南京西门子授权一级代理商交换机供应商

南京西门子授权一级代理商交换机供应商

  概述德国西门子（SIEMENS）公司生产的可编程序控制器在我国的应用也相当广泛，在冶金、化工、印刷生产线等领域都有应用。

    西门子（SIEMENS）公司的PLC产品包括LOGO，S7-200，S7-300，S7-400，工业网络，HMI人机界面，工业软件等。西门子S7系列PLC体积小、速度快、标准化，具有网络通信能力，功能强，性高。S7系列PLC产品可分为微型PLC（如S7-200），小规模性能要求的PLC（如S7-300）和中、要求的PLC（如S7-400）等。

1．SIMATIC S7-200 PLCS7-200 PLC是小型化的PLC，它适用于各行各业，各种场合中的自动检测、监测及控制等。S7-200 PLC的强大功能使其无论单机运行，或连成网络都能实现复杂的控制功能。 S7-200PLC可提供4个不同的基本型号与8种CPU可供选择使用。

2．SIMATIC S7-300 PLC S7-300是模块化小型PLC系统，能满足中等性能要求的应用。各种单的模块之间可进行广泛组合构成不同要求的系统。与S7-200 PLC比较，S7-300 PLC采用模块化结构，具备高速（0.6~0.1μs）的指令运算速度；用浮点数运算比较有效地实现了为复杂的算术运算；一个带标准用户接口的软件工具方便用户给所有模块进行参数赋值；方便的人机界面服务已经集成在S7-300操作系统内，人机对话的编程要求大大减少。SIMATIC人机界面（HMI）从S7-300中数据，S7-300按用户的刷新速度传送这些数据。S7-300操作系统自动地处理数据的传送；CPU的智能化的诊断系统连续监控系统的功能是否正常、记录错误和特殊系统事件（例如：时，模块换，等等）；多级口令保护可以使用户高度、有效地保护其技术机密，防止未经允许的复制和修改；S7-300 PLC设有操作方式选择开关，操作方式选择开关像钥匙一样可以拔出，当钥匙拔出时，就不能改变操作方式，这样就可防止非法删除或改写用户程序。具备强大的通信功能，S7-300 PLC可通过编程软件Step 7的用户界面提供通信组态功能，这使得组态非常容易、简单。S7-300 PLC具有多种不同的通信接口，并通过多种通信处理器来连接AS-I总线接口和工业以太网总线系统；串行通信处理器用来连接点到点的通信系统；多点接口（MPI）集成在CPU中，用于同时连接编程器、PC机、人机界面系统及其他SIMATIC S7/M7/C7等自动化控制系统。

3．SIMATIC S7-400 PLCS7-400 PLC是用于中、性能范围的可编程序控制器。S7-400 PLC采用模块化无风扇的设计，，同时可以选用多种级别（功能逐步升级）的CPU，并配有多种通用功能的模板，这使用户能根据需要组合成不同的系统。当控制系统规模扩大或升级时，只要适当地增加一些模板，便能使系统升级和充分满足需要。

4．工业通讯网络通讯网络是自动化系统的支柱，西门子的全集成自动化网络平台提供了从控制级一直到现场级的一致性通讯，“SIMATIC NET”是全部网络系列产品的总称，他们能在工厂的不同部门，在不同的自动化站以及通过不同的级交换数据，有标准的接口并且相互之间兼容。

5．人机界面（HMI）硬件HMI硬件配合PLC使用，为用户提供数据、图形和事件显示，主要有文本操作面板TD200（可显示中文），OP3，OP7，OP17等；图形/文本操作面板OP27，OP37等，触摸屏操作面板TP7，TP27/37，TP170A/B等；SIMATIC面板型PC670等。个人计算机（PC）也可以作为HMI硬件使用。HMI硬件需要经过软件（如ProTool）组态才能配合PLC使用。

6．SIMATIC S7工业软件西门子的工业软件分为三个不同的种类：

（1）编程和工程工具 编程和工程工具包括所有基于PLC或PC用于编程、组态、模拟和维护等控制所需的工具。STEP 7标准软件包SIMATIC S7是用于S7-300/400，C7 PLC和SIMATIC Wi基于制产品的组态编程和维护的项目管理工具，STEP 7-Micro/WIN是在bbbbbbs平台上运行的S7-200系列PLC的编程、在线软件。

（2）基于PC的控制软件 基于PC的控制系统Wi允许使用个人计算机作为可编程序控制器（PLC）运行用户的程序，运行在安装了bbbbbbs NT4.0操作系统的SIMATIC工控机或其它任何商用机。Wi提供两种PLC，一种是软件PLC，在用户计算机上作为视窗任务运行。另一种是插槽PLC（在用户计算机上安装一个PC卡），它具有硬件PLC的全部功能。Wi与SIMATIC S7系列处理器兼容，其编程采用统一的SIMATIC编程工具（如STEP 7），编制的程序既可运行在Wi上，也可运行在S7系列处理器上。

（3）人机界面软件 人机界面软件为用户自动化项目提供人机界面（HMI）或SA系统，支持大范围的平台。人机界面软件有两种，一种是应用于机器级的ProTool，另一种是应用于监控级的WinCC。ProTool适用于大部分HMI硬件的组态，从操作员面板到标准PC都可以用集成在STEP 7中的ProTool有效地完成组态。ProTool/lite用于文本显示的组态，如：OP3，OP7，OP17，TD17等。ProTool/Pro用于组态标准PC和所有西门子HMI产品，ProTool/Pro不只是组态软件，其运行版也用于bbbbbbs平台的监控系统。WinCC是一个真正开放的，面向监控与数据采集的SA（Supervisory Control and Data Acquisition）软件，可在任何标准PC上运行。WinCC操作简单，系统性高，与STEP 7功能集成，可直接进入PLC的硬件故障系统，节省项目开发时间。它的设计适合于广泛的应用，可以连接到已存在的自动化环境中，有大量的通信接口和的过程信息和数据处理能力，其新的WinCC5.0支持在办公室通过IE浏览器动态监控生产过程。

   目前，中国PLC市场的95％以上被国外产品。国内曾有研究单位开发PLC产品，后因种种原因没有发展起来。值得欣慰的是，国内已有具有较强实力的公司开始拓展PLC业务，并在中国PLC市场有了一定声音，如和利时公司、德维森公司、安控公司。

我国工业企业的自动化程度普遍较低，PLC产品有很大的应用空间，如机械行业80%以上的设备仍采用传统的继电器和接触器进行控制。因此，PLC在我国的应用潜力远没有得到充分发挥。

我国大中型企业普遍采用了的自动化系统对生产过程进行控制，但绝大部分小型企业尚未应用自动化系统和产品对生产过程进行控制。随着竞争的日益加剧，越来越多的小型企业将采用经济、实用的自动化产品对生产过程进行控制，以提高企业的经济效益和竞争实力。

自2001年以来，作为基础工业之一的机械工业成为我国工业发展新的增长点，年均增长率过20%。与流程工业对模拟量的反馈调节不同，机械工业需对开关量进行连锁及顺序控制，因此PLC成为其控制产品的。机械的高速增长和自动化现状为PLC应用提供了的市场空间。

我国在“十五”规划中已明确提出了“用信息化带动工业化”的发展计划，大量传统产业的自动化改造将为PLC的应用提供的发展空间。

我国的工业发展及自动化应用水平与工业发达国家相比有几十年的滞后，按目前的经济形势分析，我国将迎来一个PLC市场高速增长的时期。

中国加入WTO后越来越多的公司把其制造基地转移到中国。同时，中国的国有企业和民营企业也在利用难得的历史机遇大力发展制造业。中国正在努力成为世界新的制造业基地。制造业的控制主要以离散控制为主，PLC是该领域控制系统的。制造企业为提高劳动生产率和产品质量，必然会大量采用PLC，从而为PLC的应用提供广阔的应用前景。

基于上述原因和高速增长的现状，今后若干年内中国PLC市场将保持持续高速增长。综合相关资料提供的数据，并分析目前中国PLC市场主要厂商的经营数据，初步估计目前在我国本土销售的PLC总量为30~40亿元人民币(不含随进口主设备配套的PLC)，年增长率为15~20%。

的市场需求为发展PLC业务提供了难得的历史机遇，国内有实力的自动化公司应充分利用在市场、技术、行业影响和等方面的积累，大力拓展PLC业务，使国产PLC早日成为中国PLC市场的主要参与者之一。

目前中国PLC市场主要厂商为Siemens、Mitsubishi、Omron、Rockwell、Schneider、GE-Fanuc等大公司，欧美公司在大、中型PLC领域占有优势，日本公司在小型PLC领域占据十分重要的位置，韩国和中国的公司在小型PLC领域也有一定市场份额，PLC厂商的市场份额几乎可以忽略。

大型PLC的目标用户在选用PLC时一般不会把价格作为要考虑因素，而是关注产品性能、质量和，对价格不是十分敏感，故日本产品很难进入该领域。韩国和中国的产品从一开始就是模日本产品，基本沿袭日本产品的技术路线，其在中国的市场策略、行业影响基本是步日本厂商的后尘，只不过比日本产品滞后一段时间。

对中、小型PLC的目标用户而言，市场上主要厂商的PLC产品均能满足其要求，所以在产品选型时价格是十分重要的因素。因此，日本产品在该领域占有优势。Siemens在推出新一代小型PLC产品S7200后其价格与日本产品相差不大，近几年其小型PLC的市场增长，已经与日本主要产品(Mitsubishi和Omron)在小型PLC领域了类似的市场地位。近年来，由于具有明显的价格优势，中国的部分PLC厂商在小型PLC领域发展势头十分强劲，抢占了原来日本产品的一部分低端市场。

    随着产业升级转型和新兴行业的，PLC的应用已经从工业现场逐渐走向了各行各业，与人们生活息息相关的**、交通、医疗、甚至空调都嵌入了PLC的影子。在市场竞争十分激烈的情况下，如何应用？如何推进PLC技术的发展？各厂商都在潜心研究。国内自动化业界的企业和利时公司，则致力于通过自动化技术为广大民众提供智能化的高品位生活。

    倡导PLC应用平民化

    平民化是从民生基础出发，以提高人类的生活品质、改变人类生活的现状为目标。平民化就要贴近实际、贴近生活、贴近百姓。和利时的产品规划、研发都站在技术和应用的，认真与业主、设计单位一起共同商讨分析目前的应用和未来的发展，这种逐层传替的方式让和利时的视觉和思维加立体，在市场这座火山喷发前就掌控了终端应用发展的趋势，从而确保了产品前性和前瞻性。作为技术和市场发展的引导者，和利时公司投入大量的人力物力和财力用于客户培训、市场培育的工作，每年都会举办多场技术研讨会和交流会，十分明显的效果。

    近年来，国家加大了与百姓生活密切相关的基础设施的建设，交通、智能配电、医疗等行业迎来了新一轮发展的春天。和利时也通过公众行业应用的PLC产品，让大众认识到PLC其实就在大家的生活中，并非高不可及。

    助推新能源建设

    随着节能减排意识的深入，新能源成为目前热门的行业，太阳能、风力发电等作为一种清洁、可再生的能源，都相当重视。和利时公司是较早涉足太阳能、风电等新能源领域的自动化控制系统供应商之一，很早就成立了立部门对新能源的发展进行战略研究，并结合行业特点为客户定制的产品，如：风电主控系统、风电变桨系统等，而今都已成为太阳能、风电等新能源行业的典型成熟产品，并且在新能源控制系统中发挥着十分重要的作用。

    地植根自动化

    近年来，很多企业都参照演艺圈中“演而优则唱，唱而优则演”的规则，多栖发展的例子屡见不鲜。外界也有很多猜想和利时作为自动化行业的企业什么时候会试水其它行业。面对外界的各种猜想，和利时并没有理会，依旧是踏实的做事，因为每一位和利时人的心中都有一个梦想，希望有和利时能成为“中国的西门子”。和利时公司经过20年的技术沉淀和积累，不断修炼内功，不断提高市场力和竞争力，已经发展成为中国自动化领域的企业，在许多行业处于寡头的地位，并且从中国制造到中国创造再到中国智造，和利时掌握了多项技术，产品拥有自主知识产权。在30年来，中国从世界工厂发展成为创造大国，各行各业都有一批的企业，国家对这些企业进行资源倾斜，而如今许多行业控制装备都考虑国产产品。所以和利时将会始终坚持他的目标地自动化企业开展多的应用，为的自动化技术发展作出努力。”

一、概述

某自来水厂控制系统由分布在十几公里内5个深井取水泵站、储水池、用户管网组成。整个供水系统的高低落差达150米左右，由于供水系统的组成及地形结构的特殊性，过去人工监控，给生产管理、供水调度带来诸多不便。

实施了微机监控后，它能实时监测供水系统的主要工艺参数（如压力、流量、水位、电压、电流等），控制深井泵、监视泵机的运行状态，同时提供生产管理所需的报表、曲线、数据查询等功能。它的运行对供水系统的生产、科学调度有着重要的意义。

二、系统组成

微机监控系统采用主从结构、分布式无线实时监控方式（简称SA）。

系统主要由监控、无线通信系统、现场监控终端、传感器及仪表四部分组成。

监控：由微机、MCGS组态软件，无线数传电台、全向天线、模拟屏及UPS组成，主要完成各现场终端数据的实时采集、监测、控制、数据存储、打印报表、数据查询等功能。

无线通信系统：监控与各泵站终端之间采用无线方式通

讯。监控为主动站，其它终端副站为被动从站，该系统采用无线电管理给定的数据频率，以一点对多点的方式与从站通讯，监控为全向天线，各副站为定向天线。

现场监控终端：为PLC，是一个智能设备，它有自己的CPU和控制软件，主要完成现场的数据采集、转换、存储、报警、控制等功能，并通过无线信道与监控微机进行数据通信。根据监控的命令分别完成系统自检、数据传送、控制输出等任务。

传感器及仪表：是PLC监测现场信号的“眼睛”，现场所有信号都需经过传感器及仪表的转换，才能输出标准信号，被PLC终端所接受。系统主要测量电压、电流、液位、压力、流量及耗电量等参数。

水源井输水泵的控制

l 手动控制。操作员根据清水池液位对输水泵进行启动和停止操作。

    l 自动控制。PLC根据清水池液位及各输水泵起动水位和停止水位，对处于自动方式的输水泵进行启动和停止操作。

三、现场PLC终端

现场PLC监控终端是工业现场与监控之间的桥梁纽带，一方面它采集现场仪表、变送器、设备运行状态等信号，另一方面它又与监控通讯，执行有关命令。现场终端一般无人值守。因此，终端机的性能和质量对系统的性影响很大。经充分论证，选用西门子S7-200系列PLC作现场终端具有较高的性能价格比，它具有体积小、易扩展、性能优等特点，非常适合小规模的现场监控。

1、PLC硬件设计

现场某一终端需测控开关输入信号，开关输出信号路，模拟量输入信号。因此，我们选用S7-212基本单元，模拟输入扩展单元（EM231），模拟输出扩展单元（EM232）。满足现场要求。

2、通讯接口

从站中PLC与电台通讯： S7-214PLC基本单元提供一个RS-485接口，为了与无线信道的数传机（电源、数传电台）相连，我们专门设计了RS- 485接口的Modem，并采用光电隔离技术，使二者在电气上立，避免相互干扰，由于数传机发射时需要RTS信号，而RS-485接口又不提供 RTS信号，解决这个问题有两法。其一，由无线Modem根据PLC的发射信息产生RTS信号，这就要求该Modem智能化，同时PLC在发送信息之前需先与Modem通信，让其输出RTS信号，并回送RTS已产生信息，然后PLC再发送现场信息。其二，采用PLC的某一I/O输出点，产生RTS 信号，由PLC在发送信息前现接通该点，控制数传机发射，延时一段时间后（电台建立载波时间），再发送信息。后一种方法简单、实用，较好的解决了无线通信的接口问题。 

主控室的PLC与工控机的通讯：因为主控室的PLC要和数传电台通讯又要和上位机（工控机）通讯，所以主控室的PLC选用两端口的S7-216基本单元，其中一端口与数传电台通讯，另一端口直接用西门子的PPI电缆和上位机通讯，上位用北京昆仑通态提供的MCGS组态软件进行组态和编程，对现场的水位等信号进行实时的监控和处理。

3、抗干扰设计

为提高系统的性，现场终端、数传机、PLC、直流温压电源及部分变送器装于一个控制柜内，各部分相对立，便于维护。PLC开关量输入、输出与现场之间加继电器隔离，模拟信号采用信号隔离器和配电器隔离，电源采用隔离变压器供电，以减小电源“噪声”，同时系统设置良好的接地。

四、PLC软件设计

PLC终端软件采用梯形图语言编写，为提高终端的抗干扰能力，软件设计中采用了数字滤波、故障自检、控制口令等措施，保证控制操作的正确性和性。程序设计采用模块化、功能化结构，便于维护、扩展。终端软件主要由下列模块组成。

1、初始化程序：设定各寄存器、计数器、PLC工作模式、通信方式等参数初始值。

2、数据采集子程序：对各路模拟量数据采集、滤波、平均等处理。

3、累计运行时间子程序：对泵机等设备的运行时间进行累计。

4、遥信子程序：检测电机、阀门、报警开关等设备的运行状态。

5、置初值子程序：由监控对时间、电耗、流量等累计参数按用户的要求设定初始值。

6、故障自检子程序：检测PLC的故障信息、校验信息，并发往监控。

7、控制子程序：根据监控的命令，或现场自控条件输出相应的操作。

8、通讯子程序；完成与监控的各种通信功能。

通讯程序中，接收命令和发送命令采用中断处理，通过ATCH指令使中断事件8在接收不同特征命令下执行不同的程序。对串行通信的时限制则通过设定内部定时中断来控制，其事件号为10，定时时间由SMB34的值确定。为减少通信的误码，采用偶校验及异或双重校验措施。

五、结束语

本系统在软、硬件方面采取了多种措施，特别是现场终端选用了S7-200 PLC，提高了系统的性，在自来水厂自动控制系统了较好的应用效果。 PLC基于SA系统能充分满足对水厂控制系统的要求，对水厂的运行、提高供水质量、节能降耗、优化管理等方面起到了至关重要的作用。本系统将无线通讯与S7-200 PLC的结合，解决了现场分布较散、距离较远、范围较大的系统监控问题，在供水、供电、供气、油田、气象、水文水利等部门有较好的应用前景。 

摘要：本文针对中联重科旋挖钻机设计开发中采用的西门子S7-200系列PLC，介绍了S7-200系列PLC的主要特点及在旋挖钻机上应用的主要功能。

一、简介

ZR200型旋挖钻机是湖南省长沙市长沙中联重工科技发展股份有限公司（简称中联重科）自主研制开发的一种基础工程中成孔作业的施工机械。中联重科是我国工程机械制造业的企业，主要从事建筑工程、能源工程、交通工程等国家基础设施建设工程所需重大装备的研发制造。

中联重科ZR200型旋挖钻机是一种大口径桩基工程的成孔设备，采用卡特彼勒可拓展履带底盘、自行起落折叠桅杆、可伸缩钻杆和液压控制。具有自动检测孔深、垂直度自动调整、回转自动定位、彩色液晶触摸屏直接监控显示工作状态参数和防误操作的逻辑功能控制，是大口径桩基础工程的理想的成孔设备。据统计，在相同的地层中，旋挖钻机的成孔速度是传统转盘钻机的5～10 倍。在国外发达国家旋挖钻机早已作为灌注桩的主要施工机种。近几年旋挖钻机在国内已广泛应用于铁路、公路桥梁、**建设、高层建筑等地基础钻孔灌注桩工程。右图为中联重科ZR200型旋挖钻机照片。

ZR200型旋挖钻机的控制系统采用西门子S7-200系列PLC的CPU224主模块、EM223扩展模块及EM222扩展模块各一个，实现对旋挖钻机液压系统电磁阀的自动控制、外部传感信号检测及与液晶触摸屏通讯实现人机界面等功能。

二、控制系统方案设计

旋挖钻机结构复杂、外部传感装置分布较多、各机构动作逻辑性强，且作业时工况恶劣、机身振动强烈，需要设计采用、功能丰富的控制部件以完成其控制功能。同时操作人员也需要通过清晰、直观的人机界面对设备进行的掌握与控制。

通过选型对比，设计方案上采用西门子S7-200系列PLC作为控制系统的实现对旋挖钻机的控制、日本PROFACE GP系列液晶触摸屏作为人机界面对话设备，与外部传感装置、液压执行机构组成机电液一体化系统。

触摸屏作为人机界面对话设备，主要进行钻进深度、回转角度的显示、深度设置、时间校对、及实现有关功能切换、按钮、指示、系统调试等功能。共设有：主作业画面、参数设置画面、报警记录画面、系统调试画面。其中主作业画面是操作人员工作时的主要对话界面。 

-

三、控制系统主要功能

西门子S7-200系列PLC是西门子公司为用户解决中小型自动化控制的主力产品。它具有运算速度快、功能齐全、性能、可灵活组合等特点，在的中小型自动化控制领域应用非常广泛。以下介绍S7-200系列PLC在旋挖钻机上的应用。

1、双向高速计数信号

S7-214CPU模块具有多路高速计数输入端口，可灵活设计实现多路单向、双向计数信号的检测。在旋挖钻机上应用其双向高速计数功能实现了上车回转角度、钻头钻孔深度检测。

旋挖钻机上车部分为液压驱动的立旋转机构。在设计中采用旋转编码器其转动角度，通过对编码器A、B两路脉冲信号的检测，PLC的双向高速计数输入端可准确计算出旋挖钻机上车的相对角度（0-360O）变化值。

同时PLC的复位信号输入端检测编码器的C相信号，在上车每次回转至编码器的一固定位置时将高速计数器内变量清零，可各种原因造成的计数误差，保证计数的准确性。

钻头钻孔深度检测的原理与上车回转角度基本相同，但复位信号采用按钮输入，由操作人员根据情况校准钻头深度零位值。在检测运算中计数值为钻头深度变化值。

2、左右控制手柄多路按钮信号的检测

旋挖钻机的控制主要通过驾驶座椅左右两个控制手柄的多个按钮控制实现，通过对PLC的指令编程，可转换实现按钮信号的上升沿、下降沿、延时控制等多种逻辑功能。

3、外部传感信号的检测

西门子S7-200系列PLC输入信号检测采用光耦隔离电流信号检测，可隔离输入信号线上因各种原因引起的非正常电气信号，电流信号检测方式可有效防止外部强干扰对正常信号的检测。同时各输入端输入信号的滤波时间可根据需要分别设置。

旋挖钻机各机构动作频繁、控制复杂，在使用中容易因误操作造成设备损坏。在设计中对各机构关键部位均安装了外部传感装置其状态，当出现紧急情况时PLC将通过外部传感装置信号控制相应机构立即保护动作，保护人身和设备。

4、实现对液压执行机构的控制

西门子S7-200系列PLC的继电输出模块可直接控制液压系统的直流电磁线圈，只需在电磁线圈两端并接外部抑制二管，可较好的保护并延长内部继电器触点的使用寿命。

5、与PROFACE 的GP系列液晶触摸屏通讯实现方便、直观的人机界面对话显示。

利用214CPU模块上的485通讯接口与PROFACE 的GP系列液晶触摸屏通讯，将PLC检测计算的旋挖钻机各参数直观的显示在触摸屏上，同时可直接通过触摸屏实现对液压系统的控制和调试。

中联重科ZR200型旋挖钻机于2005年初试制成功并通过工业考核，目前该产品已批量生产并销至全国各地，得到了用户的认可和信赖，成为我国自主的新一代重要桩基设备。

四、几点体会

西门子S7-200系列PLC在中联重科ZR200型旋挖钻机的应用中，能很好的实现所需的各种功能，以下为总结的设计体会。

直流供电型PLC可正常工作在DC20.4V-28.8V的标称值内，实际应用中可满足旋挖钻机DC24V的供电环境下，并能承受点火及作业过程中的各种干扰，非常适合工程机械的柴油发动机24V电源环境；丰富的高速计数端口适合与各种传感装置匹配进行信号检测；CPU模块内部集成的PPI通讯接口可实现多种方式的数据通讯，与多种触摸屏端口方便的实现通讯传输。