建峰二化脫鹽水PLC系統的配置及應用:淺析西門子S7-400系統功能

唐易德 （重慶MDI建峰項目部）

一、硬件配置及網絡結構

建峰二化脫鹽水PLC系統采用的是西門子公司提供的S7-400系列的產品，根據系統要求系統配置如下：上位機由2臺工程師站兼操作員站組成；一臺操作站作為整個數據檢測和系統的監控;另一臺作為工程師站完成組態軟件的設計與開發。上位機配置西門子CP5611卡，通過MPI總線與下位機PLC通訊。系統配置組成如下：

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，并配有鼠標鍵盤。工程師站的主要功能是：實現控制回路編程調試，畫面生成，報表生成，過程趨勢，歷史數據記錄、參數設置等工作。

1.2 CPU配置及功能

CPU根據系統要求選用目前市場上主流產品西門子CPU416-2DP,進行邏輯和數字運行,協調整個控制系統各部分的工作，是PLC系統的核心。

1.3 電源模塊。我們脫鹽水系統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。本系統采用模塊式PLC系統，因本系統I/O點數較多，采用32點的數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模塊以減少機架負擔，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 機架。因本系統所含模塊較多，所以一個機架不能滿足設計要求，我們采用三機架設計，三個機架直接采用西門子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，與其它設備分別使用各自的接地裝置，PLC的接地線應盡量短，使接地點盡量靠近PLC，接地電阻要小于100Ω。

2、系統網絡配置

根據上述硬件配置和工藝要求，建峰二化脫鹽水PLC系統采用如下網絡配置，見下圖圖1。

二、軟件配置及系統功能

軟件分為編程軟件和監控軟件等，本系統編程軟件STEP7 V5.4版本，監控軟件用的是WINCC6.0版本。

1、編程軟件

建峰二化脫鹽水PLC系統的編程軟件采用西門子公司配套開發的STEP7 V5.4版本,首先打開SIMATIC管理器，創建一個工程名為“脫鹽水水系統”工程,再對創建的這個工程進行組態連接，編程等，達到工藝要求。使PLC程序對外有輸出，即實現程序對相應的點進行步序控制。

2、監控軟件

監控軟件采用西門子WinCC6.0，我們既可以在WinCC上做流程動態畫面，監控現場所有設備和儀表的狀態。如現場工況的溫度、壓力、流量、閥門的狀態以及泵的啟停狀態等。又可以這畫面上面操作，達到控制的目的。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、當前測量值、報警燈、設備運行狀態等顯示功能。

(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定報警級別等。

(4)管理權限設定:根據不同的級別管理人員設置不同的管理權限。

三、PLC系統實例應用

1、PLC系統的組態

建峰二化脫鹽水PLC系統組態包括：操作站組態、流程圖組態等方面。硬件組態組要是對CPU模塊、接口模塊、通信模塊、I/O模塊及操作站進行定義。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、機架號，如果是雙電源還要設置冗余等。操作站組態主要是定義各操作站IP地址、操作權限設置等；I/O模塊、主要是定義各通道地址、機架號、插槽號等。這些組態是PLC系統的基礎。

2、實例說明

通過上述介紹，操作人員在控制室內就能對現場設備的狀態進行監控，甚至有些操作可以實現完全自動控制。自動控制的實現與現場的一次測量元件有關外，PLC系統編程也很關鍵。系統是否可正常運行，關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，控制部件由遠傳液位計、排水泵、控制箱上遠程/就地、泵的就地啟/停、PH在線監測所組成，工藝條件是當控制箱上遠程/就地按鈕打到遠程時，水位高到3米，PH在7到8之間，就啟動排水泵。如果控制箱上遠程/就地按鈕在就地，不啟動泵。水位低于1米，或PH不達標就不啟動泵。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、下載和調試程序

3.1 檢查CPU工作狀況

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

（2）下載程序到可編程控制器

首先把開關模式設定在STOP，其次把模式開關切換到MRES，并保持直到STOP LED慢速閃爍兩次，松手，模式開關又回到STOP位置。在1秒內，再把模式開關又回到STOP位置，最后把模式開關切換到RUN-P位置。再從STOP轉換到RUN/RUN-P的時候，執行一次完全再啟動。當“STOP”LED沒有開始快閃時，重復這一過程。將操作模式開關重新轉換為“STOP”準備下載程序。啟動 SIMATIC Manager，在“Open”對話框中打開“text”項目。除了默認打開的“textOffline（離線）”窗口外，打開“?text?Offline（在線）”窗口。在線或離線狀態通過不同顏色的標頭指示。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，選擇需要的塊進行下。當完成下載后，這些程序塊就在在線窗口。

（3）監視變量和程序調試

建峰二化脫鹽水系統中選擇了“SIMATICS 7 Protocol Suite”做為與PLC進行通訊的驅動程序：

①接通CPU并檢查操作模式：將操作模式開關轉為RUNP。指示燈“RUN”LED亮而“STOP”LED滅，說明CPU運行正常可以開始測試程序。如果指示燈“STOP”LED也亮，說明有錯誤出現，需要評估診斷緩沖區以便診斷錯誤。

②創建變量表：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組態程序之間的連接。“Online”的字樣則會出現在狀態欄中。將CPU的鑰匙開關設置為RUN-P模式。

④監視變量：變量表監視有兩種，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，輸入數據類型數值，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欄中。變量表中的數據數值將發生改變。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果。最后利用“Monitor”測試功能檢查修改值是否被傳遞到相應變量。

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

四、總結

建峰二化脫鹽水PLC系統從安裝、調試，及后期運行維護都是作者本人具體完成的。從調試效果上看，系統運行穩定，運行效果較好。通過上述PLC系統配置為二化脫鹽水裝置今后的長期安全、穩定運行提供了有力保障。同時根據現場實際情況，并借鑒一化脫鹽水系統的運行、維護經驗，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編程技術及工程應用》，機械工業出版社，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快速應用》,人民郵電出版社,出版時間:2012-08-01。