西門子S7系列PLC在自控系統中的應用

文/呂贇

首先應當明確一點，在自控系統中得到有效應用的西門子S7 系列PLC，包括S7-300、S7-400、S7-1200 和作為S7-300/S7-400 替換機種而存在的S7-1500，其中，S7-1500PLC 的優勢，主要在于其能夠在方便操作的前提下，對用戶友好性進行最大限度的實現，使提高自動控制系統有效性的設想成為現實。

1 S7-1500PLC系統的概述

西門子S7-1500PLC 在系統性能、信號處理方面具有的優勢，使其在諸多領域得到了廣泛應用，實踐證明，對其進行合理應用不僅能夠縮短花費在系統響應上的時間，還可以起到加強控制能力的效果。這是因為該系統配有高波特率、高效傳輸協議和高速背板總線，所應用服務器也支持對非本地系統數據進行查詢，診斷的準確性自然可以得到保證。

2 S7-1500PLC系統的特點

S7 系列是以S5 系列為基礎所研發的PLC系統，可以對不同行業所提出的要求加以滿足，S7-1500PLC 具有以下特點：首先，在工藝方面，運動控制功能上具有的優勢，使該系統具備無需其他模塊就能夠將PROFIDRIVE 和模擬量進行連接的功能，另外，該系統還支持編碼器、速度及定位軸，PIC 控制功能的存在，為控制質量提供了保證。其次，在故障安全方面，該系統對故障安全功能進行了優化，實現了故障安全的自動化，用戶在對安全參數進行定義或修改時，可以由安全管理編輯器處獲取圖形支持，降低操作難度。接下來，在信息安全方面，該系統不僅能夠為通訊的完整性提供保障，還可以提高用戶應用具有的安全性，通過將單個關塊和存儲卡序列號進行綁定的方式，達到防拷貝的效果，換句話說，程序只能夠在存儲卡的支持下運行，而不具備被復制的可能。最后，在設計處理方面，標準前連接器，縮短了用戶在接線上花費的時間，配件存儲得到簡化；集成短接片的存在，使電位組橋接變得更加靈活；以繼電器、自動斷路器為代表的輔助配件，為集成DIN 導軌的安裝提供了便利；所設計預接線位置，將初始接線和重新連接的過程加以簡化；集成屏蔽為模擬信號所具有的屏蔽性提供了保證。

3 S7-1500PLC系統的具體應用

3.1 系統構成

某大空間的消防給水泵組，由2 臺噴淋泵和2 臺消防泵組成，其中，噴淋泵的作用是為噴淋系統供水，消防泵的作用是為消火栓供水，以水泵功率為依據確定啟動消防泵的方式，即通過帶旁路接觸器的啟動器，對消防泵進行啟動，變頻器在巡檢時對水泵進行輪流驅動，保證4 臺水泵均處于低頻運行狀態，這樣做的目的是避免管道水壓由于巡檢而在短時間內快速升高的情況出現。負責控制泵組巡檢、啟停的系統為S7-1500PLC，在變頻器和該系統間對總線通訊加以應用，在控制變頻器啟停、切換水泵參數時，該系統所依托的工具即為總線通訊，另外，利用PROFINET 網絡，將該系統與總監控室進行連接，可以達到遠程監控的效果。綜上，作為消防給水系統所不可或缺的組成部分，保證消防泵充分發揮自身作用的關鍵，則是日常巡檢和維護基本性能，傳統的人工巡檢，不僅需要經過復雜的流程，監管的難度也相對較大，除此之外，自動巡檢設備所依托系統不具備良好的可擴展性、自動化程度較低、無法及時對數據進行歸檔等問題的存在，也在無形中給日常巡檢的有效性帶來了影響，對S7-1500PLC 系統加以應用，可以使上述問題從根本上得到解決。

3.2 系統設計與應用

3.2.1 控制方式

巡檢系統所采用控制方式有兩種，分別是手動控制和自動控制，其中，手動控制為首選控制方式。首先是手動巡檢，將巡檢控制柜的按鈕開關，旋轉至“手動”，則代表手動巡檢，工作人員可以通過對柜面啟動按鈕進行操作的方式，完成巡檢的任務；其次是手動啟動和停止消防泵/噴灑泵，將消防泵/噴灑泵控制柜的旋鈕開關，旋轉至“手動”，同時，將巡檢控制柜的旋鈕開關，旋轉至“自動”，此時，工作人員就可以通過手動的方式，對消防泵/噴灑泵進行啟動或停止操作；接下來是自動運行，將噴灑泵控制柜和巡檢控制柜的旋鈕開關，旋轉至“自動”，代表的是自動運行，如果對消防啟泵沒有確切要求，則以10 天為循環，完成定時巡檢的工作，如果對消防啟泵具有確切要求，則根據要求對消防泵/噴灑泵進行啟動，如果正在使用的消防泵/噴灑泵出現故障，應及時啟動備用泵，避免不必要問題的出現；最后是燈測試，每個控制柜都有用來進行燈測試的按鈕，按下該按鈕，控制柜的指示燈亮起，同時，蜂鳴器發出鳴叫。

3.2.2 網絡通信

西門子的常用通信方式，包括基于工業以太網的通信、自由口通信、MPI 通信等，不同通信方式均具有相應的優勢，例如，MPI 通信適合在小點數、小范圍現場進行通信，或在CPU 間對數據進行傳遞。現階段，PROFIBUS通信已經成為獲得眾多廠商支持的應用行規和最佳解決方案，這是因為該通信方式具有嚴格的規范、獨特的技術和開放的標準，S7-1500PLC 系統便對該通信方式進行了運用，另外，還配有MPI 接口，無需再對DP 通信模塊進行購買，就可以完成DP 網絡的組建工作，所組建網絡具備良好的可擴展性，能夠支持多個狀態采集點、監控站展開工作。除此之外，該系統還具備對主從站數據進行讀寫的功能，在輸出/輸入模塊中，利用組態報文對最大數據區域進行制定，為數據的交換提供支持。

3.2.3 程序切換

負責發出火災信息的部分為消防控制中心，如果控制系統發現建筑內有火災發生，控制中心需要立即向S7-1500PLC 系統發出火災信號指令，該系統在接收到控制中心發出的信號后，退出當前任務，對控制子程序進行調用，啟動消防泵，如果沒有火災信息，該系統的工作則是控制水泵，定期展開巡檢。一般情況下，水泵巡檢的周期為10 天，工作人員可以根據實際需求，遠程對間隔時間進行設置，巡檢過程中，該系統的任務是對變頻器加以控制，保證變頻器逐一對水泵進行低頻驅動，以此來達到節能的目的，另外，處于低速運行狀態下的水泵，達不到出水速度，自然也不會增加管網的壓力。

巡檢工作結束后，該系統需要對巡檢程序進行調用,具體流程如下：首先，將變頻器向消防泵參數進行切換，隨后控制接觸器吸合并啟動變頻器，在變頻器運行的同時開始計時，到達計劃時間后，停止變頻器并分開接觸器，變頻器停止前，消防泵受變頻器驅動，始終處于低頻運行的狀態。結束消防泵的巡檢后，工作人員應通過S7-1500PLC 系統，將變換器向噴淋泵參數進行切換，再對接觸器吸合加以控制，驅動噴淋泵低頻運行，到達定時的時間后，將變頻器停止，最后分開接觸器即可。如果在巡檢的過程中，發現存在水泵無法正常運行的情況，該系統應通過發出報警信息的方式，將故障及時、準確的向工作人員進行告知；如果在巡檢的過程中，收到建筑內有火災發生的信息，該系統需要立即停止巡檢工作，將程序向火災控制進行切換，保證消防泵能夠在最快的時間內被啟動。

3.2.4 上位機的應用

西門子WinCC 又被稱為視窗控制中心，所依托技術包括OPC、組態、SCADA 和人機界面等，通常被用來對過程自動化進行顯示以及輔助控制任務的完成，S7-1500PLC 系統所應用上位機，即為WinCC，在計算機環境中運行的WinCC，在開放性方面具有突出的表現，例如，工作人員可以利用WinCC，完成對自動設備和軟件進行集成的工作，另外，WinCC 還具備豐富的菜單選項和設置項目，以及快速更新畫面、安全歸檔等功能，由此可見，WinCC 具備良好的安全性與可靠性，工作人員可以在友好界面下，完成編程、組態、數據管理等任務，根據實際需求，形成相應的報警畫面、監控畫面、操作畫面，當然，WinCC 還可以用來打印歷史趨勢曲線及實時趨勢曲線，通過上文的敘述可以看出，WinCC具有極高的自動化程度。

4 結論

綜上所述，S7-1500PLC 系統的優勢，主要現在更強的聯網能力、更快的處理速度、更加準確的診斷等方面，在自控系統中對其加以應用，不僅能夠節約成本，還可以提高系統的安全性，降低對系統進行維護的難度，現階段，以消防為首的諸多行業都已經將該系統應用在了日常工作中，取得的效果也有目共睹。