西門子plc在小型水廠的應(yīng)用

現(xiàn)地控制單元為電站監(jiān)控系統(tǒng)全分布式結(jié)構(gòu)中的智能控制設(shè)備，由它實現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)與電站設(shè)備的接口，完成監(jiān)控系統(tǒng)對電站設(shè)備的監(jiān)控。它可以作為所屬設(shè)備的獨立監(jiān)控裝置運(yùn)行，當(dāng)現(xiàn)地控制單元與主控級失去時，由它獨立完成對所屬設(shè)備的監(jiān)控，包括在現(xiàn)地由操作人員實行的監(jiān)控及由現(xiàn)地控制單元對設(shè)備的自動監(jiān)控。

配置如下圖1：
2.1 機(jī)組現(xiàn)地控制單元
機(jī)組現(xiàn)地控制單元每臺機(jī)組配置S7-200西門子plc一套，分別編號為1#LCU、2#LCU、3#LCU、4#LCU。屏上配有觸摸屏、PLC模塊、交流量智能變送器，每套機(jī)組現(xiàn)地控制單元采用溫度變送器及智能溫度巡檢裝置兩種方式采集機(jī)組各測溫點的溫度。溫度巡檢裝置經(jīng)通信接口與本單元進(jìn)行通信。相關(guān)的備用、調(diào)相、發(fā)電、故障和事故等狀態(tài)指示，以及開停機(jī)、緊停、過速保護(hù)等功能按鈕及連片。
西門子PLC配置
機(jī)組現(xiàn)地控制單元的PLC采用S7-200CN西門子plc可編程控制器（PLC）模塊。該系列西門子PLC 適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化。S7-200CN系列的強(qiáng)大功能使其無論在獨立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此S7-200CN系列具有*的性能/價格比。
根據(jù)系統(tǒng)要求，西門子PLC配置如下：
①中央處理模塊（CPU）：選用CPU226CN（24點DI/16點DO）。
②數(shù)字量輸入模塊（DI）：選用EM221，共2塊（16點DI/塊）。
③數(shù)字量輸入輸出模塊（DI/DO）：選用EM223，1塊（16點DI/16點DO）。
④溫度量輸入模塊（RTD）：選用EM231，共2塊（8點/塊）
⑤ PROFIBUS-DP接口模塊：EM277，1塊。
⑥ PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)連接器1個。
威綸觸摸屏配置
觸摸屏采用K-TP178micro西門子觸摸屏。該屏是西門子專門針對中國中小型自動化產(chǎn)品用戶需求而設(shè)計的全新西門子觸摸屏。通過點對點連接（PPI或者M(jìn)PI）完成和S7-200CN控制器的連接，整個系統(tǒng)渾然一體，具有良好的穩(wěn)定性和抗干擾性。通信速率可達(dá)187.5kbaud。它的操作界面非常友好，不但可以通過MT8121iE觸摸屏來執(zhí)行操作，更可以通過面板上的6個按鍵來執(zhí)行操作。此外該屏采用了32位ARM7的CPU處理芯片，同時擁有超大的內(nèi)存空間使操作響應(yīng)更加快速。
2.2公用及開關(guān)站現(xiàn)地控制單元

公用及開關(guān)站現(xiàn)地控制單元配置S7-200西門子plc一套，編號為5#LCU，配置西門子PLC模塊、溫度采集模塊、CM-320B多對象微機(jī)準(zhǔn)同期裝置、交流量智能變送器、西門子K-TP178micro觸摸屏、開出繼電器、交流采樣裝置等相關(guān)器件。主要對全廠公用的油、氣、水輔助系統(tǒng)，廠用交流電源系統(tǒng)，直流電源系統(tǒng)及開關(guān)站等監(jiān)控對象的數(shù)據(jù)采集及實時控制。
根據(jù)系統(tǒng)要求，西門子PLC配置如下：
①中央處理模塊（CPU）：選用CPU226（24點DI/16點DO）。
②數(shù)字量輸入模塊（DI）：選用EM221，共2塊（16點DI/塊）。
③數(shù)字量輸入輸出模塊（DI/DO）：選用EM223，1塊（16點DI/16點DO）。
④溫度量輸入模塊（RTD）：選用EM231，共2塊（8點/塊）
⑤模擬量輸入模塊（AI）：選用EM231，1塊（4點AI）。
⑥ PROFIBUS-DP接口模塊：EM277，1塊。
⑦ PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)連接器1個。
2.3現(xiàn)地控制單元系統(tǒng)實現(xiàn)的功能：
2.3.2安全運(yùn)行監(jiān)視
安全運(yùn)行監(jiān)視包括全廠運(yùn)行實時監(jiān)視及參數(shù)在線修改、狀變監(jiān)視、越限檢查、過程監(jiān)視、趨勢分析和監(jiān)控系統(tǒng)異常監(jiān)視。
2.3.3控制與調(diào)節(jié)
機(jī)組現(xiàn)地控制單元能自動完成開、停機(jī)操作和有功、無功功率的調(diào)節(jié)，而不需依賴于電站控制中心。在接受電站控制中心命令后，工況轉(zhuǎn)換及調(diào)節(jié)能自動完成，也能分步自動完成。機(jī)組現(xiàn)地控制單元也能執(zhí)行現(xiàn)地人機(jī)接口發(fā)出的現(xiàn)場命令。
機(jī)旁設(shè)控制權(quán)切換開關(guān)（上行信息不受切換開關(guān)位置影響）。開關(guān)置于“中控室”時，則機(jī)組僅受控于電站控制中心，置于“現(xiàn)地”時則僅可由運(yùn)行人員通過現(xiàn)地控制單元對機(jī)組進(jìn)行控制。
機(jī)組控制單元順序控制
機(jī)組同步并網(wǎng)
機(jī)組輔助設(shè)備的自動控制、監(jiān)視
①事件檢測和發(fā)送
自動檢測本單元所屬的設(shè)備、繼電保護(hù)和自動裝置的動作情況，當(dāng)發(fā)生狀變時，將事件的性質(zhì)依次檢測、歸類存檔，并上送電站控制中心。
2.3.4數(shù)據(jù)通信
完成與電站控制中心的數(shù)據(jù)交換，實時上送電站控制中心所需的過程信息，接收電站控制中心的控制和調(diào)節(jié)命令。
機(jī)組現(xiàn)地控制單元接收電站控制中心所用的同步時鐘信息以保持同電站控制中心同步。
與電能計量裝置及其他承包商提供的微機(jī)勵磁調(diào)節(jié)器、微機(jī)調(diào)速器、微機(jī)繼保裝置、微機(jī)測速裝置、溫度巡檢裝置等之間通信，進(jìn)行信息交換，提供接口軟件。
2.3.5系統(tǒng)診斷
機(jī)組現(xiàn)地控制單元硬件故障診斷：可在線或離線自檢設(shè)備的故障，故障診斷能定位到模塊。
軟件故障診斷：應(yīng)用軟件運(yùn)行時，若遇故障能自動給出故障性質(zhì)及部位，并提供相應(yīng)的軟件診斷工具。
2.4上位機(jī)配置
①服務(wù)器 (DELL P4 2.8G處理器、512MB內(nèi)存、80GB的硬盤)。
②彩色顯示器 (DELL 21寸彩色顯示器)。
③語音報警設(shè)備 (多媒體聲卡、音箱)。
④ CP5611網(wǎng)卡
⑤ SIMATIC NET 6.0。
⑥ WINCC 5.1。
上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用西門子WinCC人機(jī)接口軟件，該軟件可以很好的支持S7系列西門子plc，且具有強(qiáng)大的畫面組態(tài)、報警設(shè)置、數(shù)據(jù)存檔、報表設(shè)計等功能。此外還集成了多種網(wǎng)絡(luò)連接方式，使其與自動化系統(tǒng)連接起來更加方便。
2.5上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)的功能：
2.5.1數(shù)據(jù)采集與處理；
主控級自動采集和處理各現(xiàn)地控制單元的各類實時數(shù)據(jù)和處理電站設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，采集的數(shù)據(jù)及處理量主要有以下幾種：
①電氣量：主控級收集由現(xiàn)地控制單元采集的各電氣量：
②模擬量
溫度：機(jī)組上導(dǎo)、下導(dǎo)、水導(dǎo)、推力軸承的瓦溫、油溫、冷卻水溫、轉(zhuǎn)子線圈、定子線圈和鐵芯的溫度及變壓器油溫等。
③數(shù)字量：各現(xiàn)地控制單元將采集到的數(shù)字量上送主控級進(jìn)行處理或現(xiàn)地處理
④脈沖量：各現(xiàn)地控制單元對采集到的脈沖量進(jìn)行累計，換算成相應(yīng)的電度量后，上送主控級進(jìn)行全廠日、月、年發(fā)電量累加處理。
⑤數(shù)據(jù)壓縮精簡：對實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)按要求進(jìn)行篩選整理，去掉無用的數(shù)據(jù)后，將“壓縮”了的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫。
WinCC控制畫面
三、關(guān)鍵技術(shù)的使用
3.1 PROFIBUS現(xiàn)場總線技術(shù)
隨著制造業(yè)自動化和過程自動化中分散化結(jié)構(gòu)的迅速增長，現(xiàn)場總線的應(yīng)用日益廣泛，現(xiàn)場總線實現(xiàn)了數(shù)字和模擬輸入/輸出模塊、智能信號裝置和過程調(diào)節(jié)裝置與可編程邏輯控制（PLC）和PC之間的數(shù)據(jù)傳輸，把I/O通道分散到實際需要的現(xiàn)場設(shè)備附近，從而使整個系統(tǒng)的工程費(fèi)用、裝配費(fèi)用、硬件成本、設(shè)備調(diào)試和維修成本減少到zui少。PROFIBUS現(xiàn)場總線滿足了生產(chǎn)過程現(xiàn)場數(shù)據(jù)可存取性的重要要求，一方面它覆蓋了傳感器/執(zhí)行器領(lǐng)域的通信需求，另一方面又具有單元級領(lǐng)域的所有網(wǎng)絡(luò)通信功能。
在寶壇一、二級站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中各控制單元之間通過PROFIBUS現(xiàn)場總線連接。裝有CP5611網(wǎng)卡的上位機(jī)作主站，各控制單元以PROFIBUS-DP從站的方式接入。

WinCC連接PROFIBUS-DP從站
編程時，首先要配置CP5611網(wǎng)卡。像配置S7-300西門子plc站一樣將其組態(tài)為PROFIBUS主站（DP-MASTER），將其下載到硬件中。WinCC側(cè)的組態(tài)，在WinCC程序中添加PROFIBUS-DP協(xié)議，并設(shè)置其系統(tǒng)參數(shù)。在DP連接協(xié)議下添加新的連接及變量即可。
3.2 數(shù)據(jù)庫軟件Sybase
數(shù)據(jù)庫軟件采用了Sybase公司的Sybase服務(wù)器軟件，利用Sybase數(shù)據(jù)庫強(qiáng)大的數(shù)據(jù)引擎，確保各個電站子控制系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)和操作、報警記錄的迅速而準(zhǔn)確的記錄，同時保證各個電站子控制系統(tǒng)對歷史數(shù)據(jù)的報表統(tǒng)計、查詢等功能的實現(xiàn)。并為將來和MIS系統(tǒng)的連接作好預(yù)留手段。
3.3 S7-200系列西門子plc與PMAC通訊
系統(tǒng)采用的S7-200系列CPU226CN模塊上具有兩個可編程的自由通訊口， PMAC采用標(biāo)準(zhǔn)的485通訊方式，支持PROFIBUS通訊協(xié)議。我們將PMAC的485+極接入CPU一個通訊口的3腳，485-極接入8腳，用STEP 7-Micro/WIN軟件對通訊口進(jìn)行編程。