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西門子模塊6ES7511-1TL03-0AB0詳細說明

一、 概述

近年來廣播電視發射技術有了飛躍的發展，朝著率、全固態化、智能化方向發展，新型的控制系統多以單片機為核心構成，具有高度的智能化和**性。隨著自動化技術的高速發展，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。

本文以我曾做的某電視臺房實時監控系統為例，介紹西門子PLC在廣電系統中的應用。系統采用1臺西門子S7-300作為主站，5臺S7-200作為從站，主站通過穩定的工業現場總線（PROFIBUS-DP）將從站采集的所有PLC的數據傳送給上位機畫面，從而給工作人員的管理帶來了方便。

二、 系統硬件

該控制系統共需開關量輸入93點，開關量輸出35點，模擬量輸入62點。為盡可能減少電磁干擾，根據分布情況，系統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。在發射臺監控室設置了兩臺裝有西門子WinCC組態軟件的研華工控機。整個系統通過工業現場總線（PROFIBUS-DP）聯接而成。系統網絡結構見“系統原理圖”

6臺PLC工作站完成*底層的控制動作，包括：開關信號的采集，模擬信號的采集，以及由PLC給發出控制信號。選用一臺S7-300是為了實現上位機冗余、底層PLCCPU時鐘校正、自動開關數據存儲和所有采集的數據的*集中處理。

2臺上位機通過工業以太網（TIP/IP），完成互相冗余；同時，通過總線將6臺PLC的數據全部采集上來，在畫面上顯示。冗余的上位機增強了整個系統的**性。

由于發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，在工作站PLC與之間使用了信號調理電路聯接；信號調理電路的作用是將的模擬量信號轉化為標準的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、 系統軟件

整個軟件系統分為PLC工作站應用軟件和上位機人機界面組態軟件兩大部分。本系統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組態軟件進行了上位機人機界面的組態編程。

四、 系統功能

本系統主要實現了下述功能：

1.自動監測系統運行狀態，實時監測、記錄各參數量值（包括模擬量和開關量值）；對異常情況和參數越限進行記錄報警；自動記錄各機器開關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，并可根據故障程度自動開啟備用；

4. 根據不同用戶的權限實時控制各種操作。

5.自動生成報表功能：可根據用戶的要求，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；
2) 可修關機時間、當前時間、倒機時間；
3) 可通過鍵盤操作實現開機、關機、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進行設置或直接控制，主要的命令有：開機（包括高開、低開）、關機（包括高關、低關）、倒機、復位等。值班員通過這些功能，控制設備的工作狀態。

為了*系統的安全有效運行，系統提供口令管理機制來限定值班員的操作權限和操作范圍。值班員的權限由系統管理員設定。

系統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。系統可以對進行查詢、檢索，以便了解值班員對系統的操作

8. 數據查詢
1) 歷史曲線：查詢設備的模擬量，每五分鐘取一點數據，畫出昨天和今天的兩條曲線。
2) 事件查詢列出設備發生故障或越限這兩種事件，并顯示故障代碼及含義，發生故障設備的數據、狀態。

9. 數據存儲：
1) 一類是五分鐘數據，它只包含模擬量，因為數據量較大，只需保存三個月，五分鐘數據以曲線的方式顯示；
2) 一類是例行數據（整點數據），包括模擬量、開關量，整點數據是各類報表的依據。
3) 另一類是故障數據，包含故障前后十秒內的所有數據。
4) 所有歷史數據亦可存入光盤長期保存。

10. 數據庫的通用性和安全性

1) 歷史數據存放在主服務器數據庫中，在從服務器中建立該數據庫的鏡像備份，兩者通過定時校驗，發現問題及時自動恢復。

2) 對數據庫的查閱、修改、刪除設置不同級別的權限，以防數據庫中的信息被破壞。

11.MIS系統（管理信息系統）是監控系統中的一部分，是一個小型的數據庫，主要是對機房內的器材、圖紙資料、技術進行統一的、規范的、科學的管理。MIS系統具備一般數據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、統計、打印報表等功能。

12. 遠程訪問采用網絡操作系統、內置Web Server軟件，利用Web信息發布技術，通過局辦公網，為上級**和相關職能部門提供有關的信息。

為了*系統的安全，減少系統入侵或人為破壞的可能性，應設置實時數據網關，使監控網能共享辦公網資源，辦公網不能直接訪問監控網，只能按權限**約定的實時信息。

五、 結束語

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組態軟件，功能強大，使系統開發變的更容易

 系統結構
根據工藝的要求，萊鋼銀山型鋼公司25MW發電工程除鹽水站PLC控制系統采用一套西門子的SIMATIC的S7-400主站外掛ET200遠程I/O模塊從站結構，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，這樣的構架既*了PLC系統的**性又為用戶節省了成本。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，是在工業現場經常使用的PROFIBUSDP現場總線上的從站，用于連接工業控制系統中的各種現場裝置。
3.1 硬件配置
本系統是建立在S7-400控制器、DELL的Pentium工控機平臺之上的分布式系統。S7-400是模塊化PLC系統，采用標準的以太網通訊，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點數為168個，邏輯掃描率為1.25MB/s。S7-400與上位機采用工業以太網，通訊速率為100Mbps

除鹽水生產線自動化控制系統設計由兩級網絡組成，一級是過程控制級，二級是基礎控制級。
*級——過程控制。以S7-400PLC系統作為主要控制核心,由兩臺上位機、PLC控制單元加以太網卡等組成工業以太網，監控站利用組態軟件Wincc實現對工作現場進行監督控制，*處理器采用CPU416，I/O系統采用ET200M，通過ET200分布I/O通訊對流量、液位、pH值、出口壓力等參數進行采集，上位機將實時數據庫的數據送到服務器的關系數據庫中，進行保存和數據處理。過程控制級通過工業以太網將上位機系統和現場監測與控制點緊密的結合為一個整體，從而實現對整個控制系統的計算機在線遠程診斷功能。

第二級——基礎自動化。Profibus-DP網絡是網絡集成的*底層，主要是連接現場設備。主站S7-400PLC通過Profibus-DP網與從站通信，一方面主站將控制數據電機速度設定、溫度、壓力設定、接觸器吸合及斷開等發送到傳動裝置；另一方面傳動裝置的電機轉速、傳感器流量、溫度、壓力、接觸器觸點的通斷等數據通過通信傳送到主站PLC*的寄存器地址。Profibus-DP主要用于工業自動化系統的高速數據傳送，實現調節和控制功能，是一種高速通訊，用于設備級控制系統與分散式I/O的通訊，是計算機網絡通訊向現場級的延伸。
3.2 軟件設計
計算機操作系統采用bbbbbbs 2000 Professional中文版本，上位機軟件采用Wincc 6.0組態軟件來實現。
（1）操作系統軟件bbbbbbs 2000Professional中文版提供了一個*、的多用戶、多任務操作系統環境，是目前使用廣泛的工控系統。
（2）Wincc6.0軟件實現了對整個系統的開關量、模擬量的采集和處理，并顯示在監控畫面上，在對多臺重要水泵的控制中的物理量如電流、主回路運行、頻率設定，有無故障等都實時顯示在系統畫面上，方便操作人員及時掌握系統的運行情況。
（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 系統功能
根據除鹽水生產工藝，監控系統的功能主要是實現對工業新水的加藥、過濾、超濾、反滲透技術、陰陽離子置換、酸堿作用等控制工序，大致可分為過濾系統、超濾系統、反滲透系統、陰陽離子置換系統、與酸或堿結合系統5個子系統，

4.1 畫面顯示功能
該畫面通過Wincc6.0軟件組態編輯實現動態模擬顯示整個除鹽水制備的過程。利用數據鏈接技術使得畫面上的元件實現實時動態、閃爍、變色等功能,讓畫面上的工藝參數以數字、棒圖的形式實時顯示,并對故障進行實時診斷。
4.2 數據處理功能
對系統采集的各種類型信號,利用各種計算功能、數據變換功能等實現,模擬量信號有流量、壓力、濃度及PH值,數字量信號有水泵的運行狀態、故障和啟/停信號。
4.3 系統操作功能
自動和手動兩種工作方式，正常運行時采用自動方式，故障和調試時采用手動方式。它由PID控制回路實現對一些重要的模擬量數據的**控制，以達到期望值。
4.4 報表與歷史趨勢功能
生產中的一些參數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，我們對其進行歷史數據存儲，形成歷史趨勢，可以隨時進行查看。
4.5 報警記錄功能
實時地發出所有發生故障的參數的聲光報警，提醒值班人員采取相應的措施。

5 控制設計
5.1 控制方式
生產設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控制的反饋值（給定值根據實際工況設定），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，實現頻率的自動調整。
（2）遠程手動。操作人員可根據現場設備運轉狀況，通過監控站進行單機設備操作，實現除鹽水生產的控制工序，作為聯鎖調試用。
（3）機旁手動。作為單機檢修或現場調試用。
5.2 水泵的控制與聯鎖
水泵控制程序流程如圖4所示。因為除鹽水的生產不是連續生產方式，并且其產水量經常根據鍋爐系統的負荷調整進行調整，所以生產設備（水泵）的控制方式應該能夠適應多種情況下的生產方式，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控室根據畫面上的啟動或停止按鈕進行點擊操作，包括聯動、單機、備用三種控制狀態，三種狀態可以任意的切換，不影響泵的運行狀態。在聯鎖狀態下，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。各控制及聯鎖可解列