运行。投氯自动控制方式有两种：开环控制与闭环控制。前加氯机采用开环控制，按原水比例流量投加，流量信号从安装在沉沙池至反应池之间的电磁流量计；后加氯机采用闭环控制，PLC从监控系统或现场HMI接收余氯设定值，同时，PLC通过模拟输入模块接收滤后水流量及余反馈信息，在内部进行运算后，通过模拟输出模块将其送到加氯机开度调节控制装置，调节加氯量。

6．排泥及滤池自动站功能

在自动排泥控制时，排泥阀分组实施排泥，3组沉沙池和3组絮凝反应沉淀池排泥阀排泥分开进行，在一组沉沙池、反应池和沉淀池内各安装一套泥水界面仪，提供淤泥沉淀数据，运行人员可根据检测情况设定每只排泥阀的开启时间，并进行定时启闭控制，排泥阀动作反馈信号上送至操作员站和现场HMI上显示，若在规定的时间无反馈信号，则发出声光报警信号。

滤池设备控制方式在“现地”位置时，在桁车现场控制箱上进行控制；在“远方”位置时，在滤池上安装一台声波液位计，当滤池液位高时，PLC自动发出滤池反冲命令，当滤池反冲周期到或运行人员可强制进行滤池反冲