6ES7214-2AS23-0XB8使用方式
一、项目简介
1.本项目位于天津市西青区，华能天津杨柳青热电厂。此电厂现拥有两台套200MW发电机组及两台煤粉锅炉，是一家大型火力发电厂。
2.项目的简要工艺：在火力发电行业中，煤经锅炉燃烧后加热汽包中的水产生蒸汽，推动汽机旋转带动发电机发电。锅炉出口的烟中含有大量粉尘颗粒，按照环保要求必须经过除尘后才能排入大气中。本电厂现在采用高压静电除尘器，利用静电吸尘通过震打、收集手段将灰收集到灰斗中，再经气力输灰装置输送到灰库中，供水泥行业等使用。气力输灰属于锅炉辅机部分，通常使用PLC实现其控制功能。
3.项目当中使用的西门子自动化产品：一套S5-115U、两套S5-155U作为控制装置，控制了两台炉的全部气力输灰装置，包括气动阀门、压力变送器、温度传感器等过程控制对象。新进行的改造包括WinCC监控软件，PROFIBUS总线板卡CP5431、CP5613A2， Siemens的SimaticNet2006。
二、控制系统构成
1.整个项目中的硬件配置、系统结构；各组成部分选择的依据。与S5PLC的通讯方式有许多种，基于Profibus的FDL、FMS等，或者基于Ethernet上都有成熟的通讯方案，我们选用的是基于Profibus的FMS方式。为了实现FMS通讯，3套AS站侧选用3块CP5431卡件分别插到S5-115U/155U的可用扩展插槽上，建立了AS站侧的Profibus接口；3台上位机监测电脑上各安装了1块CP5613A2通讯卡，从而为上位机提供了Profibus接口。使用专用的Profibus电缆及总线连接器将3套PLC与3台上位机连接到同一个Profibus网络上，建立起通讯总线的物理连接。
2.选用Profibus网络与选用Ethernet网络相比较，主要优点是实现成本较低。在网络规模不大、通讯负荷较轻时Profibus完全能够胜任。
三、控制系统完成的功能
1.本案例中，原有控制方式是传统的操作屏模式，在操作间设有一5000＊1200的按钮操作屏，屏上刻画出了除灰过程的设备及工艺流程图，并安装了大量的开关和按钮，当前工艺过程状态通过操作屏上的指示灯进行显示，设备、功能组的启停全部通过开关和按钮控制。为了提高控制的自动化程度，降低设备检修强度，为了满足控制室的搬迁要求，决定进行操作模式的改造升级，在维持原有操作屏操作的基础上，增设3台上位机，使用WinCC实现一套新的控制平台。选用WinCC是因为其灵活快速的画面组态、报警组态功能，完善的历史数据归档、曲线、报表功能，丰富的图库、脚本函数库资源。WinCCV6版本使用了SQLServer2000数据库，开放的接口，广泛的使用面更为WinCC增添了新的亮点。WinCC对OPC技术的支持与应用，使用户获得了自由扩展的接口，WinCC即可以作为标准的OPCClient使用，又是标准的OPC DA/HDA/A&E Server。作为标准的OPCClient，我们可以用WinCC通过添加OPC Suite来访问所有支持OPC DA接口的OPCServers，即可以是象SimaticNet这样的Siemens自己的产品，也可以是第三方厂家产品。而作为标准的OPCDA/HDA/A&E Server，我们可以开发自己的OPCClient应用程序实现对WinCC过程数据/历史数据/报警事件数据的访问，现在较为流行的工厂SIS/MIS系统软件多数支持OPC访问接口，WinCC完全支持他们的访问。SimaticNet也是一套标准的OPCServer产品，它又提供了对Siemens各网络类型板卡的支持，项目中就是借助CP5613A2板卡通过SimaticNet中的OPCServer实现与S5系列AS站之间的FMS连接，上位机中FMS连接的建立是在安装了SimaticNet后生成的PCStation中实现的，借助SimaitcNet的PC Station组态工具，将建立好的FMS连接下装到PCStation中，要注意的是所建的连接一定要与AS站上的CP5431的设置参数相一致，CP5431的设置工作是在专用软件COM5431中完成的。AS站加装CP5431板卡，对程序作相应更改并调试通过后，应能建立上位机与S5PLC之间的数据通讯，在此调试过程中，SimaticNet提供了一个很好的OPC调试工具————OPC Scout，利用OPCScout我们可以方便直观的浏览、连接、测试当前能够连接上的OPC数据源。当然WinCC也不甘落后，在添加了OPC驱动包后，右击此OPC驱动包并选择Systembbbbbeter，打开的窗口同样具有OPC扫描、浏览功能，利用其完美的浏览选择功能我们能快速、方便的建立我们所需要的数据标签。此项目中除了采集3套S5PLC数据外，又连接了4套OMRON的小型PLC，我们采用的依然是OPC技术，选购了OMRON的SYSMACOPC产品，用WinCC与SYSMAC建立OPC通讯，从而实现了对OMRONPLC产品的监控，更体现了WinCC对OPC的支持所带来的益处。经以上各技术点的应用，我们成功实现了对除灰系统的WinCC监控改造。
2.项目中的难点：在项目实施过程中，遇到的大困难是通讯响应速度问题。原有控制方式中，设备的状态显示借助指示灯的状态来实现，指示灯有两种闪烁频率，1Hz和0.5Hz。为了不改变程序中的逻辑处理部分，我们力图在WinCC画面上实现与操作屏上指示灯的同步闪烁，这就要求WinCC上的数据刷新周期要快于灯的闪烁周期。为了实现这一目的，在WinCC中的画面元素的刷新周期要一致，全部设为500ms周期；关键的设置在于CP5431的发送周期上，若将SendAll/ReceiveAll的调用安排在OB1中是不合理的，因为此项目的程序量较大，导致OB1的完全执行周期较长且不稳定，对于S5-155U/948CPU，我们选择了较快的定周期中断OB11。在组态CP5431的COM5431中的数据排列顺序也要作相应考虑，力求使与显示有关的所有数据能在一个发送包中传递完毕。经过对以上几点的着重处理，终获得了令人满意的同步显示效果。
3.附加生产工艺当中的工艺照片。
四、项目运行
到目前为止，项目已经投入运行近一年了，系统运行很稳定，用户反应良好。
五、应用体会
通过这一项目，切身体会了WinCC的OPC接口的方便性与开放性。SimaticNet体系逻辑结构清晰，接口全面使用方便，其附带的调试工具非常实用。
1 EASYCORE的PLC芯片组
EASYCORE是一个加载了EASY嵌入式PLC软件平台的核心芯片组，用于设计PLC，其内部结构框图如图1所示。
1．1 EASYCORE内核
内核采用C8051F040混合式高性能单片机，片内有64个I／O端口引脚、1个CAN2．0B集成控制器、12位的ADC、PGA和模拟复用开关、2个12位DAC、64KB的可编程Flash存储器、4 352（4096+256）字节的RAM、SPI、SMBus／I2C、2个UART串行接口、5个16位通用定时器，可编程计数／定时阵列有6个捕捉／比较模块，片内有看门狗定时器、VDD监视器、温度传感器等，工业温度范围-45℃～+85℃内采用2．7～3．6V的工作电压。
可通过设置开关交叉控制寄存器，将片内的计数器／定时器、串行总线、硬件中断、ADC转换启动输入、比较器输出以及微控制器内部的其他数字信号配置为在I／O引脚输出。允许用户根据自己特定的应用选择通用端口I／O和所需数字资源的组合。
内核采用实时操作系统，加载了与FX2NPLC兼容的梯形图语言的监控程序，指令系统与通信格式与FX2NPLC兼容。可以采用FX2NPLC软件编程，也可采用通用组态软件监控。
1．2用户驱动开发接口
用户根据接口规范，可以嵌入完成特定功能的汇编程序，实现I／O点配置、AD／DA以及其他特殊的功能。
①嵌入程序代码存放地址为E000H～F7FFH。
②用户可使用的中断源如表1所列。
（1）特殊用途引脚
P0．0，串口1的RXD，用于下载程序。
P0．1，串口1的TXD。
P0．2，串口2的RXD，用于RS4．85通信。
P0．3，串口2的TXD。
P4．5，PRO，嵌入式程序下载，低电平有效。
P4．4，RUN／SET。
CANRX、CANTXD，CAN总线接口。
（2）用户应用引脚
AIN0．0～AIN0．3，模拟量输入；
DAC0～DAC1，模拟量输出；
P1、P2、P3、P0．4～P0．7——数字I／O，可通过接口程序与
PLC的输入／输出缓冲区相连。
2．1．2输入／输出接口电路
输入接口电路：输入点为X0～X7（图中只画一条），输入接口采用光电隔离器TLP180，防止外界干扰，接口电路如图3所示。P3．0为高电平电压3．3V。
输出接口电路：输出点为Y0～Y7（图中只画一条），输出信号经2003驱动输出继电器或晶体管，如图4所示。ULN2003AN为7路驱动器。
2．2 软件设计
PLC指令的解释、与上位机的通信等核心功能已由EASYCORE内核完成；用户程序只要根据接口规范，结合用户设计要求，编制少量的接口程序。
用户程序主要是把外部接口电路与内核软件的输入、输出缓冲区相联系。读P3．0～P3．7（X0～X7），送到相应RAM-PX，把RAM—PY（Y0～Y6）数据输出到P1．0～P1．6（Y0～Y6）。主要程序结构如图5所示。
（主要程序略——编者注）
3 结 论
基于芯片组的嵌入式PLC，能有效弥补通用PLC在低端市场的不足，与工艺对象结合紧密。只要解决好电路的抗干扰设计问题，嵌入式PLC有较大的市场前景。目前，笔者已将成功应用于龙门铣床的改造。
PLC输入外部电路的外部节点形式共分为以下三种：
1、无源节点输入，即：开关节点输入。
2、NPN和PNP节点输入
3、二极管输入
下面，就这三种节点输入的形式及接线方式简单说明一下。
1、无源节点输入（开关量输入）
此种节点形式是PLC输入用的多的一种形式。使用此种形式时，只要注意PLC的输入公共端是共阳极还是共阴极就行了。如为共阳极，则通过开关节点引入的应该是负极，如为共阴极，则经过开关节点引入的应该是正极。如下图所示（括号内为共阳极时）：
2、NPN和PNP节点输入
一些传感器或接近开关的输出节点是NPN或PNP节点形式。这时，做为PLC的输入是选NPN还是PNP节点，一方面要看要看PLC的接线形式而定，还要看传感器或接近开关的接线形式。下面举例来说明：
如下图所示，传感器的输出是NPN形式的。从图中负载接线可知，传感器动作时，输出0V（黑线④处）。这就要求，PLC的公共端（COM）是正极。对于此线路，当PLC的公共端接（CON）正极时，PLC的输入就只能用NPN形式。
下图正好当传感器动作时，其输出为正极（黑线④处）。此时，就要求PLC的公共端（COM）接负极。对于此线路，当PLC的公共端接负极时，PLC的输入就只能用PNP的形式。
PLC的输入节点到底是采用PNP还是NPN的形式，其实大不可必死记。只要明白PLC输入内部的电路原理就行了，即：采用PNP还是NPN节点，都必须保证PLC输入电路内部的光电耦合部分的发光二极管得电。
以上两例是以西门子PLC为例，西门子PLC输入内部线路的光电耦合的公共端可以是共阴极或共阳极，在考虑使用NPN或PNP输入时，可以改变公共端（COM）的正极或负极来分别使用；而对于三菱FX系列的PLC，因光电耦合的公共端是固定采用共阳极的，公共端只能接正极，输入也就只能使用NPN节点输入方式了。
3、串二极管输入
有时，需要在PLC的输入节点中串入一个发光二极管来为指示。如下图所示：
此时，一般PLC都会规定串入二极管的允许电压降及允许串入的二极管的个数。比如，上图所示的FX系列的PLC规定，发光二极管允许电压降为4V，多允许中时串入2个。
1 引言
为了调整产业结构，提高安钢集团公司的经济效益，由武汉设计院设计建造的6流小方坯连铸机2000年6月投产竣工，后又经过两次较大规模的技术改造，该工程自动控制系统技术先进、价格合理，运行性能安全可靠，电仪一体化程度高，运行几年来，运行效果一直很好，2003年产钢达80万吨。
2PLC自动控制系统功能介绍
根据生产工艺的要求，自动化系统分为一级自动化和二级自动化控制，其中一级自动化为基础自动化级，是一套完整的电/仪一体化控制系统，连铸机每流设置一台德国西门子公司的S7-300系列PLC控制器，公用设备采用一台S7-400PLC，电磁搅拌系统采用ABB公司的PLC，1～3流，4～6流液面控制系统各有一台S7-300PLC，另设两个CRT操作站，其配置柜图如附图。
附图 连铸机自动化系统配置图
一级自动化的主要作用，一是完成各工艺装置的逻辑控制和操作，工艺参数的设置;二是工艺参数、设备状态的显示和报警及工艺流程画面的监控;三是过程控制及计算机的通讯等。该系统的主要特点是:采用电/仪一体化设计，结构严谨，自动化程度高，S7系列PLC数据处理能力和逻辑运算能力非常大，编程灵活，抗干扰能力强，使用维护方便等。
（1） 传动部分
对拉矫机、大包回转台、振动电机等需要调速的设备采用西门子公司的6SE70系列矢量控制变频调速装置，电磁搅拌采用瑞典ABB公司生产的可控硅逆变器柜组。
（2） 铸机公用PLC的功能
大包回转台包盖升降施转控制;中间包车行走、升降控制;风机控制;液压系统控制;连铸机水系统电动阀门控制;推钢机和翻转冷床控制;工艺过程的数据采集;相关设备逻辑关系联锁控制;铸机运行状态信息控制等。
（3） 铸流PLC功能
结晶器振动控制;拉矫机拖动控制;引锭杆传动控制;切割车控制;铸流辊道拖动控制;二冷水控制;故障报警等。
（4） CRT操作站画面
采用西门子产品Wincc组态软件，其主要功能为:生产过程的操作和参数修改;工艺流程画面显示;故障报警画面显示、报表打印和过程值趋势图显示等。
系统控制分为自动控制、手动控制和维修控制三种方式。自动控制分为过程计算机控制和电气自动控制两种。选择过程计算机控制方式后，控制的设定值来自二级计算机。选择电气自动化控制方式后，系统按PLC程序自动完成，系统的操作和设定置来自CRT操作站。选择手动控制方式，借助于CRT操作站和操作台进行操作。此种方式通常控制单体设备。在维修方式下，选择开关打在机旁，主要用于设备的现场调试与维修。
3 系统的完善与改进
在铸机的运行过程中，根据现场情况和工艺要求的变化。我们也实时对某些方面做的完善和改进措施。如一台变频器控制三台拉矫机改为脱坯辊单独采用一套变频调速装置;对24V直流系统进行更为详尽的按类分别供电控制;在Wincc画面上增加部分过程值的显示和趋势图;增加Wincc变量用于报警显示等等，这些改进在运行实践中证明是有益于连铸机的正常运行和方便设备的维修维护。
4 结束语
该铸机PLC控制系统运行至今，铸坯表面及内部质量都完全满足工艺要求，为我厂成功开发品种钢、促进产品结构多元化发挥了重要作用，也取得了十分可观的经济效益。