秦皇西门子PLC模块代理商

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1 引言
化工厂、电子厂的漂染冲洗液或电镀冲洗液等工业废水为合乎排放要求，必须经过分离、沉淀等多级处理，使用污水潜水泵对此工业污水进行提升、汇集、调节等处理。PLC因其经济性、灵活性可靠性而得到广泛的应用，PLC的软件可以完成以往传统的接触器继电器式控制无法实现的控制功能，而且程序的编制修改灵活方便。西门子S7-200系列PLC因结构紧凑，编程简单方便、指令丰富、功能齐全而得到广大工程技术人员的喜爱，广泛应用于各种中小型自动控制系统之中。

2 系统控制要求
系统要求控制5台45kW的潜水污水泵轮换工作，并且具有故障自投、互为备用功能，以保证某台水泵出现故障时，其它水泵能及时投入使用。水泵的启停液位控制器使用浮球控制器5个，分为五级水位控制，每个浮球的高水位作为启泵信号使用，低水位作为停泵信号使用。

3 系统设计
系统设计分为手动及自动控制系统两部分，手动控制系统作为一种应急控制而存在，自动控制系统使用PLC实现。
3.1 自动控制系统设计思路
为实现多台水泵的轮换启停及故障自投功能，一个可行的设计方法是使用西门子S7-200系列微型PLC(CPU224)的入表指令(ATT)及先入先出指令(FIFO)，将5台水泵作为一个队列，当水泵运行或故障时出列，水泵故障排除或低水位停止时入列。例如，队列中原来水泵的启动工作顺序为12345循环启动，当3#泵故障时出列，水泵的启动次序为1245循环启动，当3#泵修复正常后，水泵的工作次序为12453循环启动，如此类推， 如图1所示。因此，我们将正常无故障的水泵作为一个备用泵队列，将正在运行的水泵作为运行泵队列，通过队列中水泵的出入来实现水泵电机的循环启动功能。

图1 水泵的启动次序

3.2 软件设计特点
本控制系统中，5台水泵的热继电器故障输入及5个高水位信号输入共10个输入点，5个启动水泵及一个报警输出点共6个输出点，西门子CPU224具有12个输入点，10个输出点，已满足使用要求。
(1) 启动信号:1#～5#高水位脉冲信号，共用信号，水泵启动时代表水泵的队列编号(1#～5#)从备用泵队列中出列，同时此编号入运行泵队列。
(2) 停止信号:1#～5#低水位脉冲信号，共用信号，此时水泵编号的转移从运行泵队列移至备用泵队列
l 入列(入先进先出队列):当高水位脉冲信号到达时，使用填表指令(ATT)入表;
l 出列(出先进先出队列):当低水位脉冲信号到达时，使用先进先出指令(FIFO)出列。
(3) 故障出列:包括水泵运行或停止时出现故障时的出列，故障泵自动退出运行，并把下一台未运行的正常泵作为备用泵，随时等待启动信号。
故障定义:空气开关跳闸的输出信号、电机热继电器过载。
(4) PLC的程序设计流程图
图2示出PLC程序流程图。

图2 PLC程序流程图西门子PLC具有良好的编程界面，对于S7-200的编程软件STEP7 Micro WIN，各子程序及主程序是在编写时独立分开的，各个子程序可以定义为完成各种单独功能的子程序，以主程序调用各个子程序，各子程序之间可以互为调用。在本系统设计中，各子程序的功能定义及分配如下:
l SBR0:初始化子程序;
l SBR1:备用泵初始入列处理子程序;
l SBR2:故障出入列处理子程序;
l SBR3:队列移位处理子程序;
l SBR4:启停泵处理子程序;
l SBR5:定时轮换处理子程序。
以1#泵出现故障为例，在SBR2子程序中，水泵故障及修复后出入队列的部分程序如图3，其中，参数IN1传递的为水泵备用队列编号，参数IN2传递的为水泵运行队列编号。

图3 子程序SBR2

(5) 软件编写时应该考虑的问题
l 为防止水面波动引起浮球误动作，增加延时2s判断;
l 浮球故障引起的上下水位信号中有两个或以上信号同时或短时间内接通，此时只接收一个信号，同时由PLC输出报警，以便检查故障;
l 因水泵启动方式为Y/△启动，要求电机完全启动(即Y/△启动转换完毕)后水泵后才能启动下一台水泵，同时，为了减少电机启动时对电网的冲击，都不允许两台泵在短时间内相继启动，因此，需要对启动两台水泵之间增加一个延时判断，即如果在接收一个启泵信号之后的一定时间内不能再接收第二个启泵信号;
l 水泵的定时轮换工作。

1 引言

在工厂的生产成本核算中，电费占据着相当大的比例，对主机设备进行实时电度计量可以准确算出每台主机每道工序的耗电量，可以监控主副机配套开车情况，也可以根据电度历史曲线和历史记录来及时发现设备耗电量异常变化从而杜绝浪费。我们开发的工厂电度计量系统用西门子工业组态软件WinCC对操作员站进行组态实现监控管理功能，整个系统运行稳定可靠，计量准确，既有利于控制电量消耗，同时也大大提高了工厂的管理水平。

图1 整个系统结构

2 系统概述

2.1 系统结构
系统用SIEMENS S7-300系列可编程控制器 CPU313C-2DP作为主站，用ET200M作为从站搭成Profibus-DP现场总线网络，操作员站工控机插有CP5611网卡，也挂接到Profibus-DP现场总线网络上。整个系统结构如图1所示。

Profibus-DP是主从结构的开放式的工业现场总线，其大站点可达126个，大通讯速率12Mbps。Profibus-DP能够实现现场级和车间级之间快速通讯，从I/O到自动化控制装置的信号传输仅为毫秒级，即使在干扰严重的场合，或跨越好几公里的距离，都可以保证通讯的稳定可靠。Profibus-DP总线的传输介质为双绞线或细光缆，进行网络互连时，可以大大节省时间和工作量。
本系统中，Profibus-DP总线将系统CPU、现场分布式I/O以及计算机连接起来，并确保它们之间毫无问题的进行通讯。系统共设置一个控制站，二个远程站，CPU313C-2DP放在控制站，通讯地址为2，其他5个ET200M地址分别为3～7。由于调度室与配电一距离较远，故在二者之间加装中继器一只，这样整个网络通讯波特率可达到1.5Mbps，所有电度计量数据刷新在一秒钟之内轻松完成。在系统运行中，现场电度脉冲值以及所有中间过程变量均保存在CPU313C-2DP的数据寄存器中，这就大大提高了系统的稳定性，保证了计量的准确和连续。

2.2 系统功能
(1) 实时监视各主机设备电量消耗情况;
(2) 生成历史记录, 每隔半小时记录一次电度累计数据;
(3) 自动计算每日单台设备电度、各车间电度以及全厂电度;
(4) 根据电价不同，实现分时计量功能;
(5) 根据主机设备电量消耗，监视主机设备开停情况并生成历史记录;
(6) 用户权限管理功能，不同用户允许进行不同的操作从而保证系统安全。

3 系统性能特点
配置成本较低，可靠性高，易维护，通讯速度快，实时性强，扩展灵活。
(1) S7-300可编程控制器
S7-300可编程控制器是SIEMENS的中小型PLC，CPU软硬件集成度更高，I/O模块密度更高，大大压缩了投资成本，降低了开发费用。其性能特点如下:
l 功能强:计算性能极强，指令完善，集成MPI口和Profibus-DP口，联网能力极强。内部集成功能丰富，故障诊断功能全面，口令保护完善;
l 速度快:指令处理快速，大大缩短程序循环周期。一般每1k语句执行时间为0.3~0.6ms，位操作时间仅为0.033~0.6μs;
l 扩展灵活:扩展模块品种齐全, 连接便利，硬件安装无槽位限制。多可扩展3个机架, 即共可挂接模块32个;

(2) 模块化分布式I/O装置ET200M
ET200M是基于SIEMENS S7-300模块系列的分布式I/O，它可以通过IM153通讯接口将S7-300模块连接到PROFIBUS-DP现场总线。因为S7-300的通用模块非常丰富，从简单的开关量输入输出、模拟量输入输出到用于计数、控制和定位的功能模块应有尽有，所以ET200M具有广泛的适用性。
ET200M的组装简单快速，单个模块只需简单地插入标准背板中, 再用一个螺钉固定住即可。一个高密度模块多可有32个I/O通道。前连接器可以提供快速的无故障连接。如果在DIN导轨和模块之间插入了有源总线装置, 则可以实现在现更换模块而不用中断整个站的正常运行。

(3) RS485中继器
RS485中继器可以放大总线和互联总线段的数据信号，提高通讯速率, 延长通讯距离。它应用于以下三种场合:
l 总线上的节点超过32个;
l 总线段运行在非接地的总线上;
l 段之间的连接电缆超过大电缆长度。
一般来说，通讯距离越长则通讯速率越小，1.5Mbaud不加中继器总线段的大电缆长度为200m，加上中继器则可达到2000m。

(4) 脉冲式电度表
脉冲式电度表是在普通的三相三线、三项四线电度表的基础上加装脉冲输出模块改制而成，模块电源为5V DC，三线连接，一根公共线，一根电源线，一根脉冲信号线。输出脉冲通过光电隔离装置以及信号转换装置将脉冲电平转成24V DC输入至PLC开关量输入端子。脉冲宽度为80ms。

4 软件编制
4.1 SIEMENS 编程软件STEP 7
STEP 7是用于SIMATIC可编程控制器组态和编程的标准软件包，是SIMATIC工业软件的组成部分。STEP 7可以实现硬件组态、参数设置、编程、测试、调试和文档处理等功能。STEP 7运行在bbbbbbs2000或NT平台，它可在总线上的任何位置对PLC进行编程和配置，无论是本地配置，还是分布式配置，对用户来说都是一样的。利用STEP 7软件设计一个自动化项目的基本步骤如图2所示:

图2 利用STEP 7软件的基本步骤

STEP 7编程软件允许把用户程序进行结构化，也就是可以将程序分解为单个的自成体系的程序部分。

(1) 这样做有如下优点:
l 比大规模的程序更容易理解;
l 可以对单个的程序部分进行标准化;
l 程序组织简化;
l 程序修改更容易;
l 由于可以分别测试各个部分，查错更为简单;
l 系统的调试更容易。

(2) 应用程序中各逻辑块功能介绍
在工厂电度计量系统的PLC软件编制中，把复杂的大段程序分割成了相对独立的子程序，分别实现了电度脉冲采集、电度计算、主机设备开停状态显示等诸多功能，充分体现了STEP 7编程软件的技术优势。
各逻辑块功能介绍如下:
l OB1:组织块1，循环处理主程序;
l FB1:功能块1，处理电度脉冲计数;
l FB2:功能块2，电度计算;
l FC1:功能1，处理主机设备开停显示;
l DB1-DB14:专用数据块1-14，存放不同电度计量倍率数据;
l DB15,DB16:公用数据块，DB15用于存放计算后的电度数据，DB16用于存放电度脉冲计数值;
另外，在实际进行编程操作时，所有外部内部变量均可以编进符号表中，这样梯形图程序指令显示实际工艺名称，程序清晰易读。

4.2 SIEMENS工业组态软件WinCC 5.0
WinCC(bbbbbbs Control Center 视窗控制中心)是SIEMENS开发的全面开放的新一代的人机界面软件，可有效用于控制自动化过程。WinCC成熟可靠，使用简单，适用各种简单和复杂的任务。WinCC5.0是在bbbbbbs2000+sp3的平台上运行的，其组态环境风格与bbbbbbs2000一致。WinCC软件分为全版本(组态和运行均可)和运行版(仅用于软件运行)两种。一般来说，全版本安装在工程师站计算机上，而运行版安装在操作员站计算机上。
WinCC具有如下功能:

(1) 图形编辑:主要用于工艺流程图绘制，画面组态完全通过图形对象(WinCC图形、bbbbbbs、OLE、OCX对象)进行操作, 图形对象是动态的, 且可以在线组态;
(2) 报警存档:记录和存储事件，并供显示、查询、报表;
(3) 报表系统:用户可自由选择报表格式，并按时间顺序或事件触发对信息、数据、文档、当前数据进行归档;
(4) ANSI C:通过内部的C编译器为动态连接和动作提供了高度的灵活性;
(5) 数据交换:通过DDE接口与其他bbbbbbs应用程序进行数据交换;
(6) 访问数据库:通过标准数据库接口(ODBC/SQL)访问用于组态和过程数据的Sybase数据库;
(7) 驱动连接:通过自带的各种PLC驱动，连接各种类型的控制器。
在本系统中，用WinCC 5.0对所有现场电度数据进行组态，实现流程图监视、数据运算及记录、电度查询、主机开停车状态显示等功能。

5 结束语

用SIEMENS SIMATIC系列工控产品开发的工厂电度计量系统很好的解决了工厂成本核算中用电量的计量问题，数据记录准确、及时、有效，各主要工序、生产车间及全厂的电量消耗情况一目了然，既可以促进生产过程中的降本增效工作，同时也大大提高了企业的管理水平。

1 引言
目前，西门子PLC以其强大的功能，优越的性能和良好的稳定性，在各行各业的生产线的控制中被广泛地使用，尤其是在轧钢领域应用得更是普遍。冷轧实验机的控制系统对控制器的精度和速度的要求都很苛刻，因为冷轧机的产品原料通常都很薄，轧制过程厚度控制的难度较大，同时还要对张力、速度进行jingque控制。作为实验机，不仅要控制好，同时还要对控制过程的实验数据jingque的测量，以便对工艺过程参数做进一步地分析和研究。
整个冷轧的机械部分包括主轧机(机架、两支撑辊和工作辊)、卷取机、减速机等。控制部分包括主传动电机、电动压下电机、左/右卷取电机、西门子直流调速器和液压缸。液压站中的五个电机和润滑站中的工艺润滑、设备润滑两个电机、加热器等。

2 系统的硬件设计
控制系统包括两部分，即控制部分和数据采集处理部分。控制部分采用西门子公司的S7-400系列PLC，并利用FM458作为高速模拟量控制器，与ET200组成ProfibusDP网，对分散的对象如操作台的控制时减少接线。使用S7-300PLC作为从站对液压站和润滑站进行控制。利用S7-400系列的443-1完成S7-400主站与人机界面计算机的通讯，人机界面计算机位于操作台上，采用西门子公司的触摸屏，软件为WinCCflexible。
主液压缸位移的测量选用德国的MTS值传感器，左/右卷机的转速测量选用雷恩增量编码器，利用FM458控制器通过FM438-1扩展板上的值和增量编码器模块读取位移和转速值，另外卷径也是通过增量编码器计算出来的。冷轧薄带钢在卷取时的张力是通过力传感器检测的。硬件配置见图1所示。

图1 控制系统硬件配

3 系统原理设计
首先慢速点动将原料带钢上卷，此时的主传动电机和卷取电机都是由S7-400站上的FM458通过6RA70直流调速器来控制的，其反馈信号如电机的速度是由FM438上的增量编码器检测，电机电流有调速器提供。构成速度闭环和电流(即转矩)闭环，同时通过力传感器检测到带钢的张力，完成力闭环控制。然后在触摸屏上输入工艺参数，如轧制的道次及相应的厚度值等。带钢的厚度控制是有MTS高精度位移传感器检测液压缸的位置，通过FM438模板上的值编码器采集信号，经过PID算法后，输出电压值到高速伺服阀，从而完成对液压缸的位置闭环控制。当轧辊需要大位移移动时，需要对压下电机的控制来完成。
轧机在工作之前，液压站要首先工作，即要将主泵和背压泵打开，冷却水泵打开，以降低油温。将加热器打开，使乳化液的温度控制在50℃左右，打开搅拌电机时乳化液温度均匀。打开工艺润滑泵和设备润滑泵。
乳化液的温度控制是有S7-315 CPU，通过8通道模拟量输入模块7KF02检测来自温度变送器的温度值，通过与设定值的比较，控制两个加热器的通和断。当实际温度与设定温度相差较大时，两个加热器都打开，当实际温度接近设定温度的一个范围内时，关掉一个加热器。当轧机工作时，S7-315还要检测乳化液出口处的压力，并将压力、温度、液压站滤油器的状态等值通过Profibus-DP网发送到S7-400主站中的DB块中，以便在HMI计算机上显示，同时将速度、电流、张力等信号保存的数据库中。

4 系统通讯设计
在控制系统中将S7-400设为主站，将S7-300设为从站，它们之间的地址映射关系见图2和图3。
●Mode:通讯模式，MS为主从方式的通讯模式。
●Partner DP Addr:DP通讯伙伴的地址。
●Partner Addr:通讯伙伴的输入/输出地址。
●Local Addr:本站的输入/输出地址(S7-300站的地址)。
●Length:连续的输入/输出地址区的长度为32个字节。
●Consistency:数据的连续性。

图2 主、从站的地址映射关系

图3 报警信号发送到主站

5 系统软件设计
冷轧实验机机组的控制软件分为两部分，一部分是轧机的逻辑控制，即由梯形图或语句表编写，另一部分是模拟量闭环控制，由CFC结构流图编写。液压站部分的软件都是由梯形图或语句表编写。
液压站部分的软件分为模拟量检测，即乳化液温度和压力，温度控制;逻辑控制。具体的子程序块及其功能如下。
(1) 模拟量检测及主从站通讯子程序:完成乳化液温度、压力的检测，温度控制，并将温度、报警信号等，发送的S7-400主站，同时主站要对从站中控制乳化液的两个阀进行控制。
(2) AGC及弯辊站逻辑控制子程序:完成对主、辅电机及其伴随阀的逻辑控制。
(3) 水泵及搅拌器的逻辑控制子程序:完成液压站的油温控制，使其温度保持在一定范围内，按工艺要求完成搅拌器电机逻辑控制，使乳化液的温度保持均匀。
(4) 工艺润滑和设备润滑站电机逻辑控制子程序
(5) 故障报警子程序:当液压站油温持续过高、滤油器堵塞、乳化液温度不工艺在要求范围内等，将产生报警信号。
(6) 公共子程序:公共子程序包括很多，如图4、图5、图6示出了数据标。度变换、数据类型转换、控制算法、数据处理等子程序。

图4 标度变换子程序

图5 温度逻辑控制子程序

图6 数据检测子程序

6 结束语
该实验轧机的控制系统采用了性能稳定稳定、抗干扰性强的西门子系列PLC，使整个设备的运行安全可靠，完全达到了设计要求，利用该设备承揽了与韩国一家公司的润滑油性能研究的科研项目。该实验机是具有自主知识产权的设备，得到了国家九八五自然科学基金的资助，在此基础上我单位又与上海宝山钢铁公司上钢一厂签定研制一台了同型号的实验轧机。该设备是冷轧科研部门不可缺少的实验手段