西門子PLC模塊6ES7315-2EH14-0AB0

系統(tǒng)選型及特點
　　
　　為了滿足上面提到的換熱首站自控系統(tǒng)的設(shè)計要求，我們選用西門子公司SIMATIC S7-300可編程控制器（PLC）和研華公司IPC-610工控機（IPC）構(gòu)成的自控系統(tǒng)，再配以*的WinCC監(jiān)控軟件，來實現(xiàn)換熱首站自控系統(tǒng)的各項功能。
　　
    當前可編程控制器（PLC）是專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的工業(yè)控制計算機，已經(jīng)成為電氣控制系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛的核心位置，它不僅能實現(xiàn)復(fù)雜的邏輯控制，還能完成各種順序或定時的閉環(huán)控制功能，并且抗干擾能力強、可靠性高、穩(wěn)定性好、體積小，能在惡劣環(huán)境下長時間、不間斷運行，且編程簡單，維護方便，并配有各類通訊接口與模塊處理，可方便各級連接。
　　
    S7-300采用模塊化結(jié)構(gòu)、適合密集安裝，模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計使得各種單獨的模塊之間可進行廣泛組合以用于擴展。在一塊機架底板上可安裝電源、CPU、I/O模板、通信處理器CP等模塊，并且可以通過接口模塊實現(xiàn)多個機架的擴展工作方式。根據(jù)要求本系統(tǒng)所選用的硬件產(chǎn)品，如下所示：
　　
    （1）工業(yè)控制計算機（IPC）
    ADVANTECH IPC-610，Pentium Ⅳ 2.8GHz處理器，512M內(nèi)存，80G硬盤；
　　
    （2）中央處理單元 (CPU)
    CPU 314，24V供電，48KB工作內(nèi)存，DI/DO最大1024點，AI/AO最大256點；

    （3）信號模塊 (SM)
    SM 321，數(shù)字量輸入模塊3塊；
    SM 322，數(shù)字量輸出模塊2塊；
    SM 331，模擬量輸入模塊6塊；
    SM 332，模擬量輸出模塊2塊；
　　
    （4）通訊處理器 (CP)
    RS485 中繼器2塊；
　　
    （5）負載電源模塊 (PS)
    PS 370，電源模塊1塊。
　　
    （6）接口模塊 (IM)
    IM 365，接口模塊2塊。
    網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)圖如下：

4 軟件組態(tài)過程與效果
　　
    工控組態(tài)軟件WinCC(Windows Control Center)是一個集成的人機界面（HMI）和監(jiān)控管理系統(tǒng)，它是西門子公司在過程自動化領(lǐng)域中的*技術(shù)和微軟公司強大軟件功能相結(jié)合的產(chǎn)物，是一個集成的人機界面（HMI）軟件系統(tǒng)。它真實的將工廠控制軟件集成到自動化過程中。HMI人機界面系統(tǒng)作為基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)重要組成部分，用于控制系統(tǒng)的各種數(shù)據(jù)的設(shè)定、顯示、故障報警，以及相應(yīng)操作和設(shè)備的在線調(diào)試及維護，發(fā)揮越來越重要的作用。換熱首站HMI系統(tǒng)信息以友好方式與用戶交互。通過自動化控制系統(tǒng)接收過程計算機（PCS）和操作人員通過HMI輸入的數(shù)據(jù)進行處理，處理后再將過程數(shù)據(jù)信息、機組狀態(tài)信息和各種測量值以符號、數(shù)值、曲線、圖表及歷史記錄的形式在HMI畫面上顯示。最終實現(xiàn)了在HMI操作站（上位機）上以最少的設(shè)備數(shù)量提供最大可能的信息，幫助操作人員和設(shè)備維護人員快速準確的了解系統(tǒng)當前狀態(tài)及其相關(guān)信息的設(shè)計目標。
　　
    在上位機上用WinCC軟件設(shè)計了標準的人機界面，主要包括以下幾個方面的內(nèi)容：
　　
    （1）工藝流程圖：在畫面中通過編程實現(xiàn)模擬顯示整個換熱站現(xiàn)場進汽供水的全過程，并且在換熱器本體上實時顯示了各路汽、水的溫度與壓力，以便于操作者能及時準確的掌握本體內(nèi)的換熱情況，能夠?qū)ΜF(xiàn)場設(shè)備的故障進行實時診斷。
　　
    （2）手操器的操作與對現(xiàn)場儀表的監(jiān)控：手操器有手動和自動兩種工作方式，在設(shè)備安裝調(diào)試階段一般用手動操作方式，進入正常運作時常用自動方式，以實現(xiàn)對一些重要的模擬量數(shù)據(jù)的精確控制，自動調(diào)節(jié)程序由PID閉環(huán)控制回路完成。
　　
    （3）報警記錄：對于如進汽流量、供水壓力等一些重要的模擬量輸入?yún)?shù)進行實時報警，當處于監(jiān)控下的任何一個變量超出預(yù)先設(shè)定的安全值時，報警燈就會立即閃爍，同時通過報警一覽表對話框可以檢查報警超出的范圍以及錯誤的出處，并對此采取相應(yīng)的措施。
　　
    （4）歷史趨勢：在此畫面中除了實時顯示變量的變化趨勢，操作員還可以檢查過去的過程數(shù)據(jù)記錄，通過對過去歷史趨勢的比較進而可以對變量未來的發(fā)展趨勢做進一步的預(yù)測。另外，還具有報警或變量記錄檔案庫數(shù)據(jù)的運行報表。
　　
    （5）攝像監(jiān)控：通過攝像及圖像采集設(shè)備對圖像的處理，使操作人員通過視頻窗口實時監(jiān)控現(xiàn)場設(shè)備運行狀況。

  可編程邏輯控制器（PLC）是八十年代發(fā)展起來的新一代工業(yè)控制裝置，是自動控制、計算機和通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是一種專門用于工業(yè)生產(chǎn)過程控制的現(xiàn)場設(shè)備。

    由于控制對象的復(fù)雜性，使用環(huán)境的特殊性和運行的長期連續(xù)性，使PLC在設(shè)計上有自己明顯的特點：可靠性高，適應(yīng)性廣，具有通信功能，編程方便，結(jié)構(gòu)模塊化。

    在現(xiàn)代集散控制系統(tǒng)中，PLC已經(jīng)成為一種重要的基本控制單元，在工業(yè)控制領(lǐng)域中應(yīng)用前景極其廣泛。在筆者參與開發(fā)的某電廠輸煤自控系統(tǒng)中，系統(tǒng)要求在遠離輸煤廊的主廠房控制室里，對兩條輸煤線的18臺設(shè)備進行控制，并實時監(jiān)測設(shè)備的運行狀態(tài)及皮帶跑偏的情況。

    鑒于電廠輸煤系統(tǒng)的重要性，我們采用PLC實現(xiàn)輸煤設(shè)備的聯(lián)鎖控制以保證其可靠性和特殊性，工業(yè)控制計算機則作為上位機與PLC互相配合，共同完成輸煤系統(tǒng)的監(jiān)控功能。本文將主要介紹PLC的控制應(yīng)用。

    1輸煤系統(tǒng)控制要求
    輸煤系統(tǒng)有兩條輸煤線，包括給煤機、皮帶機、振動篩、破碎機等共18臺設(shè)備，在電廠中有著極為重要的地位，一旦不能正常工作，發(fā)電就會受到影響。為了保證生產(chǎn)運行的可靠性，輸煤系統(tǒng)采用自動（聯(lián)鎖）、手動（單機）兩種控制方式，自動、手動方式由開關(guān)進行切換。由于輸煤廊環(huán)境惡劣，全部操作控制都在主廠房的主控制室里進行，儀表盤上設(shè)有各個設(shè)備的啟、停按鈕，還有為PLC提供輸入信號的控制開關(guān)。輸煤設(shè)備控制功能由PLC實現(xiàn)，設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和皮帶跑偏監(jiān)測以及事故紀錄功能則由上級工業(yè)控制計算機完成。

    為了保證輸煤系統(tǒng)的正常、可靠運行，該系統(tǒng)應(yīng)滿足以下要求：
    · 供煤時，各設(shè)備的啟動、停止必須遵循特定的順序，即對各設(shè)備進行聯(lián)鎖控制；
    ·各設(shè)備啟動和停止過程中，要合理設(shè)置時間間隔（延時）。啟動延時統(tǒng)一設(shè)定為12s。停車延時按設(shè)備的不同要求而設(shè)定，分為10s、20s、30s、40s、60s幾種，以保證停車時破碎機為空載狀態(tài)，各輸煤皮帶上無剩余煤；
    ·運行過程中，某一臺設(shè)備發(fā)生故障時，應(yīng)立即發(fā)出報警并自動停車，其前方（指供料方向）設(shè)備也立即停車。其后方的設(shè)備按一定順序及延時聯(lián)鎖停車；
    ·各輸煤皮帶設(shè)有雙向跑偏開關(guān)，跑偏15度時發(fā)出告警信號，跑偏30度時告警并自動停車；
    ·可在線選擇啟動備用設(shè)備。在特殊情況下可由兩條輸煤線的有關(guān)設(shè)備組成交叉供煤方式；
    ·可在線選擇啟動備用設(shè)備。在特殊情況下可由兩條輸煤線的有關(guān)設(shè)備組成交叉供煤方式；
    ·可顯示各機電設(shè)備運行狀況，并對輸煤過程有關(guān)情況（報警、自動停機等）做出實時紀錄。

    2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計

    2.1 PLC選型

    根據(jù)輸煤系統(tǒng)的自控要求，我們選用了德國SIEMENS 公司新推出的S7-200型PLC，具有可靠性高、體積小、擴展方便，使用靈活的特點?；?/span>CPU單元選用的是CPU214，性能如下：2048程序存儲器；2048數(shù)據(jù)存儲器；14點輸入，10點輸出；可擴展7個模塊；128個定時器；128個計數(shù)器；4個硬件中斷、1個定時器中斷；實時時鐘；高速計數(shù)器；可利用PPI協(xié)議或自由口進行通信；3級密碼保護。擴展模塊選用EM221,8個輸入點；EM223,16個輸入點，16個輸出點