西門子plc在小型水廠的應(yīng)用

現(xiàn)地控制單元為電站監(jiān)控系統(tǒng)全分布式結(jié)構(gòu)中的智能控制設(shè)備，由它實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)與電站設(shè)備的接口，完成監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)電站設(shè)備的監(jiān)控。它可以作為所屬設(shè)備的獨(dú)立監(jiān)控裝置運(yùn)行，當(dāng)現(xiàn)地控制單元與主控級(jí)失去時(shí)，由它獨(dú)立完成對(duì)所屬設(shè)備的監(jiān)控，包括在現(xiàn)地由操作人員實(shí)行的監(jiān)控及由現(xiàn)地控制單元對(duì)設(shè)備的自動(dòng)監(jiān)控。

配置如下圖1：
2.1 機(jī)組現(xiàn)地控制單元
機(jī)組現(xiàn)地控制單元每臺(tái)機(jī)組配置S7-200西門子plc一套，分別編號(hào)為1#LCU、2#LCU、3#LCU、4#LCU。屏上配有觸摸屏、PLC模塊、交流量智能變送器，每套機(jī)組現(xiàn)地控制單元采用溫度變送器及智能溫度巡檢裝置兩種方式采集機(jī)組各測溫點(diǎn)的溫度。溫度巡檢裝置經(jīng)通信接口與本單元進(jìn)行通信。相關(guān)的備用、調(diào)相、發(fā)電、故障和事故等狀態(tài)指示，以及開停機(jī)、緊停、過速保護(hù)等功能按鈕及連片。
西門子PLC配置
機(jī)組現(xiàn)地控制單元的PLC采用S7-200CN西門子plc可編程控制器（PLC）模塊。該系列西門子PLC 適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動(dòng)化。S7-200CN系列的強(qiáng)大功能使其無論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此S7-200CN系列具有*的性能/價(jià)格比。
根據(jù)系統(tǒng)要求，西門子PLC配置如下：
①中央處理模塊（CPU）：選用CPU226CN（24點(diǎn)DI/16點(diǎn)DO）。
②數(shù)字量輸入模塊（DI）：選用EM221，共2塊（16點(diǎn)DI/塊）。
③數(shù)字量輸入輸出模塊（DI/DO）：選用EM223，1塊（16點(diǎn)DI/16點(diǎn)DO）。
④溫度量輸入模塊（RTD）：選用EM231，共2塊（8點(diǎn)/塊）
⑤ PROFIBUS-DP接口模塊：EM277，1塊。
⑥ PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)連接器1個(gè)。
威綸觸摸屏配置
觸摸屏采用K-TP178micro西門子觸摸屏。該屏是西門子專門針對(duì)中國中小型自動(dòng)化產(chǎn)品用戶需求而設(shè)計(jì)的全新西門子觸摸屏。通過點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接（PPI或者M(jìn)PI）完成和S7-200CN控制器的連接，整個(gè)系統(tǒng)渾然一體，具有良好的穩(wěn)定性和抗干擾性。通信速率可達(dá)187.5kbaud。它的操作界面非常友好，不但可以通過MT8121iE觸摸屏來執(zhí)行操作，更可以通過面板上的6個(gè)按鍵來執(zhí)行操作。此外該屏采用了32位ARM7的CPU處理芯片，同時(shí)擁有超大的內(nèi)存空間使操作響應(yīng)更加快速。
2.2公用及開關(guān)站現(xiàn)地控制單元

公用及開關(guān)站現(xiàn)地控制單元配置S7-200西門子plc一套，編號(hào)為5#LCU，配置西門子PLC模塊、溫度采集模塊、CM-320B多對(duì)象微機(jī)準(zhǔn)同期裝置、交流量智能變送器、西門子K-TP178micro觸摸屏、開出繼電器、交流采樣裝置等相關(guān)器件。主要對(duì)全廠公用的油、氣、水輔助系統(tǒng)，廠用交流電源系統(tǒng)，直流電源系統(tǒng)及開關(guān)站等監(jiān)控對(duì)象的數(shù)據(jù)采集及實(shí)時(shí)控制。
根據(jù)系統(tǒng)要求，西門子PLC配置如下：
①中央處理模塊（CPU）：選用CPU226（24點(diǎn)DI/16點(diǎn)DO）。
②數(shù)字量輸入模塊（DI）：選用EM221，共2塊（16點(diǎn)DI/塊）。
③數(shù)字量輸入輸出模塊（DI/DO）：選用EM223，1塊（16點(diǎn)DI/16點(diǎn)DO）。
④溫度量輸入模塊（RTD）：選用EM231，共2塊（8點(diǎn)/塊）
⑤模擬量輸入模塊（AI）：選用EM231，1塊（4點(diǎn)AI）。
⑥ PROFIBUS-DP接口模塊：EM277，1塊。
⑦ PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)連接器1個(gè)。
2.3現(xiàn)地控制單元系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能：
2.3.2安全運(yùn)行監(jiān)視
安全運(yùn)行監(jiān)視包括全廠運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視及參數(shù)在線修改、狀變監(jiān)視、越限檢查、過程監(jiān)視、趨勢(shì)分析和監(jiān)控系統(tǒng)異常監(jiān)視。
2.3.3控制與調(diào)節(jié)
機(jī)組現(xiàn)地控制單元能自動(dòng)完成開、停機(jī)操作和有功、無功功率的調(diào)節(jié)，而不需依賴于電站控制中心。在接受電站控制中心命令后，工況轉(zhuǎn)換及調(diào)節(jié)能自動(dòng)完成，也能分步自動(dòng)完成。機(jī)組現(xiàn)地控制單元也能執(zhí)行現(xiàn)地人機(jī)接口發(fā)出的現(xiàn)場命令。
機(jī)旁設(shè)控制權(quán)切換開關(guān)（上行信息不受切換開關(guān)位置影響）。開關(guān)置于“中控室”時(shí)，則機(jī)組僅受控于電站控制中心，置于“現(xiàn)地”時(shí)則僅可由運(yùn)行人員通過現(xiàn)地控制單元對(duì)機(jī)組進(jìn)行控制。
機(jī)組控制單元順序控制
機(jī)組同步并網(wǎng)
機(jī)組輔助設(shè)備的自動(dòng)控制、監(jiān)視
①事件檢測和發(fā)送
自動(dòng)檢測本單元所屬的設(shè)備、繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的動(dòng)作情況，當(dāng)發(fā)生狀變時(shí)，將事件的性質(zhì)依次檢測、歸類存檔，并上送電站控制中心。
2.3.4數(shù)據(jù)通信
完成與電站控制中心的數(shù)據(jù)交換，實(shí)時(shí)上送電站控制中心所需的過程信息，接收電站控制中心的控制和調(diào)節(jié)命令。
機(jī)組現(xiàn)地控制單元接收電站控制中心所用的同步時(shí)鐘信息以保持同電站控制中心同步。
與電能計(jì)量裝置及其他承包商提供的微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器、微機(jī)調(diào)速器、微機(jī)繼保裝置、微機(jī)測速裝置、溫度巡檢裝置等之間通信，進(jìn)行信息交換，提供接口軟件。
2.3.5系統(tǒng)診斷
機(jī)組現(xiàn)地控制單元硬件故障診斷：可在線或離線自檢設(shè)備的故障，故障診斷能定位到模塊。
軟件故障診斷：應(yīng)用軟件運(yùn)行時(shí)，若遇故障能自動(dòng)給出故障性質(zhì)及部位，并提供相應(yīng)的軟件診斷工具。
2.4上位機(jī)配置
①服務(wù)器 (DELL P4 2.8G處理器、512MB內(nèi)存、80GB的硬盤)。
②彩色顯示器 (DELL 21寸彩色顯示器)。
③語音報(bào)警設(shè)備 (多媒體聲卡、音箱)。
④ CP5611網(wǎng)卡
⑤ SIMATIC NET 6.0。
⑥ WINCC 5.1。
上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用西門子WinCC人機(jī)接口軟件，該軟件可以很好的支持S7系列西門子plc，且具有強(qiáng)大的畫面組態(tài)、報(bào)警設(shè)置、數(shù)據(jù)存檔、報(bào)表設(shè)計(jì)等功能。此外還集成了多種網(wǎng)絡(luò)連接方式，使其與自動(dòng)化系統(tǒng)連接起來更加方便。
2.5上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能：
2.5.1數(shù)據(jù)采集與處理；
主控級(jí)自動(dòng)采集和處理各現(xiàn)地控制單元的各類實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和處理電站設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，采集的數(shù)據(jù)及處理量主要有以下幾種：
①電氣量：主控級(jí)收集由現(xiàn)地控制單元采集的各電氣量：
②模擬量
溫度：機(jī)組上導(dǎo)、下導(dǎo)、水導(dǎo)、推力軸承的瓦溫、油溫、冷卻水溫、轉(zhuǎn)子線圈、定子線圈和鐵芯的溫度及變壓器油溫等。
③數(shù)字量：各現(xiàn)地控制單元將采集到的數(shù)字量上送主控級(jí)進(jìn)行處理或現(xiàn)地處理
④脈沖量：各現(xiàn)地控制單元對(duì)采集到的脈沖量進(jìn)行累計(jì)，換算成相應(yīng)的電度量后，上送主控級(jí)進(jìn)行全廠日、月、年發(fā)電量累加處理。
⑤數(shù)據(jù)壓縮精簡：對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)按要求進(jìn)行篩選整理，去掉無用的數(shù)據(jù)后，將“壓縮”了的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫。
WinCC控制畫面
三、關(guān)鍵技術(shù)的使用
3.1 PROFIBUS現(xiàn)場總線技術(shù)
隨著制造業(yè)自動(dòng)化和過程自動(dòng)化中分散化結(jié)構(gòu)的迅速增長，現(xiàn)場總線的應(yīng)用日益廣泛，現(xiàn)場總線實(shí)現(xiàn)了數(shù)字和模擬輸入/輸出模塊、智能信號(hào)裝置和過程調(diào)節(jié)裝置與可編程邏輯控制（PLC）和PC之間的數(shù)據(jù)傳輸，把I/O通道分散到實(shí)際需要的現(xiàn)場設(shè)備附近，從而使整個(gè)系統(tǒng)的工程費(fèi)用、裝配費(fèi)用、硬件成本、設(shè)備調(diào)試和維修成本減少到zui少。PROFIBUS現(xiàn)場總線滿足了生產(chǎn)過程現(xiàn)場數(shù)據(jù)可存取性的重要要求，一方面它覆蓋了傳感器/執(zhí)行器領(lǐng)域的通信需求，另一方面又具有單元級(jí)領(lǐng)域的所有網(wǎng)絡(luò)通信功能。
在寶壇一、二級(jí)站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中各控制單元之間通過PROFIBUS現(xiàn)場總線連接。裝有CP5611網(wǎng)卡的上位機(jī)作主站，各控制單元以PROFIBUS-DP從站的方式接入。

WinCC連接PROFIBUS-DP從站
編程時(shí)，首先要配置CP5611網(wǎng)卡。像配置S7-300西門子plc站一樣將其組態(tài)為PROFIBUS主站（DP-MASTER），將其下載到硬件中。WinCC側(cè)的組態(tài)，在WinCC程序中添加PROFIBUS-DP協(xié)議，并設(shè)置其系統(tǒng)參數(shù)。在DP連接協(xié)議下添加新的連接及變量即可。
3.2 數(shù)據(jù)庫軟件Sybase
數(shù)據(jù)庫軟件采用了Sybase公司的Sybase服務(wù)器軟件，利用Sybase數(shù)據(jù)庫強(qiáng)大的數(shù)據(jù)引擎，確保各個(gè)電站子控制系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)和操作、報(bào)警記錄的迅速而準(zhǔn)確的記錄，同時(shí)保證各個(gè)電站子控制系統(tǒng)對(duì)歷史數(shù)據(jù)的報(bào)表統(tǒng)計(jì)、查詢等功能的實(shí)現(xiàn)。并為將來和MIS系統(tǒng)的連接作好預(yù)留手段。
3.3 S7-200系列西門子plc與PMAC通訊
系統(tǒng)采用的S7-200系列CPU226CN模塊上具有兩個(gè)可編程的自由通訊口， PMAC采用標(biāo)準(zhǔn)的485通訊方式，支持PROFIBUS通訊協(xié)議。我們將PMAC的485+極接入CPU一個(gè)通訊口的3腳，485-極接入8腳，用STEP 7-Micro/WIN軟件對(duì)通訊口進(jìn)行編程。