基于Simatic S7-200smart PLC的小型分布式控制系統設計

張 震，許 磊，郝利平，李晨陽

（內蒙古久科康瑞環保科技有限公司，內蒙古鄂爾多斯 017000）

0 引言

豐富的煤炭資源為我國提供了解決石油、天然氣儲量不足的方案，隨著煤化工產業的不斷發展，廢水排放問題也逐漸引發人們的關注[1]。分布式控制系統的“分布”體現在物理上分立并分布在不同位置上的多個子系統，在功能上集成為一個系統[2]。因而在設備多且布置范圍大的煤化工領域有著廣泛的應用。水處理作為化工領域的一個分支，大量應用各種各樣的分布控制系統。本文所提小型分布式控制系統應用于“高含鹽廢水深度處理與資源化”中型試驗設備，經性能考核，完全達到控制要求，由于整套系統具有與同類系統相比更加優良的特點，具有一定的實際應用意義。

1 控制要求

“高含鹽廢水深度處理與資源化”中型試驗設備總共包含有工藝工段15個，各工段按照安裝工藝要求布置于9個移動底架，相鄰工段間設置緩沖水箱。響應合理利用底架空間的要求，15個工段無法完全按照工藝流程進行布置，工段之間的緩沖水箱無法完全與工段就近進行布置。9個移動底架保持相對獨立，可靈活由平板運輸車進行運輸，因而方便部署和拆除也是該套設備的要求之一。在設備運行過程中，工藝要求每個工段在自動運行的情況下，工段啟停由前后緩沖水箱液位控制進行自動啟動和停止。

整套系統需設置上位機單元對整個生產流程進行監控和操作。

各移動底架控制點位統計如表1所示。

表1 點位統計表

2 分布控制模型拓撲

如圖1所示，共設置控制子站12個，具體移動底架配裝子站數目如表2所示。現場控制總線采用工業以太網，所有子站以及上位機單元通過以太網進行數據交換。上位機單元設置工程師站1臺，操作員站1臺，OPC服務器1個，打印機1臺。

圖1 分布控制模型拓撲圖

表2 子站配置統計表

3 硬件配置

每個移動底架上設備控制柜1臺，12個子站按照配置統計表配置于每臺控制柜內。每臺控制柜上設備觸摸顯示控制屏1個，該屏配置以太網接口。工業以太網的快速發展有效地推動了自動化控制系統的信息化，因此在煤化工企業生產中，工業以太網在應用中顯現出巨大的優勢[3]。每臺控制柜內對應配置8口交換機1臺，通過超六類雙絞線將所有子站、觸摸屏和上位機單元連接于同一個工業以太網內。

4 軟件配置

4.1 子站程序編寫軟件

Simatic S7-200smart PLC采用西門子公司編程軟件STEP7-MicroWinSmart[4]。該軟件為S7-200smart PLC專用編程軟件，界面友好，配置方便，尤其是針對S7-200smart PLC的以太網通訊向導功能大大簡化了各子站間信號的傳遞，提高了編程效率。

Simatic S7-300 PLC的編程軟件仍采用其標準編程軟件STEP7 V5。

4.2 上位機組態軟件

Wincc v6是一款功能強大的HMI系統.它可以組態界面并且可以對數據進行歸檔[5]。本項目上位機組態軟件使用WINCC 7.3。WINCC作為西門子軟件體系中組態與過程顯示控制的軟件，已經廣泛使用于各型控制系統中，其顯著特點為運行比較穩定，軟件內部錯誤較少。

4.3 OPC服務器軟件

OPC （OLE for Process Control） 技術是以Microsoft公司的OLE/COM技術為基礎建立的一項技術規范與標準，規范定義了一個工業標準接口，為工業控制領域提供了標準的數據訪問機制[6]。因而OPC技術對于不同廠家的DCS和PLC控制系統具有良好的兼容性，可以針對不同型號、不同廠家的DCS或PLC系統，利用OPC技術實現不同DCS系統間的數據采集[7]。在實際應用過程中，考慮到本項目多種PLC及后續增加其它品牌控制設備混合使用的情況，采用OPC技術進行數據采集。OPC軟件采用KEPServer，KEPserver是全球工業界領先的超級OPC服務器，它嵌入了工業市場上廣泛范圍的驅動程序和組件，對不同廠家品牌的PLC產品有良好支持特性。

5 工程應用效果

5.1 系統優勢

5.1.1 系統完整性

當代工業控制系統要求高度信息化與自動化，本文所述系統不僅具有與當代控制系統相比完整的硬件配置架構，同時也實現了當代控制系統的遠程監控、一鍵啟停、自動記錄報表等軟件功能。同時系統還具有一定的擴展性，只需配置少量的軟件和硬件，即可實現在無線終端控制監控整個生產流程的功能。

5.1.2 系統構架的合理性

整個系統構架合理，相比同類產品，有著明顯的價格優勢，如表3所示。

表3 相同構架的不同系統對比

5.1.3 系統與使用要求的符合性

作為實驗設備，快速部署和拆除是重點要求。本套系統各控制站完全獨立，隨移動底架可以隨意布置。子站間與上位機使用工業以太網連接，物理連接拆裝非常方便，無需使用專用制線工具和具有專業知識的施工人員。

其次，由于實驗系統的特殊性，要求控制系統穩定性高。本套系統以工業以太網為控制網，配置形式靈活，如配置相對高性能的交換機，還可以構成環網等具有冗余功能的配置。

5.2 工程應用效果

本系統應用于“高含鹽廢水深度處理與資源化”中型試驗設備并隨整體設備順利通過168 h連續運行測試。圖2為試驗場地一角，圖中控制柜內包含控制站7、8。圖3為機柜內控制站及交換機布置情況。測試期間系統運行穩定，未發生任何停機故障。

圖2 試驗現場（局部）

圖3 控制站（4號底架控制柜）

6 結束語

本文提出一種基于Simatic S7-200smart PLC的小型分布式控制系統，該系統具有良好的性價比和可移植性，具有易于部署和拆除的特點。經過實際使用，系統運行穩定，完全實現了控制要求。中試裝置具有良好的處理效果，可以實現廢水的零排放以及產品水和產品鹽的資源化利用目標[8]。