西门子模块6ES7221-1BF22-0XA8正规授权
随着DCS系统在化工自动化领域的广泛应用，其功能已不仅仅是完成控制和操作，在很大程度上还要整合其它各辅助系统的运行信息和生产数据，并将这些数据提供给操作人员和管理者。DCS系统如何实现与第三方系统间通讯进行数据交换，越来越被更多的用户重视并广泛应用。
大庆炼化公司30万吨/年聚丙烯装置DCS控制系统是CS3000系统，有5套PK包机组采用西门子独立的S7400PLC系统，并与CS3000进行MODBUS通讯。在DCS与PLC通讯时，DCS只能作为主设备，PLC作为从设备。MODBUS为单主站网络协议，系统中只能够有一个MODBUS主站，并且只能够实现主站和从站的数据交换，从站之间不能进行数据交换。
西门子CP340/CP341/CP440/CP441-1/CP441-2模块是S7300/400系列PLC中的串行通讯模块，该模块具有串行通讯口。可以使用这种通讯模块实现S7300/400与其他串行通讯设备的数据交换，例如打印机、扫描仪、仪表、MODBUS主从站、DataHighway站、变频器，USS站等。下面以CP341与ALR121为例介绍其通讯功能，其网络框图如图1所示。
一、通讯的硬件配置
1、 CS3000系统的ALR121通讯卡
ALR121通讯卡支持RS 422/ 485 通讯，其接口定义和通讯接线如图2所示。RS485接线采用普通的3线接法。
2、 西门子CP341通讯卡
CP341通讯模块是西门子S7-300/400系列PLC中的串行通讯模块，具有1个串行通讯口（RS232C或RS485/422）。可以使用这种通讯模块实现S7300/400与其它串行通讯设备的数据交换其物理接口如图3所示。
图1 CP341与ALR121通讯网络示意图
3、CP341 与 ALR121连接
进行RS485通讯时，将CP341的4、8、11端子与ALR121的TX+、TX－、SG端子连接，接线图如图4所示。
图2ALR121硬件接口
图3 CP341硬件接口
图4 RS485通讯CP341 与 ALR121接线图
1引言
电厂出灰系统是热电厂的一个重要系统。近几年灰渣利用率越来越高,干式出灰系统具有节约水资源、保护环境等特点，目前电厂出灰多采用干式出灰系统。在干式出灰系统中，工况恶劣、控制点数多。传统的控制系统由于抗干扰能力弱、可靠性差、效率低，达不到预期的控制目标。而可编程逻辑控制器(PLC)的抗干扰能力强、可靠性高，选用可编程控制器(PLC)用于某热电厂锅炉干式出灰系统可以显著tigao工程的实用性。
2工艺流程及控制要求
2.1系统工作流程
某热电厂共有八台锅炉，每台锅炉包括三个电场集尘装置，每个电场包括一组(两个)仓泵，每个仓泵附近配置一个就地控制箱,利用控制箱盘面上的手动开关，可以对现场阀门进行手动操作和现场调试。下面以单个仓泵为例来说明具体的工艺流程。
锅炉烟气中的灰尘通过电收尘收集后落入灰仓，灰仓下部安装有仓泵，灰经输灰管进入仓泵。在自动控制运行工况下，具体工艺流程为:仓泵内无灰时，打开透气阀→延时5s→开进料阀→延时5s→当仓泵进料量达到设定值(时间/重量/人工)时→料位信号到→关闭进料阀→延时5s→关闭透气阀→此时判断母管压力是否到位/判断灰管压力是否到位/判断在此系统中没有其它仓泵出灰，所有条件满足→打开出料阀→延时5s→打开一次气阀→延时5s→打开二次气阀1min后→检查灰管压力，当灰管压力低于设定值时→关闭一次气阀→延时20s后→关闭二次气阀→关闭出料阀完成一次出灰循环。
当发生出灰管路堵塞时，系统设置了排堵阀，通过负压反抽来疏通出灰管路。关闭一次气阀后，延时20s后关闭二次气阀。目的是保证出灰管路畅通，避免发生管路堵塞。每台仓泵的出灰系统如图1所示。
图1出灰系统流程示意图
2.2控制要求
(1)实现出灰的过程自动化，为便于操作调整及应急处理，应能随时切换到手动控制状态;
(2)当操作室内的“远程/就地”开关打到“就地”位置时，自动停止出灰;
(3)仓泵的进料重量和进料时间双重控制，进料重量或进料时间任意一个达到要求都作为仓泵料满对待;
(4)同一出灰管线上只能有一个仓泵出灰，一电场用一根出灰管，先满足出灰条件的优先出灰，二、三电场共用一根出灰管，先满足出灰条件的优先出灰;
(5)当发生灰管堵塞后(灰管压力大于550KPa)，报警指示灯发出声光报警，直至灰管堵塞故障排除;
(6)当来气母管压力小于400KPa时，系统自动停止运行。
3控制系统构成
本系统选用西门子公司的S7-300型可编程控制器和MT500型触摸屏人机界面。MT500型触摸屏直观生动地显示PLC、PC机上的数据信息。S7-300是模块化中型PLC系统，能满足中等性能要求的应用。该控制系统主要由主控制柜、现场控制箱、若干测量传感器和辅助电器(称重传感器、压力传感器、电磁阀等由生产厂家配套供给)等组成，具有仓泵运行远程自动、远程手动、现场手动三种控制方式，控制方式的转换由设置在主控制柜上的转换开关完成。开关切换至自动位置时，点击要使用的仓泵画面，可选择其中一种方式。
S7-300系列PLC作为西门子公司的新一代产品，具有以下特点:
(1)功能强:极强的计算性能，完善的指令集，MPI接口和通过SIMATICNET联网能力强;
(2)快速:指令处理极其快速，功能强大的CPU只需0.3ms就可处理1024个二进制语句，在文字处理方面也同样表现出色;
(3)通用:高性能模板和六种CPU适用任一场合，模块可扩至3个扩展机架，用户友好的bbbbbbSSTEP7编程;
(4)全集成:全部模块化，运行可靠，操作方便，特别适合于比较恶劣的工况。本系统PLC由电源模块、模拟量输入模块、数字量输入模块、数字量输出模块和中央处理单元组成。控制系统组成框图如图2所示。
图2出灰控制系统图
4软件设计
4.1系统界面设计
系统界面分系统主画面与系统操作画面。在系统主画面中，可以选择要操作的仓泵和要启停的系统。
在操作画面中，运行人员可观察每个仓泵的运转情况，也可对每个仓泵进行远方操作或根据运行工况对系统的参数进行修正，以保证系统的正常运行。故障发生后，可以在操作画面进行故障的处理。系统的操作画面如图3所示:
图3操作画面
4.2系统程序设计
(1)在系统程序设计中，为防止在自动运行状态下，由于灰量大或别的原因使出灰过程受阻，引起灰管压力上升慢，给系统造成仓泵内灰已出完的假象，从而导致系统判断失误。为避免系统操作引起堵管，在程序中设置了一分钟的延时时间，在出料阀打开一分钟后再检测灰管的压力，给出灰过程的顺利进行提供可靠的保证。
(2)为防止过程参数的影响，特设定了出料时间和进料时间。为防止重量信号出现故障而使控制系统一直处于进料状态，引起仓泵灰满特设定进料时间，无论重量信号有无达到设定值，都将停止进料。由于灰管压力不只受出灰过程的影响，还受来气母管压力的影响，当来气管压力升高时，会造成出灰过程顺利，灰已全部出完，但灰管压力长时间下降不到给定值。在程序设计中增加了出料时间，当出料时间大于8min时，系统就自动停止出灰，进入下轮循环，有效地避免了系统长时间不出灰的状况。
(3)当系统的来气压力低于额定值400kPa或灰管压力高于给定值(550kPa)时系统自动停止运行，因为此时灰管易出现堵管现象，为防止事故的扩大。系统会自动出现报警，正在运行的系统会立即停下来，所有的阀门自动关闭。此时将系统切换至远程控制排堵。
PLC按结构形式可分为整体式和模块式。整体式PLC将电源、CPU、I/O部件都集中装在一个机箱内。模块式PLC结构是将PLC各部分分成若干个单独的模块，如CPU模快、I/O模快等。考虑到自来水厂改建(特别是节能、更换旧设备方面)、扩建和PLC故障率95%都是发生在I/O部件损坏;模块式PLC的配置灵活，装配和维修方便，水厂设备、工艺的改变只要将相应的I/O模快更换或扩展再经编程就可方便实现自动化。从长远来看，提倡选择模块式PLC。
1.统一选择机型
在选择PLC时，要注意售后服务是否有保障，兼顾水厂日后维修上的便利、备用件的库存和软件编程方面。而常见的制取自来水的步骤主要分为:混凝、沉淀、过滤、消毒和储存。在功能满足要求的前提下，选择的机型好都选择同一间公司的产品。
2.根据输入和输出选择
自来水厂中的主要设备有:反应池、澄清池、滤池、清水池、加氯机、氯吸收装置、空气压缩机、鼓风机、加药设备、阀门、泵、混合设备、计量设备。根据控制系统的要求和采用的控制方法，对于每一个被控对象，所用的I/O点数不会轻易发生变化，根据需要的I/O点数选用I/O模块可与主机灵活地组合使用，考虑到以后工艺和设备的改动，或I/O点的损坏、故障等，一般应保留1/8的裕量。
除了I/O点的数量，还要注意输入和输出信号的性质、参数和特性要求等。如水厂中阀门是模拟量还是开关量控制;PH计、liuliang计、浊度计、余氯计、液位计等水质监控仪表信号源是电压输出型还是电流输出型，是有源输出还是无源输出，及其继电器输出是NPN输出型还是PNP输出型。还要注意输出端点的负载特点(负载电压、电流的类型)，数量等级以及对响应速度的要求等。
据此，来选择和配置适合输入输出信号特点和要求的I/O模块。
3.根据存储器容量选择
通常，PLC的存储器容量以字为单位，如64k字等，应用程序所需存储器容量可以预先进行估算。选择和计算的种方法是:根据编程使用的节点数jingque计算存储器的实际使用容量。第二种为估算法，用户可根据控制规模和应用目的，按照附表的公式来估算。
使用时可以根据程序及数据的存储需要来选用合适的机型，必要时也可专门进行存储器的扩充设计。为了使用方便考虑到水厂工艺、设备的改动和编程时的需要，一般应该留有25％～30％的裕量。
4.根据通信要求选择
目前，PLC采用了各种工业标准，如IEC61131、IEEE802.3以太网、TCP/IP、UDP/IP等，各种事实上的工业标准，如bbbbbbsNT、OPC等，融合了IT技术，可与智能MCC马达控制中心、其它运行控制系统、电控设备、变频器和软起动器等连成系统。
而当前自来水厂自动化应用的多的是工业电脑和PLC组成控制系统，系统中一般PLC分为取水泵站、投加站、滤池站和送水泵站，站与站之间要传递监控的参数，如余氯、liuliang、浊度等，并且由中控室的电脑集中控制，通讯的基本要求是实时、稳定可靠、经济。水厂要根据自身的设备、投入的资金、响应速度、以后的发展，选择易于扩展、连接、发展成熟的现场总线、网络，如以太网、PROFIBUS、Modbus、FIPIO、Asi等，从而有侧重地选定PLC通讯模块。
事实证明，PLC的功能很好地满足了近90%的工业控制需要。PLC硬件和软件的形态，随着微电子技术和IT的发展而不断改进，利用PLC来实现保护和故障诊断系统，可减少故障率，tigao可靠性。在应用上方便灵活，价格便宜，运行可靠，有利于保护和故障诊断、实施及维护。