西门子模块6ES7518-4TP00-0AB0性能参数
制备系统包括纯化水处理(二级反渗透)和注射水制备系统。随着科学的发展与进步,人们对水(包括医用水和饮用水)的要求也越来越高。近几年净水及制水设备的更新和改造的步伐发展非常快,为了得到合格的纯化水,对水处理设备的自动化要求也越来越高。本文介绍一个以软PLC为主站、S7200系列的PLC为从站的全自动水制备控制系统,是西门子WinAC和Profibus现场总线在纯化水处理和制备领域中的应用。
系统要求：
时间
为什么采用SIMATIC WinAC？
系统扩展性好(OPC)
西门子PLC选型常见问题：
西门子PLC按照小型、中型、大型分为三种，依次为：S7-20， S7-300， S7-400系列，近年来又开发出LOGO！系列，西门子PLC的选型与一般PLC选型原则无异。
一、输入输出（I/O）点数的估算
二、存储器容量的估算
三、控制功能的选择
四、机型的选择
1、200PLC的处理器是多少位的
S7-200CPU的中央处理芯片数据长度为32位.从CPU累加器AC0/AC1/AC2/AC3的数
据长度也可以看出.
2、如何进行S7-200的电源需求与计算
S7-200CPU模块提供5VDC和24VDC电源:
当有扩展模块时CPU通过I/O总线为其提供5V电源,所有扩展模块的5V电源消耗
之和不能超过该CPU提供的电源额定.若不够用不能外接5V电源.
每个CPU都有一个24VDC传感器电源,它为本机输入点和扩展模块输入点及扩展模
块继电器线圈提供24VDC.如果电源要求超出了CPU模块的电源定额,你可以增加一
个外部24VDC电源来提供给扩展模块.
所谓电源计算,就是用CPU所能提供的电源容量,减去各模块所需要的电源消耗量.
注意:
EM277模块本身不需要24VDC电源,这个电源是通讯端口用的.24VDC电源
需求取决于通讯端口上的负载大小.
CPU上的通讯口,可以连接PC/PPI电缆和TD200并为它们供电,此电源消耗已
经不必再纳入计算.
3、200PLC能在零下20度工作吗
S7-200的工作环境要求为:
0°C-55°C,水平安装
0°C-45°C,垂直安装
相对湿度95%,不结露
西门子还提供S7-200的宽温度范围产品(SIPLUSS7-200):
工作温度范围:-25°C-+70°C
相对湿度:55°C时98%,70°C时45%
其他参数与普通S7-200产品相同
S7-200的宽温型产品,每种都有其单独的订货号,可以到SIPLUS产品主页查询.
如果没有找到,则说明目前没有对应的SIPLUS产品.
文本和图形显示面板没有宽温型产品.
还要注意国内没有现货,如需要请和当地西门子办事处或经销商联系.
4、数字量输入/输出(DI/DO)响应速度有多快 能作高速输入和输出吗
S7-200在CPU单元上设有硬件电路(芯片等)处理高速数字量I/O,如高速计数器
(输入),高速脉冲输出.这些硬件电路在用户程序的控制下工作,可以达到很高
的频率;但点数受到硬件资源的限制.
S7-200 CPU按照以下机制循环工作:
读取输入点的状态到输入映像区
执行用户程序,进行逻辑运算,得到输出信号的新状态
将输出信号写入到输出映像区
只要CPU处于运行状态,上述步骤就周而复始地执行.在第二步中,CPU也执行通讯,
自检等工作.
上述三个步骤是S7-200CPU的软件处理过程,可以认为就是程序扫描时间.
实际上,S7-200对数字量的处理速度受到以下几个因素的限制:
输入硬件延时(从输入信号状态改变的那一刻开始,到CPU刷新输入映像区时能够
识别其改变的时间)
CPU的内部处理时间,包括:
读取输入点的状态到输入映像区
执行用户程序,进行逻辑运算,得到输出信号的新状态
将输出信号写入到输出映像区
输出硬件延时(从输出缓冲区状态改变到输出点真实电平改变的时间)
上述A,B,C三段时间,就是限制PLC处理数字量响应速度的主要因素.
一个实际的系统可能还需要考虑输入,输出器件的延时,如输出点外接的中间继电
器动作时间等.
6、 疑难与解答
1） 数据通讯。
这里的数据通讯包括SIMATIC 400 PLC与SIMATIC 400 PLC之间，SIMATIC 400 PLC与SIMATIC 300 PLC之间，SIMATIC 400 PLC与SIMATIC 6RA24之间，SIMATIC 400PLC与Inbbblution FIX之间的数据通讯。其中，SIMATIC 400 PLC与SIMATIC 400PLC之间是通过SIMATIC H1工业以太网通讯，编程使用FC5（发送数据功能块）和FC6（接收数据功能块）；SIMATIC 400PLC 与SIMATIC 300 PLC之间是通过现场总线ProfibusDP网通讯，编程使用SFB15（存放数据功能块）和SFB14（得到数据功能块）；SIMATIC 400 PLC与SIMATIC6RA24之间是通过现场总线ProfibusDP网通讯，编程使用SFC14（DP读功能块）和SFC15（DP写功能块）；SIMATIC 400 PLC与InbbblutionFIX之间的数据通讯通过SIMATIC H1工业以太网通讯，使用SIMATICNET软件完成CP1613网卡的设置。FC5、FC6、SFB15、SFB14、SFC14、SFC15这些功能块必须在OB32（1s时间中断组织块）中调用。
2） 氧枪定位
转炉控制系统的关键是氧枪定位，因为一旦定位不准就会影响炼钢的质量，甚至引发喷溅或爆炸。包钢转炉自动化控制系统引进了两套极限来为氧枪定位，一套是电器送过来的极限开关，另一套是变频电机自整角机送过来的计数脉冲。为接收计数脉冲，特 选用西门子高速计数模块，软件使用FC0（高速计数功能块）。鉴于这次的自整角机产生的脉冲只有600pps，建议下一工程取消自整角机，直接将编码器装到电机的输出轴上，这样可以接收更多的脉冲，定位更加准确。
3） PID调节
转炉炼钢过程中有很多控制对象，诸如氧气**、氧气压力、氧枪冷却水**等都需要稳定的值。以前这些模拟量的调节采用智能仪表，现在有了西门子SIMATIC400 PLC就可以取代这些智能仪表，PID调节在STEP7中使用FB41（连续PID调节控制）；在Inbbblution FIX7.0中使用画图功能模拟一个PID调节器的操作面板，完成PID调节控制中的手/自动切换、给定值输入、手动输出值输入、PID参数（比例系数、积分时间）输入等功能。
4） 汽包三冲量调节
汽包的液位调节在PID调节中难度很大，因为汽包的容积越大，它的容水量就越小。当液位过低时由于缺水就会造成爆炸事故，当液位过高时由于水多就会造成满水事故。由于汽包进口给水量和汽包出口蒸汽量的突然变化都会导致虚假液位，必须根据汽包液位、给水**和蒸汽**对汽包进行三冲量调节。具体的方法是先对汽包液位的变化进行PID调节运算，再加上给水**的变化，后再减去蒸汽**的变化，把后的计算结果送给终的液位调节阀输出；给水**和蒸汽**则采用单独的PID调节，以保持给水**和蒸汽**的稳定。
5） 标准化编程
大型的自动化控制系统很难一个人完成，需要很多人的分工与合作。标准化编程就是要使软件工程师编写的程序整齐划一，通用性和可读性强，除了作者本人的阅读者也能轻而易举地理解作者的编程思想和工艺要求。这样不但可以使编程人员不再纠缠编程的枝节问题，缩短编制程序的时间，集中精力解决更加困难的工艺上的问题；有利于维护人员对程序的理解，为生产保驾护航提供了更加宝贵的经验。标准化编程的实现是多方面的，根据设计图纸编制各系统的点号表（用EXCEL表格）；再根据点号表填写InbbblutionFIX数据库；再根据点号表编制STEP7符号表（SYMBOL）；再根据点号表找出各控制设备的输入/输出点号，据此定义下列STEP7使用的中间线圈点号：模拟手/自动转换选择开关；启动按钮、停止按钮（对单线圈的泵或电磁阀）；开启按钮、关闭按钮、停止按钮（对双线圈的电动阀）；手动输出值、给定值、比例系数、积分时间（对PID调节阀）；再根据各控制设备的输入/输出点号和中间线圈点号编制各控制设备的手动程序；后根据设计说明书编制各控制设备之间的逻辑连锁程序，即自动程序。
6)画面强制
大型工厂自动化控制系统涉及的控制设备很多，控制工艺复杂，导致控制过程中的逻辑连锁非常复杂，主要设备动作的诸多条件很难满足。为了调试程序的需要，在画面上增设许多选择开关，当某开关置“1"时，就假设此条件满足。当所有条件满足时，程序就可以对设备进行操作，而不必等待实际条件满足。在生产中有时某设备出现临时故障，为不影响正常生产，也可以在画面上强制，继续生产，直到设备修好，再把强制解除即可
在现场使用中，有时需要把一个触摸屏连接到Profibus-DP网络中，通过鼎实网关模块PB-B-MODBUS可以实现这一需求。下面简要介绍实现过程，希望对您有所帮助（以连接eView触摸屏为例）。
1． 网络构架：
在Profibus-DP网络中，西门子PLC（带有DP通讯功能）作DP主站，PB-B-MODBUS作DP从站; 在Modbus网络端，eView（为MT4400T为例）触摸屏作Modbus Master，PB-B-MODBUS作ModbusSlave。（如图1-1所示）
图1-1
2． Profibus网络的配置过程：（本例中用WinLC代替硬PLC作DP主站，当然用户可以根据实际情况选择DP主站）
这里简要介绍一下添加PB-B-MODBUS DP从站的过程及一些注意事项。
（1）、把该模块对应的GSD文件（PB-B-MS/V32）导入Step7以后，刷新一下“HWConfig….."中的分类表（Update Catalog），在右边的分类栏中查找。
（2）、在DP网络上配置PB-B-MODBUS模块，这里要给模块分配一个DP从站地址，并且把模块上的拨码开关拨成相应的数值。进入其中的参数配置页中，对串口通讯的参数进行相应的设置（此设置在Modbus端的通讯中起作用），设置Modbus从站的站号。由于在Modbus端, PB- B-MODBUS模块作ModbusSlave，要将模块背后的SW1拨为从站模式（详见PB-B-MODBUS的使用手册）。（如图2-1所示）
（3）、后，在slot中插入所需的通讯数据模块。例程中分别添加了8 bits in（0××××）、8 bits out（1××××）、3 words in（4××××） 、3 words out（3××××）
包钢220吨转炉自动化控制系统包括氧枪、炉本体、散料铁合金、汽化冷却、烟气回收(OG)、地下料仓、煤气加压站和副枪共八个子系统。每个子系统用一个西门子SIMATIC400站进行控制，这八个站通过西门子通讯模块CP443挂在一个工业以太网——SIMATICH1网上。还有八套工业微机通过西门子网卡CP1613也挂在同一个SIMATICH1网上，作为人机界面完成转炉自动化控制系统的监视和控制。二级管理系统包括一套服务器和一套工业微机，完成对转炉系统的管理任务，及时下达炼钢的计划和命令。
1、 硬件组成
包钢转炉自动化控制系统的硬件包括：8个西门子SIMATIC400站（每个站包括1个电源模块、1个CPU、1个CP443通讯接口模块和数量不等的模拟量输入、模拟量输出、开关量输入、开关量输出模块）、8套研华工业微机、8个西门子CP1613网卡。
2、 软件组成
包钢转炉自动化控制系统的软件包括：bbbbbbs NT 4.0中文版操作系统、Inbbblution FIX7.0监控软件、STEP 7西门子编程软件。
3、 系统配置（见附图）
包钢转炉自动化控制系统中8个SIMATIC 400站通过西门子CP443接口模块挂在一个SIMATICH1工业以太网上完成控制功能，8套研华工业微机也通过西门子CP1613网卡挂在同一个SIMATICH1工业以太网上完成监视和操作功能。其中，转炉本体控制系统的SIMATIC 400站通过现场总线ProfibusDP网与转炉倾动控制系统的SIMATIC 300站交换数据；氧枪控制系统的SIMATIC 400站通过现场总线ProfibusDP网与氧枪**系统的两个SIMATIC 6RA24交换数据，并且在同一个ProfibusDP网上挂了一个工业键盘PP17-II对氧枪的现场设备操作；散料铁合金控制系统的SIMATIC 400站通过现场总线ProfibusDP网挂了两个工业键盘PP17-II对散料和铁合金的现场设备操作；烟气回收（OG）控制系统的SIMATIC400站通过现场总线Profibus DP网挂了两个工业键盘PP17-II对OG的现场设备操作。
4、 硬件评估
SIMATICH1网是德国西门子公司开发的一种基于TCP/IP协议的标准以太网，它的优点是连接简单、便于扩展、速度快、兼容性好。包钢转炉自动化控制系统采用粗的同轴电缆作为SIMATICH1网的连接介质，有效地实现了工业以太网数据传输过程中的抗干扰功能，保证了系统运行的可靠性；SIMATIC ProfibusDP网是西门子公司开发的一种基于现场总线技术的设备网，它的特点是可以在PLC（可编程序控制器）与现场设备（如变频器、工业键盘、智能仪表、分布式I/O站等）之间交换数据。包钢转炉自动化控制系统采用屏蔽双绞线作为ProfibusDP网的连接介质。SIMATIC400站是西门子公司的拳头产品，无论在控制速度、控制精度还是抗干扰性、灵活性各方面讲都处与PLC产品的地位，研华（ADVANTECH）工业微机是早得到推广使用的工业微机，包钢转炉自动化控制系统选用了这两种产品。
包钢转炉自动化控制系统配置图
5、 软件评估
bbbbbbsNT是美国Microsoft微软公司的产品之一，也是世界上应用为广泛可信赖的软件平台，包钢转炉自动化控制系统选用bbbbbbsNT4.0中文版操作系统。Inbbblution公司是美国一家专门生产工业监控软件的软件公司，它的产品广泛应用于世界各大工厂，它的数据库、画图、显示、历史趋势、配方紧密结合，不但可以画出逼真的图形，还能将现场数据快速显示在屏幕上；它可以在屏幕上制造出按钮来取代真正的按钮完成对现场设备的操作；它能将数据库的数据按时间存放在数据文件里供历史趋势文件调用显示，这样就能把几小时、几天、甚至几个月前的数据用数据曲线的形式展示给工程师们，以便分析事故和改进工艺；它可以利用bbbbbbsDDE（动态数据交换）功能把FIX数据库的数据传送到Office Excel文件和OfficeAccess文件，从而实现报表打印和数据查询功能。STEP7是西门子公司为S7-400和S7-300系列PLC设计的编程软件，它能完成庞大的逻辑控制和复杂的调节控制；它的组织块、功能块、数据块相结合的编程思想可以随心所欲地实现各种控制要求；它的时间中断组织块可以实现短到10ms长到5s的快速中断请求；它的符号表（Symbol）可以输入中文方便进行程序注释。bbbbbbsNT 4.0、Inbbblution FIX7.0和STEP7可以说是包钢转炉自动化控制系统中的“三剑客"，共同完成了对转炉系统的监视控制任务。