西门子6ES7222-1EF22-0XA0功能介绍
用SFC编制用户程序时，有时程序需要跳转或重复，则用OUT指令代替SET指令
（1）部分重复的编程方法
在一些情况下，需要返回某个状态重复执行一段程序，可以采用部分重复的编程方法，如图1所示
（2）同一分支内跳转的编程方法
在一条分支的执行过程中，由于某种需要跳过几个状态，执行下面的程序。此时，可以采用同一分支内跳转的编程方法。如图2所示。
（3）跳转到另一条分支的编程方法
在某种情况下，要求程序从一条分支的某个状态跳转到另一条分支的某个状态继续执行。此时，可以采用跳转到另一条分支的编程方法，如图3所示。
（4）复位处理的编程方法
在用SFC语言编制用户程序时，如果要使某个运行的状态（该状态为1）停止运行（使该状态置0），其编程的方法如图4所示。
图4中，当状态S22为1时，此时若输入X21为l，则将状态S22置0，状态S23置1；若输入X22为1，则将状态S22置0，即该支路停止运行。如果要使该支路重新进入运行，则必须使输入X10为1。
1．概述
随着时代的发展和科学技术水平不断的**，工业工程逐渐走向大规模化、集成化。越来越多的各具功能的工业产品充斥在我们设计人员的周围，如何更好的利用这些多如繁星的产品，做到工程的优化，是设计人员一直努力的目标。本文结合实际，谈谈PLC在工程项目中的如何与其他产品巧搭配，使得整个系统更经济、高效、可靠。
2．项目背景
在中海石油炼化公司惠州项目离心鼓风机配套电自控系统中，系统配置如下：就地安置的低压电控柜六套，用来完成各自风机子系统的启停等功能；PLC远地自控机柜一套，选用S7-300系列，采集整个风机系统的温度、**、油压等模拟量后通过上位机输出显示、报警。风机系统的温度采集点有很多，本项目中每套风机各有3个电机定子温度、2个电机支撑轴承的温度、风机的2个支撑轴承的温度和1个止推轴承的温度，温度点共计48个。若选择西门子8点模拟量输入模块，则共需要6块。（如图1）再加上轴震动度、油管压力、出口风压等模拟量输入，需要选用的PLC的模拟量输入模块的数量太多，成本高、安装难。那么，如何在保证甚至**系统性能的前提下尽可能的减少扩展模块呢？
3．提出新思路
S7-300系列PLC的部分CPU配备了PROFIBUS DP主站/从站接口，我们可以利用PROFIBUS总线传输协议来批量的获取现场温度信号。PROFIBUS –DP用于现场层的高速数据传送。主站周期地读取从站的输入信息并周期地向从站发送输出信息。总线循环时间必须要比主站（PLC）程序循环时间短。除周期性用户数据传输外，PROFIBUS-DP还提供智能化设备所需的非周期性通信以进行组态．诊断和报警处理。
我们知道，温度信号可以通过巡检的方式集中采集，根据实际情况，我选择陕西工业自动化工程公司研制生产的SS7-16型16路温度巡检仪共3台。但这种型号的温度巡检仪采用Modbus RTU协议（RS485口）进行通信，Modbus 协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。通过此协议，控制器相互之间、控制器经由网络（例如以太网）和其它设备之间可以通信。它作为一种通用工业标准，已经广泛应用在不同厂商生产的控制设备所组成的工业网络中，实现集中监控。
图1 模拟量输入模块采集温度结构示意图
图2 主—从传输形式采集温度信号结构示意图
两示意图分别是使用模拟量扩展模块和温度巡检仪采集温度信号的示意图，直观的比较两图不难发现，主—从站的结构形式具有以下优势：
1、节省硬件数量与投资。
2、节省安装费用。
3、节省维护开销。
4、用户具有高度的系统集成主动权。
5、**了系统的准确性与可靠性。
既然这种思路有很大的优势，那么我们就可以抛弃模拟量输入模块，用温度巡检仪取而代之，下面我们对其更深入的进行分析。
4．列出两种方案
针对两种设备采用两种协议的情况，下位机需要增加一个设备来完成Modbus RTU协议转POFIBUS协议的工作。改变了选型思路给我们带来了新问题，但工控市场上琳琅满目的产品能帮我们轻松的解决。针对Modbus RTU协议转POFIBUS协议的问题，容易想到两种方案。
方案一：利用CP341通信模块。
CP341模块是S7—3001400系列PLC中的串行通讯模块。该模块具有1个可选的串行通讯口（本项目选为RS485口）CP341模块可以与多台串行通讯设备进行通讯，如连接多个变频器、巡检仪等。其处理器可以特别方便和简单地进行参数化。如果采用RS422／485 Modbus RTU通讯方式，需要在发送的数据包中包括站号、数据区、读写指令等信息。供CP341模块所连接的从站设备鉴别数据包是发给哪个站的。以及该数据包是对那个数据区进行的读或写的功能。
方案一的通信硬件选择表
使用CP341的好处在于这种通信模块与CPU同厂家，兼容性和可靠性好。缺点在于此模块需要另付软件和硬狗的费用，对小型项目来说成本不低。
方案二：利用协议转换器进行协议转换
协议转换器就是网桥，或称工业网关，用于在链路层完成LAN之间或LAN与WAN之间数据包的存储和转发及不同物理接口之间的转换。如果以太网的网络类型不同（比如以太网以及令牌环），因为彼此不识别对方的帧格式传输方法，单纯依靠数据链路层协议是无法实现两个网络的相互连接这个问题在网络层上进行解决：方法是在不同的网络类型中分别置两个网关，网络与网络之间通过网关相连，网关起到协议转换的作用 。
近年来协议转换器产品的品质、性能日趋成熟，品牌也多种多样，功能也十分强大，我们拿瑞典的“Anybus”为例说明如何在项目中使用。
根据本项目的要求，我们可以选择Profibus-DP Serial Gateway系列产品，通过配套的软件可以选择不同类型的串口（RS232/422/485/） Anybus Communicator提供了一种Modbus RTU主站模式。在这种模式下网关轮询一个或多个Modbus从设备并将从设备中获取的数据映射到网关内部存储区。用户可以选择使用预定义的标准Modbus命令，也可以利用网关的数据处理功能来定义通讯报文，这样网关和现场总线主站之间交换的仅仅是所选择的数据。这种功能很适合将温度巡检仪作为从站，利用网关依次对其采集到的数据进行读取。
方案二的通信硬件选择表
比较两种方案，前者由于通信模块与CPU同一厂家，系统较为可靠稳定。但由于需要购买软件和加密狗，使得成本偏高；而后者更为经济，协议转换器体积小巧、使用简便，更适合应用在某些特殊的场合。在项目要求宽泛的情况下，我们可以采用与PLC同协议的从站设备，这样省去了协议转换这一程序，让系统更加优化。
一、 项目简介
贵州六盘水市焦化公司年产焦炭180万吨，其焦炉煤气以前除部分送回焦炉燃烧供生产用外，多余的焦炉煤气自燃排放到大气中。既浪费了能源，又污染了环境，不符合国家节能减排的环保政策。该公司决定采用焦炉煤气发电技术，将自燃排放的焦炉煤气用来发电，发电的电能一部分用于工厂自用电，一部分并网外送电。该焦炉煤气电站采用2台75吨燃汽锅炉建设12000kw的电厂。
该焦炉煤气电站位于六盘水市二塘境内，电站装机总容量12000kW。其外送电的主接线为一机一变单元接线。电站10kV出线为两回线均接至二塘变,站内10kV高压侧设单母线。电站受市电网调度。电站内主要设备有：两套焦炉煤气锅炉燃烧系统、一套汽轮机发电机组、一台主变压器、一台厂用变压器等。
武汉亿科华技术有限公司于2005年承接该电站计算机与自动化控制系统的设计、项目集成、编程与调试。为投资省，建设周期短，实现电站无人值守的高自动化程度。该电站采用自动化集成度高的计算机系统控制。
二、 控制系统构成
1. 焦炉煤气电站计算机系统构成
焦炉煤气电站计算机控制系统主要设置有：锅炉燃烧系统、汽轮机发电系统以及继电保护系统。这三个系统共设一个站级主控计算机系统，站级主控计算机系统设置一个工程师站和两个操作员站。工程师站允许电站工程技术人员对系统程序的编制、修改和编译工作以及数据库管理;操作员站允许电站操作人员对电站生产过程的操作控制、流程监控、事故记录、日志管理等工作。其自动化控制系统采用Siemens公司的一套S7-400PLC，主CPU采用S7-414模块。设有一套GPS系统负责校准系统时钟。站级主控计算机选用DELL公司DimensionTM4600n计算机，其配置为Inbbb P4 2.8GCPU/512M/80G/19吋LCD。站级主控计算机系统HMI软件选用SIEMENS公司的WinCC。其配置图如下：
2. 焦炉煤气电站自动化系统构成
依据焦炉煤气电站控制系统要求，由于该厂其他系统PLC采用S7-400的CPU,为保持CPU模块备件的一致性，其自动化系统设置一套Siemens公司的S7-400系列PLC，采用PLC本地-远程站方式实现全电站自动化控制。PLC本地-远程站设有1个本地站、6个远程I/O站。PLC本地站采用S7-414CPU,PLC远程站采用ET200I/O站。PLC本地-远程站之间采用Siemens公司的工业级现场总线Profibus-DP通讯，PLC本地站与上位机之间采用Ethernet网络通讯。
6个PLC远程站中有4个核心I/O站分别是：2个焦炉煤气锅炉燃烧系统PLC远程I/O站、1个汽轮机发电系统PLC远程I/O站和1个继电保护系统PLC远程I/O站。剩余2个I/O站是净化水PLC远程I/O站以及除氧器PLC远程I/O站。
PLC本地站接受操作员站发布的操作控制命令对全电站生产过程进行控制，将生产流程的信息通过ethernet网络传输给站级主控计算机系统。
锅炉燃烧系统PLC远程I/O站负责控制锅炉燃烧系统及其油水风辅助系统。它接受PLC本地站的控制命令，并通过输出模块控制调节阀等现场设备。该远程I/O站采集锅炉燃烧系统中生产过程的各种开关量、模拟量信号，并通过Profibus-DP通讯传输给PLC本地站。
汽轮机发电系统PLC远程I/O站负责控制汽轮机发电系统及其开关站与油水风辅助系统。它接受PLC本地站的控制命令，并通过输出模块控制调节阀等现场设备。该远程I/O站采集汽轮机发电系统中生产过程的各种开关量、模拟量信号，并通过Profibus-DP通讯传输给PLC本地站。
继电保护系统PLC远程I/O站负责控制发电机组、变压器、线路等保护。该远程I/O站中有控制这些保护的专用智能保护装置，这些智能保护装置采集主线路中保护用的CT及PT信号。各种保护功能依据这些CT及PT信号进行保护控制，并由其对应的智能保护装置独自实现保护功能。一旦保护动作，将断路器断开;发出报警、故障等信号给该远程I/O站。该远程I/O站将这些信号通过Profibus-DP通讯传输给PLC本地站。这些智能保护装置还通过主线路中测量用的CT及PT信号，将电流、电压等模拟量信号通过通讯规约转换器与站级主控计算机通讯，存储在数据库中。
依据PLC本地-远程站的控制要求，设计siemens硬件配置有：
序号 设备名称 型号 数量
1 主站电源模块 6ES7 407-0KA01-0AA0 1
2 CPU模块 6ES7 414-3XJ00-0AB0 1
3 存储器卡 6ES7 952-1KL00-0AA0 1
4 以太网模块 6GK7 443-1EX02-0XE0 1
5 主站机架 6ES7 400-1JA01-0AA0 1
6 子站电源模块 6EP1336-1SH01 6
7 子站通信模块 6ES7 153-1AA03-0XB0 6
8 DI数字量模块 6ES7 321-1BL00-0AA0 12
9 DO数字量模块 6ES7 322-1BH01-0AA0 8
10 AI热电偶模块 6ES7 331-7SF00-0AB0 8
11 AI模拟量模块 6ES7 331-7KF02-0AB0 8
12 AO模拟量模块 6ES7 332-5HD01-0AB0 4
13 子站机架 6ES7 390-1AE80-0AA0 6
上述siemens硬件成套组屏3面柜，电站还有直流系统组屏3面柜，励磁系统组屏2面柜，继电保护系统组屏2面柜，高压系统组屏11面柜，引风机变频控制等低压系统组屏13面柜，以及若干现场操作箱等。
三、 控制系统功能
焦炉煤气电站计算机控制系统能实时、准确、有效地完成对电站被控对象的安全监视和生产运行。为**电站监控和运行管理的自动化水平，确保电站安全可靠运行，改善运行维护人员的工作条件，实现电站无人值班，**电站的经济效益。其完成了如下控制功能：
1. 数据采集和处理
计算机控制系统定时采集锅炉燃烧系统、汽轮机发电系统以及继电保护系统中各种模拟量、脉冲量和开关量，并对采集的数据进行越限检查、复限检查和状态检查，记录并保存检查结果。
2. 运行监视和事件报警
计算机控制系统监视信号有：锅炉燃烧系统中主要工艺参数如煤气**、空气**、炉膛压力、汽包液位、蒸汽**、蒸汽温度、蒸汽压力、残氧含量等，以及汽轮机发电系统中主要机电设备运行参数如电流、电压、功率等。
监视电站各生产过程中设备状态、对越限和状态事件的报警以及事故顺序记录。
3. 继电保护系统功能
继电保护功能由该PLC远程I/O站完成全站主变及线路的保护功能。采用许继公司全微机式的继电保护系统。汽轮机组部分的保护采用GCHF系列微机保护;主变、10KV线路保护装置则分别采用GCHF-BZ11和GCHF-311C保护装置。
4. 焦炉煤气电站主要控制功能
焦炉煤气锅炉燃烧系统包括：煤气和空气输送、混合、燃烧、烟气排放;锅炉补水输汽;锅炉和燃气热交换;其它一些辅助设备。
焦炉煤气锅炉燃烧系统的主要控制有：煤气支管**调节、空气总管压力调节、空气支管**调节、煤气支管**调节、空燃比调节、煤气放散调节、炉膛压力调节、除氧器液位控制、除氧器压力控制、给水泵给水**控制、汽包液位控制、汽包压力控制、蒸汽温度控制、汽包紧急放水和紧急放汽控制、过热蒸汽减温控制、给水泵启停控制、循环水泵启停控制、凝结水泵启停控制、射水泵控制启停控制等。
汽轮机发电系统包括：一台汽轮发电机组、一台主变压器、一台厂用变压器、两回10kV出线、10kV断路器和隔离开关、400V厂用配电系统、220V直流系统及油水风等辅助设备。
汽轮机发电系统的主要控制有：机组开/停机操作、机组同期、机组发电、机组有功、无功调节、断路器分/合操作、线路送电/停电、机组辅助设备启/停控制、工况或运行方式转换操作。
5. 汽包液位调节控制
在上述电站各项控制功能中，维持汽包液位稳定在汽水循环中具有重要意义。其汽包液位的调节控制是电站众多控制之中难点与重点，本文着重介绍。汽包液位示意图如下：
图：汽包液位流程图
汽包液位控制是为了维持汽包液位在一定范围内变化、保持给水量变化波动较小。汽包液位过高，影响汽水分离器正常工作，造成出口蒸汽中水份过多、蒸汽带盐份，使过热器管壁和汽轮机叶片结垢，严重时导致蒸汽带水，造成过热器管道和汽机冲击，会使主汽温度急剧变化，直接影响机组安全性和经济性。汽包液位过低，可能使锅炉循环水工况破坏，造成水冷壁供水不足而爆管。
汽包液位调节控制必须采用三冲量调节。汽包液位调节原理图如下：
图：汽包液位调节原理图
汽包液位设定值和汽包液位测量值相比较后经PID1运算后输出一值，该值和给水**以及蒸汽**换算后的值相比较，再经PID2调节后，控制给水调节阀门开度。其数学模型表示如下：
级PID1输出值Y1为：
Y1= Kp1×(X1-X2) + Ki1×∫(X1-X2)dt + Kd1×[d(X1-X2)/dt]
式中Y1：级PID1输出值;
X1：汽包水位设定值;
X2：汽包水位测量值;
Kp1：PID1的比例系数;
Ki1：PID1的积分系数;
Kd1：PID1的微分系数;
级PID1的输出值作为第二级PID2的输入值。
第二级PID2的输出值Y2为：
Y2= Kp2×[Y1+ f2(x4)-f1(x3)]+Ki2×∫[Y1+ f2(x4)-f1(x3)]dt+Kd2×{d[Y1+f2(x4)-f1(x3)]/dt}
式中Y2：第二级PID2输出值;
X3：给水**值;
f1(x) ：给水**对应不同压力下的函数值;由工程数据表查验。
X4：蒸汽**值;
f2(x) ：蒸汽**对应不同压力下的函数值;由工程数据表查验。
Kp2：PID2的比例系数;
Ki2：PID2的积分系数;
Kd2：PID2的微分系数;
利用siemens公司step7软件中的PID功能块FB41，两个FB41PID功能块串联使用很好的实现了汽包液位的三冲量调节。其FB41结构图如下：
图：PID功能块FB41示意图
为了维护汽包液位稳定，在控制工艺中采取了一些方法：
液位测量：汽包液位测量采用两个差压变送器，当两个差压变送器都正常时，取两者平均值作为测量液位，当其中一个变送器故障时，测量值自动无间隙地切换到另一支变送器。减少了因测量故障而引起自动调节失败。
三冲量调节：三冲量调节能克服负荷、给水**等扰动而造成汽包液位较大波动。
对测量值的补偿：使用差压变送器测量液位时，用出口蒸汽的温度和压力补偿、水的温度和压力补偿对液位进行矫正，使测量值更接近实际值。
通过以上三种方法的实施，有效地**了汽包液位控制的稳定可靠性与精度，克服了“虚假水位”现象，满足生产实际的要求。
四、 项目运行
焦炉煤气电站自2006年1月投产运行以来，运行稳定高效，当年就收回了投资成本。深受焦化公司满意。既消除了煤气自燃排放的环境污染，又很好地发挥了能源的效能，促进了电站的经济效益。焦炉煤气发电技术符合当前我国节能减排的环保政策，特别是我国西部部分地区在发展经济与环境保护相矛盾的地方，值得大力推广该技术。
五、 应用体会
自焦炉煤气电站计算机控制系统承接以来，通过该系统方案的设计、设备成套、Wincc软件编程、STEP7软件编程与调试，以及现场调试投产。收获颇多，获益良多。
1.本次电站计算机控制系统组网结构清晰，网络组态快捷易行;S7-400PLC本地站与上位机ethernet通讯运行，以及其与ET200远程I/O站Profibus-DP通讯运行均稳定良好。
2.采用wincc软件组态编程易于实现电站各功能画面，S7-400本地站与ET200远程I/O站控制功能区域界定明晰，很好的实现了焦炉煤气电站计算机控制系统各项功能，完全满足了电站生产发电的需求。
3.采用STEP7软件结构化程序模块化设计，程序功能清晰，简洁易读，方便了调试与维护。特别是利用其2个PID模块FB41串联连接很容易实现了汽包液位调节控制。
4.自投产以来，该系统运行稳定可靠，维护简捷;自动化程度高，操作简单方便。使投资方很快捷的收回了投资成本，并继续为投资方创造更高的投资效益。