西門子S7—300的泵站現場控制級的設計與實現研究

摘 要：針對某泵站自動化監控工程來說，其泵站共有630kw的水泵組成，同時，四個泵站還配備有相應的電氣設備，例如主變壓器、勵磁變壓器、防洪閘、冷卻水系統等。為了能夠有效的對泵站自動化和泵站管理運行現代化的實現，具體的可以對泵站進行綜合自動化監控系統的使用。所運用的系統分層分布式集散型控制系統的體系結構在第一層為現場控制級、第二層為集中管理操作級，分別可以用于對電氣、水情、閘門和水泵等的監控等。本文重點對西門子S7-300系列模塊化PLC產品的現場控制級問題進行了研究。

關鍵詞：西門子S7-300系列；現場控制級；設計與實現

雨水泵站通常都是由水泵和其相應的配套組合而成，例如閘門、格柵除污機、螺旋輸送機以及壓榨機等。想要能夠是泵站自動化和泵站管理運行現代化的有效實現，就需要運用上述系統中所用到的上位機設備和PLC來對各類信號的采集、監控和管理任務進行完成，并通過通訊接口將信號遠傳。

1 現場控制級設計

根據此泵站工程設計的需要，現場控制級所采用的為西門子公司S7-300可編程邏輯控制器。PLC系統按照一定的分布分散式進行相應的監控設計，簡單的說就是運用一臺PCL系統對應一類較為單一的任務或單一的設備。此系統中所運用的PLC為6臺，并通過SINEC Industrial Ethernet（H1）工業以太網連接起來。其中，電氣PLC所負責的主要工作就是對主變、站變、勵磁變以及電氣回路的狀態等進行長期的測量與監控，同時，還需要對開關機時相應設備的投退進行負責。而事故PLC主要是對水泵運行時相關事故報警信號的監測進行負責，同時，也為未來的微機保護提供相應的接口。其余四臺PLC，每臺都對應自己相應的水泵，其主要的工作就是對進口水位、機組溫度、電動機電壓、電流、功率因數等進行循環性的監測。

2 現場控制級的硬件構成

2.1 傳感器與變送器

此系統所進行的主要監測工作就是模擬電量和模擬非電量。其中，模擬電量主要包括的內容有電氣設備的電流、電壓等；而模擬非電量所包括的內容主要有壓力、水位和溫度等。相對應的，模擬電量可以通過相應變送器進行電流信號的轉換，例如可以運用一次或二次變送器轉變成為4-20mA，而4-20mA是標準電流信號。而且，此標準電流信號還可以進行PLC系統的接入。其中，傳感器所采用的是KY系列壓力傳感器和KYS系列液位傳感器，而變送器則采用的是西門子7KG系列交流變送器。

2.2 S7-300可編程控制器

S7-300系列模塊化PLC產品是西門子公司推出的具有功能強、速度快、模塊化、五排風扇結構、易于實現分步、可擴性強的優點，同時也是一種微型可編控制器，其控制器的適用特點是能夠進行快速的過程處理，以及對數據進行處理。S7-300可編程控制器的組成部分主要包括PC、CPU、SM、FM、CP等。

3 基于S7-300的軟件開發

3.1 應用軟件的開發環境和基本開發步驟

S7-300系列PLC產品的程序設計開發環境可以通過相應的STEP7進行實現，它們工作的主要環境是通過Windows98實現的，其具體編程的步驟是：

第一，對CPU程序項目和工作站進行生成；第二，以梯形圖輸入法作為數據的輸入方法；第三，對符號名進行指定。簡單的說就是即可以通過符號地址進行數據的存儲，也可以通過絕對地址進行數據的儲存；第四，對S7-300結構/模塊進行相應的配制；第五，進行CPU間通信的配制；第六，將需要安裝的程序下載到CPU；第七，進行程序的調試工作，同時，可以根據STEP7所提供的相應功能進行程序的調試；第八，對CPU的程序狀態進行監視。

3.2 S7-300系列PLC產品應用程序的具體實現

一般情況下，可以將PLC應用程序分為七個主要模塊，即：

第一，戰備用投入模塊，即FC1，其最主要的功能就是對泵站開機前的總體工作進行準備。同時，如果發現總管壓力不正常，則就不能進行輔機系統供水泵合工作，而供油系統則需要按照相關的步驟進行設定，為打油工作做好準備；第二，主機備用投入，即FC20，此程序中最主要的功能就是進行水泵開機前的準備工作，如合冷卻水電磁閥、開防洪門等；第三，主機開機，即FC2，此程序最主要的功能就是進行油閥的開加，其主要包括主電機開關合、定子電流的檢測等；第四，主機運行程序，FC16，此部分主要的作用就是對主機運行狀態進行檢測；第五，主機停機程序，即FC3，其主要的功能就是對水電磁閥斷進行冷卻等；第六，主機備用推出，即FC35，其主要的作用就是對洪門進行關防以及對加油閥進行關斷；第七，戰備用推出，即FC2，其主要的功能就是勵磁變高壓側開關斷等。

通過上述七個模塊相應調度的命令可以知道，其控制流程具有一定的順序。如果其中的一個模塊動作執行完畢，那么PLC程序就會置一個成功或失敗的標志，也就會進行下個模塊的執行。具體的站備用投入的梯形圖應用程序如圖1所示。

PLC樹型結構中程序的分布與PLC模塊中程序的分布有所不同。其中，上下兩個部分在電氣PLC中，而中間部分則在1號泵PLC中。

4 結束語

綜上所述，對西門子公司S7-300對現場控制級進行實現的主要優點有：PLC功能相對來說較為簡單，安裝調試工作容易，容易進行故障的查找等。因為在此系統中，如果一臺PLC發生問題，并不會對其他PLC的工作產生影響，所以，此系統就會具有很高的可靠性和設備互換能力。

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