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西門子模塊6ES7511-1TL03-0AB0詳細說明
一、 概述
近年來廣播電視發(fā)射技術(shù)有了飛躍的發(fā)展，朝著率、全固態(tài)化、智能化方向發(fā)展，新型的控制系統(tǒng)多以單片機為核心構(gòu)成，具有高度的智能化和**性。隨著自動化技術(shù)的高速發(fā)展，PLC的**性也是很高的，使得對的操作做到無人值守已可以實現(xiàn)。
本文以我曾做的某電視臺房實時監(jiān)控系統(tǒng)為例，介紹西門子PLC在廣電系統(tǒng)中的應用。系統(tǒng)采用1臺西門子S7-300作為主站，5臺S7-200作為從站，主站通過穩(wěn)定的工業(yè)現(xiàn)場總線（PROFIBUS-DP）將從站采集的所有PLC的數(shù)據(jù)傳送給上位機畫面，從而給工作人員的管理帶來了方便。
二、 系統(tǒng)硬件
該控制系統(tǒng)共需開關(guān)量輸入93點，開關(guān)量輸出35點，模擬量輸入62點。為盡可能減少電磁干擾，根據(jù)分布情況，系統(tǒng)共分一個主站和五個從站。選用西門子S7-300系列CPU315-2DP作為主工作站，S7-200系列CPU224加開關(guān)量輸入輸出模塊EM223和模擬量輸入模塊EM231以及Profibus-DP模塊EM277組成從工作站，并為每一個從站配置了一個TD200文本操作顯示面板用于本地實時顯示工作參數(shù)。在發(fā)射臺監(jiān)控室設(shè)置了兩臺裝有西門子WinCC組態(tài)軟件的研華工控機。整個系統(tǒng)通過工業(yè)現(xiàn)場總線（PROFIBUS-DP）聯(lián)接而成。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)見“系統(tǒng)原理圖”
6臺PLC工作站完成*底層的控制動作，包括：開關(guān)信號的采集，模擬信號的采集，以及由PLC給發(fā)出控制信號。選用一臺S7-300是為了實現(xiàn)上位機冗余、底層PLCCPU時鐘校正、自動開關(guān)數(shù)據(jù)存儲和所有采集的數(shù)據(jù)的*集中處理。
2臺上位機通過工業(yè)以太網(wǎng)（TIP/IP），完成互相冗余；同時，通過總線將6臺PLC的數(shù)據(jù)全部采集上來，在畫面上顯示。冗余的上位機增強了整個系統(tǒng)的**性。
由于發(fā)射臺有著強磁場干擾和的模擬量信號不在PLC標準范圍之內(nèi)，在工作站PLC與之間使用了信號調(diào)理電路聯(lián)接；信號調(diào)理電路的作用是將的模擬量信號轉(zhuǎn)化為標準的4-20mA模擬信號作為PLC的輸入，并且從電磁兼容的角度考慮，也*了采集信號的準確。
三、 系統(tǒng)軟件
整個軟件系統(tǒng)分為PLC工作站應用軟件和上位機人機界面組態(tài)軟件兩大部分。本系統(tǒng)中采用西門子公司的STEP7和MicroWin_3.2編程軟件進行了PLC工作站的應用軟件編程，同時還采用了西門子公司的WinCC組態(tài)軟件進行了上位機人機界面的組態(tài)編程。
四、 系統(tǒng)功能
本系統(tǒng)主要實現(xiàn)了下述功能：
1.自動監(jiān)測系統(tǒng)運行狀態(tài)，實時監(jiān)測、記錄各參數(shù)量值（包括模擬量和開關(guān)量值）；對異常情況和參數(shù)越限進行記錄報警；自動記錄各機器開關(guān)機的時間及累計運行時間。
2. 按各頻率每周播出時間表，定時（或隨時）開機、關(guān)機、倒機；
3. 報警功能：有故障，即時顯示報警。本地采用語音聲、光報警方式，并可根據(jù)故障程度自動開啟備用；
4. 根據(jù)不同用戶的權(quán)限實時控制各種操作。
5.自動生成報表功能：可根據(jù)用戶的要求，生成各類報表（如日報表、季報表、故障記錄、維修記錄、檢修記錄、指標記錄、交接班記錄等）。報表可根據(jù)需要進行定時或隨機打��；
6. 鍵盤功能
1) 可通過小鍵盤對機進行人工干預或修改某些參數(shù)；
2) 可修關(guān)機時間、當前時間、倒機時間；
3) 可通過鍵盤操作實現(xiàn)開機、關(guān)機、倒機等操作；
4) 為了避免頻繁倒機，可屏蔽某一部的使用。
7.遙控操作主要是對的工作參數(shù)進行設(shè)置或直接控制，主要的命令有：開機（包括高開、低開）、關(guān)機（包括高關(guān)、低關(guān)）、倒機、復位等。值班員通過這些功能，控制設(shè)備的工作狀態(tài)。
為了*系統(tǒng)的安全有效運行，系統(tǒng)提供口令管理機制來限定值班員的操作權(quán)限和操作范圍。值班員的權(quán)限由系統(tǒng)管理員設(shè)定。
系統(tǒng)運行過程中的操作情況都被自動記錄，包括值班員的編號、時間、命令等。系統(tǒng)可以對進行查詢、檢索，以便了解值班員對系統(tǒng)的操作
8. 數(shù)據(jù)查詢
1) 歷史曲線：查詢設(shè)備的模擬量，每五分鐘取一點數(shù)據(jù)，畫出昨天和今天的兩條曲線。
2) 事件查詢列出設(shè)備發(fā)生故障或越限這兩種事件，并顯示故障代碼及含義，發(fā)生故障設(shè)備的數(shù)據(jù)、狀態(tài)。
9. 數(shù)據(jù)存儲：
1) 一類是五分鐘數(shù)據(jù)，它只包含模擬量，因為數(shù)據(jù)量較大，只需保存三個月，五分鐘數(shù)據(jù)以曲線的方式顯示；
2) 一類是例行數(shù)據(jù)（整點數(shù)據(jù)），包括模擬量、開關(guān)量，整點數(shù)據(jù)是各類報表的依據(jù)。
3) 另一類是故障數(shù)據(jù)，包含故障前后十秒內(nèi)的所有數(shù)據(jù)。
4) 所有歷史數(shù)據(jù)亦可存入光盤長期保存。
10. 數(shù)據(jù)庫的通用性和安全性
1) 歷史數(shù)據(jù)存放在主服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中，在從服務(wù)器中建立該數(shù)據(jù)庫的鏡像備份，兩者通過定時校驗，發(fā)現(xiàn)問題及時自動恢復。
2) 對數(shù)據(jù)庫的查閱、修改、刪除設(shè)置不同級別的權(quán)限，以防數(shù)據(jù)庫中的信息被破壞。
11.MIS系統(tǒng)（管理信息系統(tǒng)）是監(jiān)控系統(tǒng)中的一部分，是一個小型的數(shù)據(jù)庫，主要是對機房內(nèi)的器材、圖紙資料、技術(shù)進行統(tǒng)一的、規(guī)范的、科學的管理。MIS系統(tǒng)具備一般數(shù)據(jù)庫所具有的各種功能，包括對器材、圖紙資料、指標記錄、維修記錄、交接班記錄進行顯示、查詢、檢索、統(tǒng)計、打印報表等功能。
12. 遠程訪問采用網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、內(nèi)置Web Server軟件，利用Web信息發(fā)布技術(shù)，通過局辦公網(wǎng)，為上級**和相關(guān)職能部門提供有關(guān)的信息。
為了*系統(tǒng)的安全，減少系統(tǒng)入侵或人為破壞的可能性，應設(shè)置實時數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)，使監(jiān)控網(wǎng)能共享辦公網(wǎng)資源，辦公網(wǎng)不能直接訪問監(jiān)控網(wǎng)，只能按權(quán)限**約定的實時信息。
五、 結(jié)束語
西門子公司的S7-200系列和S7-300系列PLC具有強大的指令，豐富的CPU類型和擴展模塊，尤其是CPU模塊內(nèi)部集成了實時時鐘，使其適合于廣播的自動控制應用。西門子公司提供的編程軟件包和WinCC組態(tài)軟件，功能強大，使系統(tǒng)開發(fā)變的更容易
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
根據(jù)工藝的要求，萊鋼銀山型鋼公司25MW發(fā)電工程除鹽水站PLC控制系統(tǒng)采用一套西門子的SIMATIC的S7-400主站外掛ET200遠程I/O模塊從站結(jié)構(gòu)，由一個主站、三個從站和兩個PC站（上位機）組成。主站通過PROFIBUS總線電纜和接口模塊與從站通訊，這樣的構(gòu)架既*了PLC系統(tǒng)的**性又為用戶節(jié)省了成本。主站是由一個支持冗余的底板和S7-400系列電源模塊、CPU模塊、CP模塊組成，模塊支持熱插拔。從站是ET200M分布式系統(tǒng)，是在工業(yè)現(xiàn)場經(jīng)常使用的PROFIBUSDP現(xiàn)場總線上的從站，用于連接工業(yè)控制系統(tǒng)中的各種現(xiàn)場裝置。
3.1 硬件配置
本系統(tǒng)是建立在S7-400控制器、DELL的Pentium工控機平臺之上的分布式系統(tǒng)。S7-400是模塊化PLC系統(tǒng)，采用標準的以太網(wǎng)通訊，每個控制器可以控制64個回路，*大的可處理131072個I/O點，其中模擬量I/O點數(shù)為168個，邏輯掃描率為1.25MB/s。S7-400與上位機采用工業(yè)以太網(wǎng)，通訊速率為100Mbps
除鹽水生產(chǎn)線自動化控制系統(tǒng)設(shè)計由兩級網(wǎng)絡(luò)組成，一級是過程控制級，二級是基礎(chǔ)控制級。
*級——過程控制。以S7-400PLC系統(tǒng)作為主要控制核心,由兩臺上位機、PLC控制單元加以太網(wǎng)卡等組成工業(yè)以太網(wǎng)，監(jiān)控站利用組態(tài)軟件Wincc實現(xiàn)對工作現(xiàn)場進行監(jiān)督控制，*處理器采用CPU416，I/O系統(tǒng)采用ET200M，通過ET200分布I/O通訊對流量、液位、pH值、出口壓力等參數(shù)進行采集，上位機將實時數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)送到服務(wù)器的關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，進行保存和數(shù)據(jù)處理。過程控制級通過工業(yè)以太網(wǎng)將上位機系統(tǒng)和現(xiàn)場監(jiān)測與控制點緊密的結(jié)合為一個整體，從而實現(xiàn)對整個控制系統(tǒng)的計算機在線遠程診斷功能。
第二級——基礎(chǔ)自動化。Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)是網(wǎng)絡(luò)集成的*底層，主要是連接現(xiàn)場設(shè)備。主站S7-400PLC通過Profibus-DP網(wǎng)與從站通信，一方面主站將控制數(shù)據(jù)電機速度設(shè)定、溫度、壓力設(shè)定、接觸器吸合及斷開等發(fā)送到傳動裝置；另一方面?zhèn)鲃友b置的電機轉(zhuǎn)速、傳感器流量、溫度、壓力、接觸器觸點的通斷等數(shù)據(jù)通過通信傳送到主站PLC*的寄存器地址。Profibus-DP主要用于工業(yè)自動化系統(tǒng)的高速數(shù)據(jù)傳送，實現(xiàn)調(diào)節(jié)和控制功能，是一種高速通訊，用于設(shè)備級控制系統(tǒng)與分散式I/O的通訊，是計算機網(wǎng)絡(luò)通訊向現(xiàn)場級的延伸。
3.2 軟件設(shè)計
計算機操作系統(tǒng)采用bbbbbbs 2000 Professional中文版本，上位機軟件采用Wincc 6.0組態(tài)軟件來實現(xiàn)。
（1）操作系統(tǒng)軟件bbbbbbs 2000Professional中文版提供了一個*、的多用戶、多任務(wù)操作系統(tǒng)環(huán)境，是目前使用廣泛的工控系統(tǒng)。
（2）Wincc6.0軟件實現(xiàn)了對整個系統(tǒng)的開關(guān)量、模擬量的采集和處理，并顯示在監(jiān)控畫面上，在對多臺重要水泵的控制中的物理量如電流、主回路運行、頻率設(shè)定，有無故障等都實時顯示在系統(tǒng)畫面上，方便操作人員及時掌握系統(tǒng)的運行情況。
（3）采用Step7對西門子可編程序控制器進行配置、編程，它可以利用IEC-1131標準中八種編程語言中的六種（STL、LAD、FBD、CFC、SFC、SCL）進行編程。
4 系統(tǒng)功能
根據(jù)除鹽水生產(chǎn)工藝，監(jiān)控系統(tǒng)的功能主要是實現(xiàn)對工業(yè)新水的加藥、過濾、超濾、反滲透技術(shù)、陰陽離子置換、酸堿作用等控制工序，大致可分為過濾系統(tǒng)、超濾系統(tǒng)、反滲透系統(tǒng)、陰陽離子置換系統(tǒng)、與酸或堿結(jié)合系統(tǒng)5個子系統(tǒng)，
4.1 畫面顯示功能
該畫面通過Wincc6.0軟件組態(tài)編輯實現(xiàn)動態(tài)模擬顯示整個除鹽水制備的過程。利用數(shù)據(jù)鏈接技術(shù)使得畫面上的元件實現(xiàn)實時動態(tài)、閃爍、變色等功能,讓畫面上的工藝參數(shù)以數(shù)字、棒圖的形式實時顯示,并對故障進行實時診斷。
4.2 數(shù)據(jù)處理功能
對系統(tǒng)采集的各種類型信號,利用各種計算功能、數(shù)據(jù)變換功能等實現(xiàn),模擬量信號有流量、壓力、濃度及PH值,數(shù)字量信號有水泵的運行狀態(tài)、故障和啟/停信號。
4.3 系統(tǒng)操作功能
自動和手動兩種工作方式，正常運行時采用自動方式，故障和調(diào)試時采用手動方式。它由PID控制回路實現(xiàn)對一些重要的模擬量數(shù)據(jù)的**控制，以達到期望值。
4.4 報表與歷史趨勢功能
生產(chǎn)中的一些參數(shù)需要及時打印形成報表。報表分為班報、日報、月報，可定時打印，也可手動任意時間打印。一些重要參數(shù)，我們對其進行歷史數(shù)據(jù)存儲，形成歷史趨勢，可以隨時進行查看。
4.5 報警記錄功能
實時地發(fā)出所有發(fā)生故障的參數(shù)的聲光報警，提醒值班人員采取相應的措施。
5 控制設(shè)計
5.1 控制方式
生產(chǎn)設(shè)備的主要控制方式為自動/遠程手動/機旁手動三種方式。
（1）自動控制。自動完成水泵變頻啟動的所有相關(guān)過程，壓力傳感器將水泵出口壓力信號送至PLC，作為泵出口壓力單閉環(huán)控制的反饋值（給定值根據(jù)實際工況設(shè)定），通過PLC對水泵出口壓力信號變換和處理。為變頻器提供頻率給定，實現(xiàn)頻率的自動調(diào)整。
（2）遠程手動。操作人員可根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備運轉(zhuǎn)狀況，通過監(jiān)控站進行單機設(shè)備操作，實現(xiàn)除鹽水生產(chǎn)的控制工序，作為聯(lián)鎖調(diào)試用。
（3）機旁手動。作為單機檢修或現(xiàn)場調(diào)試用。
5.2 水泵的控制與聯(lián)鎖
水泵控制程序流程如圖4所示。因為除鹽水的生產(chǎn)不是連續(xù)生產(chǎn)方式，并且其產(chǎn)水量經(jīng)常根據(jù)鍋爐系統(tǒng)的負荷調(diào)整進行調(diào)整，所以生產(chǎn)設(shè)備（水泵）的控制方式應該能夠適應多種情況下的生產(chǎn)方式，如一用一備、兩用一杯等不同工況。以生水泵控制為例，生水泵組由三臺泵及相應的出口閥門組成（其中的一個泵及閥作為備用），適合不同工況下的需要�？刂品绞椒譃闄C旁控制和遠程控制兩種。機旁控制是利用選擇機旁的啟動或停止按鈕，通過PLC發(fā)出啟動或停止信號運行或停止水泵；遠程控制是操作人員在監(jiān)控室根據(jù)畫面上的啟動或停止按鈕進行點擊操作，包括聯(lián)動、單機、備用三種控制狀態(tài)，三種狀態(tài)可以任意的切換，不影響泵的運行狀態(tài)。在聯(lián)鎖狀態(tài)下，當兩臺工作泵中的任意一臺停運時，備用泵自動啟動，停運的泵則作為備用泵。當生水泵出水管壓力**5.6MPa時，進行*次報警；當運行軟水泵出口壓力**5.4MPa時，進行第二次報警，同時備用泵及出口電動閥自動投入；泵事故跳閘后，泵出口電動閥自動關(guān)閉，當每臺泵及泵出口電動閥均不能正常運行時，進行緊急報警。各控制及聯(lián)鎖可解列