贵阳西门子中国授权代理商交换机供应商

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1 引言

PLC（Programmable Controller,可编程控制器）是专门为工业自动控制而设计的一种控制装置，在工业自动化领域中得到了广泛的运用，其特点是抗干扰能力强、性高、体积小、设计、使用和维护方便等.随着计算机技术、网络技术、通信技术的发展，自动化控制也逐步向智能化、网络化、远程化方向发展.为了适应市场的需要，PLC厂商都相继推出了具有网络通信能力的PLC及其相关产品。

SIEMENS s7—200系列PLC在各个行业中的运用均很普遍，而消防火灾报警及其处理系统对于发生火灾时人员生命和财产的具有十分重要的意义。但是目前国内利用PLC来实现消防报警及处理系统的控制还不十分广泛。本文结合实际，讨论了使用PLC来实现消防报警及处理系统的设计与应用。

2 消防报警及处理系统的硬件构成

系统的结构图如下所示：

图1消防报警及处理系统结构图

主要组成部件有：

1上水箱。2下水箱。3上水箱水位传感器。4下水箱水位传感器。5上水箱供水泵A。6上水箱供水泵B。7 下水箱供水阀。8声光报警器。9排烟风机。10烟感和温感传感器。11 喷淋泵。12 喷淋头。

本实例选用西门子公司的SIEMENS s7—200系列PLC，此系列的PLC具有结构紧凑、模块化、可扩展性强、指令集丰富等特点。所选用的CPU型号为CPU 224 可扩展7个模块，大达94DI/74DO,16AI/16AO（模拟量输入/模拟量输出）并且提供14个数字量输入和10个数字量输出。输入/输出接口电路均采用了光耦合电路，对外界接口具有很强的适应性。由于使用了电动调节阀，所以还扩展了一个EM 232模拟量输出模块。该模块具有2路模拟量输出，电流输出量程为0～20mA，电流全量程分辨率为11位，25°C时的精度为±0.25% ，稳定时间为2ms。可满足比较复杂的控制系统的要求。

3 系统所要实现的功能描述如下：

当系统上电后，烟感报警器或者温感报警器发出信号后，系统进入运行状态。

（1） plc控制打开喷淋泵，并计时10s。如果10s计时结束后，喷淋管道内没有水生（水流传感器的水流信号）。关闭喷淋泵，并打开喷淋泵的工作故障灯，等待工作人员检修。

（2） plc控制打开排烟风机，当高温传感器发出高温信号时，说明此时火灾建筑物内不可能存在人员幸存，如果保持排风机开启只能增加火力，因此需要关闭排烟风机。

（3）当上水箱处于低水位时说明需要进行，因此开启喷淋泵。喷淋泵的开启规则为：A，B泵交替开启。当上水箱达到高水位时关闭喷淋泵。其间打开A，B任何泵时都进行10s的计时，如果计时时间到，管仍没有水生（水流传感器的水流信号）时，说明水泵故障，此时打开A泵（或B泵）故障指示灯，并切换到B泵（A泵），同时进行计时，如果10s后无水流感应，再次打开本水泵的故障指示灯,切换到另外一个泵,如此循环。

（4）当下水箱水位为低时开启下水箱阀，同时计时10s。如果计时时间到，且下水箱水流指示无信号时开启下水箱阀故障指示。当下水箱水位为高时停止。

以上四步为并行。当上水箱和下水箱的水位均为满时按下复位按钮，系统回到初始状态

1. 引言

可编程控制器[1]（Programmable Logic Controller，简称PLC）作为工业控制的计算机，由于其结构简单、性能优良，抗干扰性能好，性高，编程简单，调试方便，在机械、化工、橡胶、电力、石油气等行业工业控制现场已日趋广泛地得到应用，成为工控现场进行实时控制的主要的控制装置。同时利用PLC所具有的串行通信和计算机的远程通信功能，可实现计算机对多台PLC控制装置的远程集中监控。

在石油、气远程输送管线上，大口径油气管道阀门是重要的基础设备之一，具有截止、开启、配送和调压等多种功能，一旦出现故障轻则影响管线的输送功能，重则导致管线的严重破坏甚至造成人生，因此对油气管道及阀门的全程状态监控显得尤为重要。远程油气管道监控系统就是为提高油气远程输送的性而提出来的，该系统允许系统操作员通过位于监控的计算机终端，进行对一定区域的阀门站进行远程，具有较高的性和运行效率。

2. 监控系统的组成结构

远程油气管线监控系统硬件组成示意图如图1所示。该系统是以PLC作为远程控制终端，以工控PC机作为上位机的主从式一点对多点的远程无线监控网络，采用串行异步通讯协议。下位机PLC安装在各阀门站，根据上位机的指令或自身的控制程序控制阀门的开启或关闭，并配置各种传感器等辅助设备，组成数据采集和控制系统。上位机安装于油气调度控制，以半双工轮询方式同各阀门站PLC通讯，以此形成SA（数据采集与监控）系统。无线数传电台采用透明方式工作，只起作用，整个网络数据收发采用同一频率，通讯时，站点的识别是通过PLC的不同地址编号来实现的。

各阀门站采用PLC作为系统的基本RTU单元，完成各种测量和控制任务，主要由PLC本体、AD转换模块、传感器组与智能驱动装置四部分组成。

2.1 阀门电机主回路

图2为阀门电机主回路及PLC外部端子回路示意图。三相交流电动机M分别由交流接触器KMO和KMC的通断来驱动阀芯顺、逆时针转动实现阀门的开启或关闭。

2.2 PLC外部端子回路

系统选用三菱电机公司生产的FX2N-32MR作为RTU单元。智能驱动装置是引进美国Limitorque技术的SMC多回转型阀门电动装置，它可以单台控制，也可集中控制，可现场操作，也可远程控制，除能驱动阀门动作外同时还能将自身的状态以标准信号的方式送出供PLC进行状态检测[2]。考虑阀门站兼有就地和远程两种控制方式，PLC共管理12路输入信号和8路输出信号。其输入输出信号及端子分配如表1所示。

表1 PLC输入/输出信号及端子分配表

2.3 A/D转换模块

A/D转换模块选用与PLC本体配套的FX2N-4AD，其有四路立的差分输入通道。每个通道可选择为电流型（±20mA）或电压型（±10VDC）信号输入。在每个阀门站管线或阀门的适当位置装上温度、压力和流量传感器，以采集油气管线的工作状态。参数信号经传感器变送后分别与FX2N-4AD各立通道相连，经AD转换后放到相应的数据寄存器中，供PLC程序定时读取。

2.4 数传电台选型与设置

计算机与PLC之间采用无线数传电台方式进行通讯，采用交错编码、收后重发技术，提高无线通讯的抗干扰能力，确保阀门站无线远程控制的运行。模块选用美国的MDS2710数字传输电台，它可为两点之间的提供全透明的半双工通讯连接[3]。它一端与嵌入在PLC内的通讯FX2n-485-BD通过RS485接口方式相连，另一端则通过标准的RS232接口与监控服务器的串口连接，组成准双向的数据发送与接收无线通讯网络，网络的大节点数可达32个。

电台数据帧格式设置为7位数据位、1位停止位、偶校验的方式，传输速率为9600bit/s。电台发射功率为25W，采用收、发同频方式（235MHz），主站架设全向天线，阀门站架设定向八木式天线后，距离可达15Km以上，在地势平坦地区，通讯距离可达20Km。与之相适应PLC通讯格式特殊数据寄存器D8120设置为-8058，D8121寄存器用来设置各阀门站ID号。为了，除在天线安装了避雷针外，天线到电台之间的馈线也加装了避雷器。

3. 监控系统软件实现

系统对阀门的监控能实现就地控制和远程控制两种控制方式。系统控制过程流程为：传感器将测得信号通过屏蔽信号电缆传送到A/D转换模块的输入端，经过A/D转换模块转换后存入的数据寄存器供PLC读取。PLC将数据通过无线数传电台送出，后到监控供系统处理，完成一次数据采集过程。系统控制信号当为就地控制方式时由操作者通过阀门站控制箱内的按钮直接控制;当为远程控制时则由监控发出，PLC接收到信号后通过输出端口控制智能驱动装置使阀门动作。

系统软件由两部分组成：一是PLC端实时测控软件;二是监控计算机测控数据实时处理软件。

3.3 机组辅助设备及蝶阀控制
机组辅助设备主要包括电机风机和稀油泵，蝶阀包括进口蝶阀和出口蝶阀。在机组启停流程图中可以看出，机组启停的流程包含了对机组辅助设备及蝶阀的控制。此处另设的控制程序，为针对单个设备的手动控制，便于机组控制系统的安装与调试。
3.4 数据处理功能
根据系统需要，PLC处理的模拟量包括泵组进口压力和出口压力、电机定子温度和油水温度。前者的采样周期较短，为20ms;后者采样周期较长，为0.5s。本文为数据处理自己定义了一个功能块(DFB)，输入信号包括功能块复位(EBOOL型)、模拟量通道地址(WORD型)、采样次数(WORD型，本文定为10次)、采样周期脉冲(EBOOL型，由定时器实现)，输出信号为模拟量信号在通讯输出缓冲区中的。数据处理程序不是简单的求平均值，而是先将数据依次赋值给功能块的公用变量，然后将10次的采集结果求和，减去大值和小值后再平均。功能块的输出值即为处理后的模拟量值，其对应的即为该值在输出缓冲区中的，便于触摸屏采集和显示。

3.5 通讯功能
现阶段，本系统的通讯主要包括两部分:与触摸屏的串口通讯;与智能保护装置的MODBUS总线通讯。
触摸屏MT500是专门针对PLC的人机界面，其集成了包括施耐德、西门子、三菱等几十种PLC的串口通讯程序，与PLC的通讯只需要进行简单的组态操作即可实现。本文在EasyBuilder500中将触摸屏系统参数中的PLC类型设置为bbbEMECANIQUE UnibbbWay，即施耐德PLC。通讯参数包括:RS－485、波特率9600、数据位8、无校验位、停止位1。PLC上也进行同样的设置。然后触摸屏在编制界面时，将控制信号和显示信息的地址填写为PLC输出缓冲区中对应的地址，即实现了通讯。
MODBUS通讯协议是施耐德公司设计的一种用于工业控制的主从结构式串口通讯协议，可用于实现简单的主从结构式网络监控。该协议具有两种传输模式:RTU模式和ASC模式。本文采用的是RTU模式，其报文格式如表1所示。

1引言

在整个电力自动化市场中，大部分的关键监测、控制产品都以国产为主，而且国产设备的技术、性能、水平、均体现出明显的优势，比如：高压及高压变电站现地控制装置、继电保护设备、线路和机组同期设备以及绝大部分中低压测控设备。而水电站测控设备长期以国外PLC为主。传统的PLC是作为通用工业控制器而设计的，没有考虑水电厂应用的特殊性，对于水电厂监控系统中要求的时钟同步、事件顺序记录功能无法实现。在使用过程中发现了另外一些问题，如：开出回路太简单，无相应措施，在强干扰情况下有时会产生误动；通信扩展能力差；在实现复杂控制过程时，使用梯形图等语言显得非常烦琐；控制流程调试不方便等等。伴随着电厂单机容量的日益增大，控制过程越来越复杂，对电厂计算机监控系统提出了高的要求。主要表现在：需要功能强、速度快、容量大的PLC产品，以完成大型的控制项目；实现网络化及强的通讯能力；要求控制加，性能加稳定；提供多样化的方便的编程语言等。传统的PLC已无法满足日益复杂的实际应用的需求。

国电自动化研究院多年来一直致力于电力系统自动化，特别是水电站自动控制的研究与开发工作，产品已在葛洲坝、龚嘴等多家水电站获得成功应用，并在水利、风电、水处理等其它控制领域得到广泛应用。MB系列iPLC是在总结多年在自动控制方面的成功经验，深入研究了当前主流PLC产品的优点及不足之处，并积关注PLC的新发展趋势，应用一系列新技术开发的新一代硬件平台，是对传统PLC功能的有针对性提升。

MB系列iPLC继承了传统PLC的长处，又弥传统PLC的一些不足，同时采用了大量技术，充分体现了本院多年来在水电站监控系统的研究成果，是多年工程经验的集中体现。该产品集智能、、开放、灵活于一体，适合多种复杂控制领域的应用。MB系列iPLC采用了嵌入式软件、硬件技术和现场总线技术等技术开发的。针对不同的应用开发了MB80型大型PLC、MB60型中型PLC、MB40型小型PLC及MB20型微型一体化PLC等四种不同类型的PLC，分别应用于大型水电站、中小型水电站及辅机、闸门等不同的应用场合。本文将从MB系列iPLC体系结构、系统配置、技术特点、工程应用实例等几方面介绍MB系列智能可编程控制器及水电厂的应用。

2MB系列iPLC体系结构与系统配置

2.1体系结构：

MB系列智能可编程控制器采用LAN/FieldBud系统体系结构（如图1所示），提供标准的以太网接口完成与上微机系统的通信，通信规约采用开放的、标准ModBusTCP规约。CPU模件和I/O模件之间采用现场总线作为内部总线及扩展总线，现场总线特有的高性和对现场环境的适应能力，使得MB系列PLC系统配置的灵活性和性也大大提高。图1以双CPU双以太网热备冗余、单CPU双以太网和单CPU双以太网三种典型的应用。为水电厂的应用提供灵活的系统配置方式，适用于加广泛的现场应用。

2.2系统配置：

MB系列iPLC提供三种系统配置，包括单CPU单以太网模式、单CPU双以太网冗余模式、双CPU冗余模式，多种灵活的系统配置模式可以好地适用多种不同的实际应用。提供了多种类型模件包括电源模件、三种不同类型的CPU模件、串口通信模件（提供8个标准的RS232/RS485）、开关量输入模件、SOE模件、开关量输出模件、模拟量输入模件（电流型和电压型）、温度量模件等。

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图4某电厂监控系统改造系统结构图

大型抽水蓄能电站计算机监控系统的改造是一个非常复杂的系统工程，对MB80型智能可编程控制器的处理能力、现场适应性、性等都提出了比常规水电厂控制系统高的要求。特别是要求新系统与原有监控系统要完成无缝连接，因此对新系统的开放性提出了高的要求。新改造系统在去年底投入运行，完成了发电、抽水、发电调相、抽水调相、背靠背运行等所有控制过程，并能和老系统无缝连接完成对AGC、AVC等应用。

MB80在大型抽水蓄能电站计算机监控系统中的成功投运，表明MB80型智能可编程控制器已具备了构成大型控制系统的能力。以MB80为控制平台的自主、具有自主知识产权的大型抽水蓄能电站计算机监控系统将国外公司的地位，为现有大型抽水蓄能电站计算机监控系统的国产化改造提供了成功的经验。

5结语

MB系列智能可编程控制器具有传统通用PLC的所有特点，是通用的工业控制平台，可以广泛地应用于多种工业控制。同时MB系列iPLC又具有**的特点使在应用中灵活、方便。为适用顺序控制的特点、解决传统PLC调试困难、不直观的缺点，MB系列iPLC开发了可视化顺控流程图语言，使顺序控制过程的实现简单、调试直观；为提高在电力系统应用的方便性对传统梯形图语言功能块进行了扩充，增加了SOE功能块、脉冲型开出等具特色的功能块使用户编程加方便；MB系列iPLC所具有的以太网远程编程与调试功能可以方便地解决远方（如远程控制等）对现地LCU的编程与维护，为电厂实现“无人值班”（少人值守）、甚至关门运行提供了技术基础。

以MB系列可编程控制器为平台的SJ-600型智能分布式现地控制装置已在国内多家水电厂得到成功应用。随着在甘肃西流水水电站、新疆吉林台水电厂、四川紫坪埔水电厂等近60家水电厂的稳定运行，MB系列iPLC在水电厂得到了越来越多用户的认可。

1简介

DJT系列全可编程中型调速器是一种全新的中型水轮机调速器，电气部分采用日本三菱电机的FX2N系列可编程作为硬件；采用伺服电机作为液压的转换元件；人机界面采用的触摸显示屏，维护为简便、直观；测频方法采用纯PLC测频方式，使得测频精度高，整机性能稳定。机械部分由电动集成随动装置和压力油源组成，二者合成一体，电动集成随动装置由电动集成阀(具有液压输入)、液压反馈的主配压阀、液控单向阀、紧急停机电磁阀、滤油器及主接力器等构成，其特点除了工作，性能优良外，的是结构十分简单，制造、调试、运行、检修均为方便。

DJT系列调速器设置了分段关闭装置，其2段关闭速度及拐点位置可按照需要调整，以满足调保计算要求。

2主要功能和技术参数

2．1主要功能

1)频率测量与调节：可测量机组和电网的频率，并实现机组频率的调节和控制。

2)频率跟踪：当跟踪功能投入时，机组频率自动跟踪电网频率，可实现快速自动准同期并网。

3)自动调整与分配负荷：机组并入电网，调速器将根据其整定的bp值和电网频差，自动调整机组的出力。

4)负荷调整：可接受上位机控制指令，实现发电自动控制功能(A、G、C)。

5)开停机操作：接受中控室或上位机指令，实现开停机操作。

6)手动操作：具有电、手动操作和机械手动操作功能，并可无条件、无扰动地实现自动运行与手动操作的相互切换。

7)能采集并显示调速系统的主要参数，如：机组频率、电网频率、导叶开度、调节器输出和凋节器的整定参数等。

8)有完善的通讯功能，能方便地实现与上位机的通讯。

2．2主要技术参数

2．2．1主要技术指标

转速死区ix≤0．08％

静态特性曲线线性度误差ε<5％

自动空载3min转速摆动相对值≤±0．25％

接力器不动时间Tq《0．3s

平均故障间隔时间<8000h

2．2．2主要调节参数范围

比例系数Kp：0．5～20

积分系数Ki：0．05～10(1／s)

微分系数Kd：0～5(s)

永态转差系数bp：0～10％

频率人工死区△f：0～1．0％

频率给定范围fG：50±5Hz

功率给定范围内PG：0～100％

2．2．3其它技据

工作油压：4．0MPa；2．5MPa

工作电源：AC220200W

DC110V或220V200W

3试验

3．1静态试验

1)将调速器柜的ZD端子上的“试验”端子与GD短接，模拟并网令将GD端子与“并网”端子短接。

2)用频率信号发生器模拟机频信号接入调速柜ZD端子的机频输入端子，设定机频为50．00Hz，设定△F=0．1Hz

3)调速器切自动，功给设定为50％，根据以下表格，对调速器在接力器全行程内进行双向开关机试验，试验数据填入下表(见表1)：

表1双向开关机试验数据

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做完空扰试验后发停机令自动停机。

3．4甩负荷试验

机组自动开启，并网带上一定负荷，进行如下甩负荷试验：1)甩25％负荷。自动工况并网运行后，负荷量增至25％，断开油开关，测量接力器不动时间区，标准要求Tq≤0．2s；2)甩75％负荷。自动工况运行，并网后负荷量增至75％左右，断开油开关，观察转速、水压上升情况，若无异常，则做甩满负荷试验；3)甩100％负荷。自动工况运行，并网后负荷量增至100％左右，断开油开关，观察转速上升值及过3％额定转速值的波峰次数。观察从接力器1次向开启方向移动起，到机组转速摆动值不过±0．5％为止所经历的时间。

标准规定：过3％额定转速的次数≤2，调节稳定时间≤40s。

3．5手自动切换，紧急停机试验

自动运行，并网带一定负荷稳定后，进行手自动切换，接力器无明显冲击。模拟事故发紧急停机信号，动作应正常，机组完成停机后，复归紧停电磁阀，动作应正常。我站紧停分2段关闭，1段时间为2．5s，2段时间为3．5s，缓解了水锤压力。

以上实验数据均取自鲇电2号机调速器试验。

4结语

PLC可编程调速器提供了友善的人机界面，采用了的触摸屏技术；设有在线自诊断处理功能，当系统级故障时，调速器将自动转入手动工况运行，将负荷固定于故障前状态；自动化程度高，调速器设有开机、停机、发电、调相、增减功率操作回路，只需相应的指令，调速器便能自动完成上述操作，减少了与水机自动回路的联系。鲇鱼山水电站自1997年来，对全站4台水轮发电机调速器进行了技改，经过近10a的运行证实，PLC可编程调速器运行稳定、；大大提高了水轮发电机运行的稳定性。