建峰二化脫鹽水PLC系統(tǒng)的配置及應(yīng)用:淺析西門子S7-400系統(tǒng)功能

唐易德 （重慶MDI建峰項目部）

一、硬件配置及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

建峰二化脫鹽水PLC系統(tǒng)采用的是西門子公司提供的S7-400系列的產(chǎn)品，根據(jù)系統(tǒng)要求系統(tǒng)配置如下：上位機(jī)由2臺工程師站兼操作員站組成；一臺操作站作為整個數(shù)據(jù)檢測和系統(tǒng)的監(jiān)控;另一臺作為工程師站完成組態(tài)軟件的設(shè)計與開發(fā)。上位機(jī)配置西門子CP5611卡，通過MPI總線與下位機(jī)PLC通訊。系統(tǒng)配置組成如下：

1、操作站及硬件配置說明

1.1 工程師站配置及功能

工程師站兼作操作員站配置的是兩套DELL奔騰D雙核工控機(jī)，并配有鼠標(biāo)鍵盤。工程師站的主要功能是：實現(xiàn)控制回路編程調(diào)試，畫面生成，報表生成，過程趨勢，歷史數(shù)據(jù)記錄、參數(shù)設(shè)置等工作。

1.2 CPU配置及功能

CPU根據(jù)系統(tǒng)要求選用目前市場上主流產(chǎn)品西門子CPU416-2DP,進(jìn)行邏輯和數(shù)字運行,協(xié)調(diào)整個控制系統(tǒng)各部分的工作，是PLC系統(tǒng)的核心。

1.3 電源模塊。我們脫鹽水系統(tǒng)采用的是兩塊西門子PS405電源模塊，冗余配置，能為PLC以及各模塊的提供工作電源。

1.4 I/O模塊。本系統(tǒng)采用模塊式PLC系統(tǒng)，因本系統(tǒng)I/O點數(shù)較多，采用32點的數(shù)字量輸入輸出模塊單元DI/DO32xDC24V型號為6ES7 322 1BL00 0AA0和6ES7 321 1BL00 0AA0，采用多點I/O模塊以減少機(jī)架負(fù)擔(dān)，采用8點模擬量輸入單元AI8x12bi模塊其型號為6ES7 331 7KF02 0AB0)，同時留有20%備用通道。

1.5 機(jī)架。因本系統(tǒng)所含模塊較多，所以一個機(jī)架不能滿足設(shè)計要求，我們采用三機(jī)架設(shè)計，三個機(jī)架直接采用西門子IM 360模塊連接。

1.6 PLC接地。良好的接地是PLC安全可靠運行的重要條件。為了抑制干擾，PLC一般最好單獨接地，與其它設(shè)備分別使用各自的接地裝置，PLC的接地線應(yīng)盡量短，使接地點盡量靠近PLC，接地電阻要小于100Ω。

2、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置

根據(jù)上述硬件配置和工藝要求，建峰二化脫鹽水PLC系統(tǒng)采用如下網(wǎng)絡(luò)配置，見下圖圖1。

二、軟件配置及系統(tǒng)功能

軟件分為編程軟件和監(jiān)控軟件等，本系統(tǒng)編程軟件STEP7 V5.4版本，監(jiān)控軟件用的是WINCC6.0版本。

1、編程軟件

建峰二化脫鹽水PLC系統(tǒng)的編程軟件采用西門子公司配套開發(fā)的STEP7 V5.4版本,首先打開SIMATIC管理器，創(chuàng)建一個工程名為“脫鹽水水系統(tǒng)”工程,再對創(chuàng)建的這個工程進(jìn)行組態(tài)連接，編程等，達(dá)到工藝要求。使PLC程序?qū)ν庥休敵?，即實現(xiàn)程序?qū)ο鄳?yīng)的點進(jìn)行步序控制。

2、監(jiān)控軟件

監(jiān)控軟件采用西門子WinCC6.0，我們既可以在WinCC上做流程動態(tài)畫面，監(jiān)控現(xiàn)場所有設(shè)備和儀表的狀態(tài)。如現(xiàn)場工況的溫度、壓力、流量、閥門的狀態(tài)以及泵的啟停狀態(tài)等。又可以這畫面上面操作，達(dá)到控制的目的。功能如下所示：

表1

(1)趨勢功能:對工藝流程中的液位、溫度、流量、PH值、等以歷史曲線形式顯示 。

(2)顯示功能:工藝流程畫面、操作模式、當(dāng)前測量值、報警燈、設(shè)備運行狀態(tài)等顯示功能。

(3)報表生成和報警處理功能:記錄故障信息、記錄報警時間以及設(shè)定報警級別等。

(4)管理權(quán)限設(shè)定:根據(jù)不同的級別管理人員設(shè)置不同的管理權(quán)限。

三、PLC系統(tǒng)實例應(yīng)用

1、PLC系統(tǒng)的組態(tài)

建峰二化脫鹽水PLC系統(tǒng)組態(tài)包括：操作站組態(tài)、流程圖組態(tài)等方面。硬件組態(tài)組要是對CPU模塊、接口模塊、通信模塊、I/O模塊及操作站進(jìn)行定義。I/M模塊、CPU模塊、PS模塊及通信模塊主要是定義該模塊型號、插槽號、機(jī)架號，如果是雙電源還要設(shè)置冗余等。操作站組態(tài)主要是定義各操作站IP地址、操作權(quán)限設(shè)置等；I/O模塊、主要是定義各通道地址、機(jī)架號、插槽號等。這些組態(tài)是PLC系統(tǒng)的基礎(chǔ)。

2、實例說明

通過上述介紹，操作人員在控制室內(nèi)就能對現(xiàn)場設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，甚至有些操作可以實現(xiàn)完全自動控制。自動控制的實現(xiàn)與現(xiàn)場的一次測量元件有關(guān)外，PLC系統(tǒng)編程也很關(guān)鍵。系統(tǒng)是否可正常運行，關(guān)鍵在于在與軟件和硬件的實施。下面以脫鹽水的中和水池自動控制系統(tǒng)為例簡單介紹一下其控制原理的建立過程。

脫鹽水的中和池的水位控制，控制部件由遠(yuǎn)傳液位計、排水泵、控制箱上遠(yuǎn)程/就地、泵的就地啟/停、PH在線監(jiān)測所組成，工藝條件是當(dāng)控制箱上遠(yuǎn)程/就地按鈕打到遠(yuǎn)程時，水位高到3米，PH在7到8之間，就啟動排水泵。如果控制箱上遠(yuǎn)程/就地按鈕在就地，不啟動泵。水位低于1米，或PH不達(dá)標(biāo)就不啟動泵。在PLC編程過程中，我們首先要定義I/O分配表，如下表1。

程序如下圖圖2所示。

3、下載和調(diào)試程序

3.1 檢查CPU工作狀況

（1）CPU是PLC系統(tǒng)核心，檢查CPU上各指示燈指示狀態(tài)是很重要過程，無論是調(diào)試過程中還是正常生產(chǎn)運行，都需要CPU正常工作。

（2）下載程序到可編程控制器

首先把開關(guān)模式設(shè)定在STOP，其次把模式開關(guān)切換到MRES，并保持直到STOP LED慢速閃爍兩次，松手，模式開關(guān)又回到STOP位置。在1秒內(nèi)，再把模式開關(guān)又回到STOP位置，最后把模式開關(guān)切換到RUN-P位置。再從STOP轉(zhuǎn)換到RUN/RUN-P的時候，執(zhí)行一次完全再啟動。當(dāng)“STOP”LED沒有開始快閃時，重復(fù)這一過程。將操作模式開關(guān)重新轉(zhuǎn)換為“STOP”準(zhǔn)備下載程序。啟動 SIMATIC Manager，在“Open”對話框中打開“text”項目。除了默認(rèn)打開的“textOffline（離線）”窗口外，打開“?text?Offline（在線）”窗口。在線或離線狀態(tài)通過不同顏色的標(biāo)頭指示。在兩個窗口中定位到Blocks文件夾。離線窗口顯示編程設(shè)備上的情形，在線窗口顯示CPU上的情形。如果要下載所有的塊，在離線窗口左面選擇Blocks文件夾，然后用菜單命令PLC(Download下載程序到CPU，點擊OK。如果只下載幾個塊，可以按住CTRL鍵，選擇需要的塊進(jìn)行下。當(dāng)完成下載后，這些程序塊就在在線窗口。

（3）監(jiān)視變量和程序調(diào)試

建峰二化脫鹽水系統(tǒng)中選擇了“SIMATICS 7 Protocol Suite”做為與PLC進(jìn)行通訊的驅(qū)動程序：

①接通CPU并檢查操作模式：將操作模式開關(guān)轉(zhuǎn)為RUNP。指示燈“RUN”LED亮而“STOP”LED滅，說明CPU運行正?？梢蚤_始測試程序。如果指示燈“STOP”LED也亮，說明有錯誤出現(xiàn)，需要評估診斷緩沖區(qū)以便診斷錯誤。

②創(chuàng)建變量表：在SIMATIC管理器“Text”項目離線窗口選擇Blocks文件夾并用鼠標(biāo)右鍵點擊右半窗口，在彈出菜單中插入一個Variable Table并接受缺省設(shè)置。打開 “Monitoring and modifying Variable”窗口。開始變量表是空的，需為“Text”項目輸入符號名或地址。存儲變量表：Table-＞Save或Table As保存變量。

③將變量表切換為在線：

點擊 “Monitoring and modifying Variable”窗口工具欄中的ON按鈕建立與WinCC組態(tài)程序之間的連接。“Online”的字樣則會出現(xiàn)在狀態(tài)欄中。將CPU的鑰匙開關(guān)設(shè)置為RUN-P模式。

④監(jiān)視變量：變量表監(jiān)視有兩種，一是選擇菜單命令Variable-＞Update Monitor Values，可以刷新變量一次；選擇菜單命令Variable-＞Monitor，可以每個掃苗周期刷新變量。修改變量如下：左鍵點擊“Modify Value”列中要修改變量的行，輸入數(shù)據(jù)類型數(shù)值，其次選擇菜單Variable-＞Activate Modify Values激活修改的值一次或選擇菜單Variable-＞Modify每個掃描周期激活修改值。CPU的操作模式顯示在狀態(tài)欄中。變量表中的數(shù)據(jù)數(shù)值將發(fā)生改變。在Modify Value這一欄中為控制主回路給定值變量輸入新的值，修改值傳送到CPU，被CPU處理后，可以看到變化后的結(jié)果。最后利用“Monitor”測試功能檢查修改值是否被傳遞到相應(yīng)變量。

⑤程序調(diào)試：在激活監(jiān)視模式前，在(LAD/STL/FBD)編輯器中，必須離線或在線打開要監(jiān)視的程序塊。為了離線測試程序塊，必須把它下載到PLC。激活/取消“監(jiān)視”測試功能兩種方法是點擊“眼鏡”圖標(biāo)或在選擇菜單Debug-＞Monitor，在“測試功能”中可以得到程序測試的詳細(xì)信息。在完成測試后就可將系統(tǒng)投入正式運行了。

四、總結(jié)

建峰二化脫鹽水PLC系統(tǒng)從安裝、調(diào)試，及后期運行維護(hù)都是作者本人具體完成的。從調(diào)試效果上看，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，運行效果較好。通過上述PLC系統(tǒng)配置為二化脫鹽水裝置今后的長期安全、穩(wěn)定運行提供了有力保障。同時根據(jù)現(xiàn)場實際情況，并借鑒一化脫鹽水系統(tǒng)的運行、維護(hù)經(jīng)驗，制定了有效措施，為整個二化裝置的運行提供了保障。

[1]柴瑞娟 陳海霞《西門子PLC編程技術(shù)及工程應(yīng)用》，機(jī)械工業(yè)出版社，書號ISBN711119599X.2006年8月。

[2]韋尚潮《PLC與變頻器》,叢書 出 版 社：電子工業(yè)出版社書號ISBN：9787121134036出版時間：2011-05-01。

[3]陳忠平,鄔書躍,胡彥倫 《西門子S7-300-400快速應(yīng)用》,人民郵電出版社,出版時間:2012-08-01。