（一）S7-300 PLC在變電站中的應(yīng)用

某油田有150多座變電站，承擔(dān)著油田整個油區(qū)、社區(qū)及生活區(qū)部分居民的用電，油田電網(wǎng)的安全運(yùn)行對于保證原油產(chǎn)量持續(xù)上升和居民安居樂業(yè)起著至關(guān)重要的作用。

油田變電站中的AEUD-WIII全自動智能免維護(hù)直流屏采用模塊化設(shè)計、數(shù)字化控制，智能化程度高。該直流電源具有先進(jìn)的系統(tǒng)監(jiān)控功能，著重電池在線管理、接地選線、“四遙”通信、告警顯示和事故追憶等功能進(jìn)行開發(fā)，使得系統(tǒng)安全性、可靠性更高。

該系列全自動智能免維護(hù)直流屏采用SEIMENS公司生產(chǎn)的OP170B型人機(jī)界面,該監(jiān)控模塊具有結(jié)構(gòu)緊湊、顯示分辨率高、可靠性高、壽命長等優(yōu)點(diǎn)。通過人機(jī)界面可以完成整流模塊啟動，充電狀態(tài)顯示，查看報警信息，手動電池巡檢，絕緣監(jiān)察、接地選線、報警試驗、報警復(fù)位等直流屏的所有操作，并能顯示直流屏的原理圖及各個運(yùn)行參數(shù)和各種故障信息。控制模塊采用S7-300系列模塊，進(jìn)行數(shù)字和模擬信號的采集及輸出。

硬件系統(tǒng)構(gòu)成

1.PLC配置

變電站直流監(jiān)控系統(tǒng)的PLC采用西門子公司的S7-300 PLC。根據(jù)系統(tǒng)要求，PLC總體配置如下：

①中央處理模塊（CPU）：選用CPU 314。

②數(shù)字量輸入模塊（DI）：選用SM321，共1塊（16點(diǎn)/塊），處理4點(diǎn)輸入信號。

③數(shù)字量輸出模塊（DO）：選用SM322, 共4 塊（16 點(diǎn)/塊），處理56 點(diǎn)輸入信號。

④模擬量輸入模塊（AI）：選用SM331,共1 塊（8 點(diǎn)/塊），處理8點(diǎn)輸入信號。

⑤模擬量輸入、出模塊（AI）：選用SM334，共1塊（4點(diǎn)入和2點(diǎn)出/塊），處理2點(diǎn)輸入和2點(diǎn)輸出信號。

2.操作屏配置

操作屏采用兩個OP170B，一個安裝在控制柜；一個安裝在監(jiān)控中心。

3.監(jiān)控系統(tǒng)軟件

變電站直流監(jiān)控系統(tǒng)的軟件主要有兩部分：顯示單元和軟件單元。

1）顯示單元

操作屏采用工業(yè)級人機(jī)界面，主要完成直流系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)控、故障報警、記錄和排除提示、參數(shù)設(shè)置、模擬鍵盤操作、數(shù)據(jù)記錄處理、累計運(yùn)行時間控制等任務(wù)。

顯示單元包括主畫面、電池巡檢畫面、電池組電壓記錄畫面、絕緣監(jiān)察、當(dāng)前報警畫面、歷史報警畫面、累計運(yùn)行畫面等畫面。

2）控制軟件單元（只給出部分功能軟件）

軟件單元由系統(tǒng)時鐘讀取、整流器控制、電池巡檢、絕緣監(jiān)察、接地選線、限流電阻控制、累計運(yùn)行時間、當(dāng)前報警處理、歷史報警信息處理、報警試驗等程序構(gòu)成。

（1） 整流器控制。

給定延時

A“F1_k1”

AN“F1_k2”

=“DO_k1”

主充電機(jī)給定

A“DI_k1”

JNB_001

CALL FB21，DB21

_001: NOP0

主充電機(jī)給定復(fù)位

AN“DI_k1”

AN“DI_k2”

=L0.0

A L0.0

BLD 102

S“float_charge”

AL0.0

JNB_004

L0

T“ug_hm0”

_004: NOP 0

AL0.0

JNB_005

L 0

T“ug_hm1”

_005: NOP 0

AL0.0

JNB_006

L0

TDB66.DBD580

_006: NOP 0

主浮充轉(zhuǎn)換

A(

O“DI_k1”

O“DI_k2”

)

JNB_003

CALLFB20，DB20

_003: NOP0

（2）巡檢：能夠自動（每天定時）和手動進(jìn)行電池巡檢（部分程序）。

每天10點(diǎn)自動電池巡檢

A(

LMW22

L10

==I

)

FPM15.2

AN“scan_end”

S“scan_start”

按下面板電池巡檢鍵，手動進(jìn)行電池巡檢

A(

A“F3_bat_scan”

FPM15.3

O(

A“F3_bat_scan”

FNM15.4

)

)

AN“scan_end”

S“scan_start”

電池巡檢開始

A“scan_start”

JNB_001

CALLFB23，DB23

_001: NOP 0

電池巡檢開始，畫面轉(zhuǎn)到電池巡檢畫面

A“scan_start”

FPM17.4

JNB_002

L 2

TMW102

_002: NOP 0

電池巡檢結(jié)束,復(fù)位電池組序號

LMW186

L18

==I

=L0.0

AL0.0

JNB_003

L0

TMW116

_003: NOP0

AL0.0

JNB_004

LDB65.DBW100

TMW118

_004: NOP 0

AL0.0

BLD102

LS5T#2S

SDT51

電池巡檢結(jié)束,置位電池巡檢標(biāo)志位

AT51

=L0.0

AL0.0

JNB_005

L0

TMW186

_005: NOP0

AL0.0

BLD102

S“scan_end”

電池巡檢結(jié)束后，進(jìn)行過、欠壓判斷

A“scan_end”

JNB _006

CALLFB24，DB24

_006: NOP0

（3）絕緣監(jiān)察及接地選線：能夠自動（每天定時）和手動進(jìn)行絕緣監(jiān)察及接地選線（部分程序）。

判斷系統(tǒng)時鐘是否為9點(diǎn)，若是，則啟動自動執(zhí)行絕緣監(jiān)察功能

A(

LMW22

L9

==I

)

FPM15.5

S“auto_gnd_chk”

根據(jù)絕緣監(jiān)察霍爾電壓采樣值與設(shè)定值的大小，判斷是否出現(xiàn)不平衡接地，若出現(xiàn)，則啟動

AN“gnd_chk”

=L2.0

AL2.0

A(

LMW148

LMW122

>I

)

FPM15.6

S“en_unbalance”

AL2.0

A(

LMW148

LMW122

<=I

)

FPM15.7

R“en_unbalance”

使絕緣監(jiān)察啟動的三種條件，有任何一個滿足要求，則開始絕緣監(jiān)察

A(

O“auto_gnd_chk”

O(

A“en_unbalance”

FPM16.1

)

O(

A “en_unbalance”

FNM16.2

)

O(

A“F4_gnd_chk”

FPM16.3

)

O(

A“F4_gnd_chk”

FNM16.4

))

AN“gnd_chk”

S“en_chk”

進(jìn)行絕緣監(jiān)察時，進(jìn)入絕緣監(jiān)察畫面

A“en_chk”

FPM17.5

JNB_001

L4

TMW102

_001: NOP 0

監(jiān)察完畢，進(jìn)行監(jiān)察使能復(fù)位

A M17.0

R“en_chk”

R“gnd_chk”

監(jiān)察完畢，進(jìn)行對地電阻值，電壓值記錄及進(jìn)行報警

AM17.0

JNB_009

CALLFB25，DB25

_009: NOP0

（4）當(dāng)前報警及歷史報警信息處理（程序略）。

故障分類為二級:分為一般故障和致命故障。

一般故障包括：

當(dāng)發(fā)生此類故障時，僅聲光預(yù)警，不中斷當(dāng)前操作。根據(jù)系統(tǒng)中產(chǎn)生的各種故障實施相關(guān)的故障聲光報警和記錄，此刻顯示屏進(jìn)入故障報警畫面，顯示故障內(nèi)容，性質(zhì)，時刻，按ACK 解除聲音報警，但故障顯示仍然存在，直至解除故障。

致命故障包括：

當(dāng)發(fā)生此類故障，將禁止所有控制輸出，聲光報警，在顯示屏上顯示故障類型、內(nèi)容、時刻。只有在排除故障，按人工復(fù)位鍵后系統(tǒng)恢復(fù)正常工作。

普通故障指示（K8）

LMW84

L1

==I

=M8.4

致命故障指示（K9）

LMW84

L2

==I

=M8.7

（5）顯示畫面及LED燈指示

主充電機(jī)運(yùn)行指示燈（F1）

A“DI_k1”

=M6.0

=M6.1

主充電機(jī)直流輸出故障閃爍報警控制（故障）

A(

O(

LDB65.DBW202

L1

==I

)

O(

LDB65.DBW204

L1

==I

)

)

JNB_00f

L1

TMW52

_00f: NOP0

蓄電池充電狀態(tài)顯示控制（主充）

A“DI_bat”

AN“float_charge”

JNB_019

L1

TMW68

_019: NOP0

蓄電池充電狀態(tài)顯示控制（浮充）

A“DI_bat”

A“float_charge”

JNB_01a

L2

TMW68

_01a: NOP 0

小結(jié)

油田變電站直流監(jiān)控系統(tǒng)自2001年由S7-200系統(tǒng)改進(jìn)為S7-300系統(tǒng)以來，正常運(yùn)行證明：整個系統(tǒng)設(shè)計先進(jìn)、合理，操作簡單，可靠性高，符合用戶預(yù)期的要求，成為推廣項目。

（二）S7-300 PLC 在斷路器極限電流測試系統(tǒng)中的應(yīng)用

斷路器極限電流測試系統(tǒng)通過工業(yè)PC串行口實現(xiàn)與S7-300的CP 340(RS-232C)模塊通信，從而實現(xiàn)對系統(tǒng)的實時監(jiān)控。

極限電流測試系統(tǒng)介紹

斷路器是一種能接通和分?jǐn)嗾Ｘ?fù)荷電流、過負(fù)荷電流、短路電流的開關(guān)電器。為標(biāo)定斷路器極限電流這一指標(biāo)使其滿足出廠要求，每個產(chǎn)品須經(jīng)過極限電流測試系統(tǒng)的測定，以下是SZ高新區(qū)的電器設(shè)備制造企業(yè)應(yīng)用IPC結(jié)合S7-300 PLC實現(xiàn)該測試系統(tǒng)。

1.測試系統(tǒng)的框架

系統(tǒng)的主控由IPC承擔(dān)，其負(fù)責(zé)測試的參數(shù)設(shè)定、產(chǎn)品的型號選擇、測試信息的記錄分析，S7-300 通過與IPC進(jìn)行ASCII方式的通信，接收IPC的指令，操控系統(tǒng)的接觸器，固態(tài)繼電器等執(zhí)行設(shè)備，同時將測試的信息返回給IPC ,為了給斷路器測試提供工作環(huán)境，系統(tǒng)中采用電流源供電方式。

考慮提高測試的效率, 系統(tǒng)設(shè)計時為提供20路測試環(huán)境，20組被測試設(shè)備可以串聯(lián)同時進(jìn)行測試，一旦其中的某一組或某幾組在測試時跳閘，其旁路接觸器和旁路固態(tài)繼電器(圖中未畫出)立即接通，保證串聯(lián)電路中其他測試單元能正常供電，此處選擇固態(tài)繼電器和接觸器并聯(lián)，主要考慮回路在某組跳閘斷開時及時保護(hù)電流源，防止電流源開路使用。

20個單元也可通過IPC設(shè)定其中的前幾組進(jìn)行測試，在未設(shè)定范圍工位處的接觸器與固態(tài)繼電器在測試開始接通旁路以便前面工位的測試，在串聯(lián)回路中的接觸器的三路常開點(diǎn)并聯(lián)使用考慮增加回路的電流容量。

2.系統(tǒng)自動化器件配置

斷路器極限電流測試系統(tǒng)的自動化器件有：CPU315-2DP一臺、AISM321(32輸入) 一塊、DOSM322(32輸出，24V)兩塊、DOSM322(16輸出，230V)兩塊、CP340一塊。

選型中考慮了以下的因素:

1)考慮與IPC進(jìn)行ASCII通信，選用性價比較高的CP 340(RS-232C)。

2)考慮驅(qū)動接觸器和固態(tài)繼電器，所以輸出模塊選擇兩種方式，24V晶體管輸出驅(qū)動固態(tài)繼電器，其工作速度比繼電器要快得多，比較適合對固態(tài)的控制。

IPC采用LABWINDOWS的開發(fā)環(huán)境，提供友好的信息交換畫面和管理系統(tǒng)。

3.串行通信的實現(xiàn)

斷路器極限電流測試系統(tǒng)中，IPC和PLC的信息交換至關(guān)重要，其好壞直接影響測試的性能和穩(wěn)定性。此處CP340選用SIEMENS提供的RS-232C模塊，采用ASCII的協(xié)議，通信的設(shè)置為9600、8、1、EVEN。PLC與PC間采用異步串行方式進(jìn)行通信，采用主從問答式。PC始終具有初始傳送優(yōu)先權(quán)，所有的通信均由IPC來啟動。PLC調(diào)用FB2、FB3功能塊，實現(xiàn)接收和發(fā)送功能，協(xié)議的格式主要分為以下兩類:

1）寫命令（共9個字節(jié)）：

PC：“#”(Head 1字節(jié))+“W”(類型1字節(jié))+起始地址(2字節(jié))+數(shù)據(jù)(4字節(jié))+校驗核(累加和)。

PLC：收到命令且校驗核正確，原封不動返回接收到的全部9個字節(jié)。

命令1：PC:“#W”0x1fff 0xffff+0x000f+Check_sum；表示0-19號接觸器全存在；

命令2：PC:“#W”0x10ff 0xffff+0xffff+Check_sum；開始測試；

命令3：PC:“#W”0x10f5 0x0000+0x0000+Check_sum；停止測試；

……

2）讀命令（共9個字節(jié)）

PC：“#”(Head 1 字節(jié))+“R”(類型1字節(jié))+起始地址(2字節(jié))+ 0x00000000(4字節(jié))+ 校驗核(累加和)。

PLC：收到命令且校驗核正確，返回0-19號接觸器的狀態(tài), “1”: 閉、“0”:開。

命令1：PC:“#R”0x2fff 0x0000 +0x0000 + Check_sum；表示讀取0-19號接觸器的狀態(tài)；

PLC返回:“#R”0x20ff 0xffff +0x000f + Check_sum；表示0-19號接觸器全部閉合。

PLC返回:“#R”0xffff 0x0000+0x1000 + Check_sum; 表示PC命令錯誤。

在協(xié)議中作了以下規(guī)定：

①以“#”作為起始字符，占用一個字符。

②通信類型由“W”和“R”區(qū)分。

③整個命令采用和校驗的方式,每次將校驗和放在最后一個字節(jié)。

④測試時，不一定20個測試斷路器全部存在，如不存在，必須將旁路接觸器(固態(tài)繼電器)接通，否則不能正常工作。在命令1中可以設(shè)定0-19號接觸器的存在情況，“0xffff + 0x000f”表示0-19號被測斷路器全部存在，這樣的表示方法給PLC處理帶來了較大的方便。

在程序中，將4個字節(jié)存入MW中，命令中的5個16進(jìn)制“f”(對應(yīng)二進(jìn)制20 個“1”)可以分配到每一位?！?”表示被測試器存在,“0”表示不存在。

4.控制系統(tǒng)完成的功能

測試系統(tǒng)每路測試單元的結(jié)構(gòu)相同,如下圖所示。左邊為每路的指示燈,正常工作為綠色,跳閘則為紅色，(Q8.0～Q12.7)未選中則都不顯示。右邊分別為被測斷路器，旁路接觸器(Q16.0～Q18.3)，旁路固態(tài)繼電器(Q13.0～Q15.3)。輔助觸點(diǎn)是被測斷路器用來檢測當(dāng)前斷路器的閉合還是斷開(I4.0～I(xiàn)6.3)，燈、接觸器、繼電器、輔助輸入的地址依次增加。

程序中我們考慮用循環(huán)加上間接尋址的方法來實現(xiàn)：

L+20

TMB0 //循環(huán)次數(shù)

L2#0000_0000_0010_0000 (I4.0) //輔助輸入起始地址

TMD2

L 2#0000_0000_0100_0000 (Q8.0) //輸出綠燈起始地址

T MD6

L 2#0000_0000_0100_0001 (Q8.1) //輸出紅燈起始地址

T MD10

L 2#0000_0000_0010_0000 (Q13.0) //輸出接觸器起始地址

T MD14

L 2#0000_0000_0010_0000 (Q16.0) //輸出固態(tài)繼電器起始地址

T MD18

NEXT:

L MD2

INC 1

T MD2//輔助輸入地址加1

L MD6

INC 2

T MD6 //綠燈輸出地址加2

L MD10

INC 2

T MD10 //紅燈輸出地址加2

L MD14

INC 1

T MD14//控制接觸器輸出地址加1

LMD18

INC 1

T MD18 //控制固態(tài)繼電器輸出地址加1

L MB0

LOOP NEXT //20組做完嗎?

…

應(yīng)用了此結(jié)構(gòu)使得程序變得非常簡潔，調(diào)試非常方便，一旦某一功能改變,修改方便,如果用實際地址的話每組的相應(yīng)的地方都得修改。

小結(jié)

CP 340的應(yīng)用使得西門子產(chǎn)品與其他設(shè)備溝通方便，STEP 7間接地址編程方法非常有效，斷路器極限電流測試系統(tǒng)統(tǒng)在2005年完成后實際運(yùn)行效果良好。

（三）S7-300 PLC與DCS串行通信

隨著PLC和DCS生產(chǎn)廠家在通信軟件上的日趨完善及電力工程在設(shè)備招投標(biāo)力度上的加強(qiáng)，設(shè)備成套廠家大力推薦使用串口通信作為PLC和DCS之間的信號連接。本例以DH電站一期2×600MW機(jī)組項目中鍋爐等離子點(diǎn)火系統(tǒng)使用的西門子S7-300 PLC（CP341通信卡件）與西門子DCS控制系統(tǒng)TELEPERM XP（CM104通信模件）間的通信為例，介紹實施MODIBUS RS-232C/RS-485通信的具體步驟，對系統(tǒng)的硬件配置、連接、軟件組態(tài)進(jìn)行描述。

系統(tǒng)連接

TELEPERM XP配置的模件通信處理器CM104作為“主站”（MASTER），支持MODBUS協(xié)議，并提供6個9針RS-232C串行接口（Serial 3～Serial 8），如下圖所示。由于通信距離超過15m，在S7-300 PLC的配置中與DCS的通信卡選用CP341-RS422/485卡件作為“ 從站”（SLAVE），該卡件提供一個1個15針串行接口，同樣支持MODBUS協(xié)議，設(shè)計中使用PHOENIX公司的PSM-EG-RS-232C/RS-485-P/ZD模塊作為RS-232C轉(zhuǎn)為RS-485接口的適配器。

適配器內(nèi)部跳線設(shè)置：RS-485 BUS-END為ON，DTE/DCE選擇為DCE即數(shù)據(jù)電路終接設(shè)備方。CM104與適配器間使用標(biāo)準(zhǔn)9針串口線連接，CP341與適配器進(jìn)行RS-485通信時，選用2芯屏蔽電纜，接線如下圖所示。

CP 341模塊應(yīng)用簡述

CP 341是S7-300點(diǎn)到點(diǎn)通信模塊，硬件接口采用RS-232、TTY、RS-422/RS485（X27）方式；軟件協(xié)議有MODBUS，3964（R）、R512K和ASCII；本工程應(yīng)用MODBUS SLAVE協(xié)議。

MODBUS是一種工業(yè)現(xiàn)場總線通信協(xié)議，為主/從模式，主站發(fā)出請求后，從站應(yīng)答請求數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)應(yīng)答內(nèi)容依據(jù)功能碼進(jìn)行響應(yīng)，下表是CP341應(yīng)用的功能碼所對應(yīng)數(shù)據(jù)類型。

表 CP341應(yīng)用的功能碼所對應(yīng)數(shù)據(jù)類型

功能碼	數(shù)據(jù)	數(shù)據(jù)類型	存取	地址
01，05，15	線圈（輸出）狀態(tài)	位	輸出	讀/寫	0XXXX
02	輸出狀態(tài)	位	輸入	只讀	1XXXX
03，06，16	保持寄存器	16位寄存器	輸出寄存器	讀/寫	3XXXX

FC21 FC with SEND

FC22FC with RECEIVE

DB21，DB22 Instance DBs for thestandard FBs

DB40，DB41 Work DBs for thestandard FBs

DB42 The source DB for send

DB43The destination DB for receiveddata

OB1Cyclic OB

OB100 Restart (warm start) OB

VAT1Variables table

FB7，F(xiàn)B8 Standard FBs forRECEIVE，SEND

SFC58，59 SFCs for the standardFBs

對在“Blocks”編程后，將CPU置于“RUN”位置，CP341即可以進(jìn)行串口的通信。

(2)通信參數(shù)的編程

Modbus Slave Address: 1

Port: RS485

Baud rate: 19200

Date Bits: 8

Parity: None

2.CM104軟件組態(tài)

對CM 104的控制組態(tài)包括硬件組態(tài)及各類輸入輸出組態(tài),在此不作介紹。而通信參數(shù)的組態(tài)主要是通過其編程接口Serial 1寫入CM.INI文件，共涉及14個組態(tài)項目，有些是常規(guī)的組態(tài)項目，可以是系統(tǒng)的缺省值。例如使用了以下是必須要完成的組態(tài)項目:

Modbus Master on (Serial 5)

[ModbusMaster_3]

PortAdr=0x380

Irq=5

Baudrate=19200

Parity=NONE

StopBits=1

DataBits=8

RCS-Offset=-1；Modifier for addresses related tofunction code 1 (read coil status)

RIS-Offset=-1；Modifier for addresses related tofunction code 2 (read input status)

RHR-Offset=-1；Modifier for addresses related tofunction code 3 (read holding register)

RIR-Offset=-1；Modifier for addresses related tofunction code 4 (read input register)

FSC-Offset=-1；Modifier for addresses related tofunction code 5 (force single coil)

PSR-Offset=-1；Modifier for addresses related tofunction code 6 (preset single register)

RtsCts=1

Delay=200

Timeout=1000

Dummys=5

實施過程中的注意事項

當(dāng)連接和組態(tài)工作正確無誤后，PLC和DCS會進(jìn)入正常的數(shù)據(jù)通信狀態(tài)。這可以從卡件的狀態(tài)燈上反映出來。

CP341上有三個狀態(tài)指示燈，分別是：SF(RED)表示錯誤狀態(tài)；TxD(GREEN)表示數(shù)據(jù)在傳送；RxD(GREEN)表示數(shù)據(jù)在接收。通信正常時為TxD和RxD狀態(tài)燈交替閃爍。

CM104上的狀態(tài)指示燈分別為：POWER(ORANGE) 表示CM104已經(jīng)供電；RESETR（RED）表示復(fù)位；HDD（GREEN）表示啟動時對內(nèi)部存儲器的讀寫；SCSI（GREEN）表示外接SCSI設(shè)備后的狀態(tài)；LAN（GREEN）表示與TXP總線的連接狀態(tài)，正常時為綠色閃爍；LAN100（GREEN）表示連接速率；USER1（GREEN）表示與TXP通信的狀態(tài)，正常時為無顯示；USER2（GREEN）表示與第三方設(shè)備通信的狀態(tài)，正常時為無顯示。

PHOENIX接口適配器上有兩個燈，分別是：CTS(ORANGE)表示數(shù)據(jù)在傳送；RTS(GREEN)表示數(shù)據(jù)在接收。通信正常時為CTS和RTS狀態(tài)燈交替閃爍。

當(dāng)通信不正常時，卡件的狀態(tài)指示燈立即顯示錯誤狀態(tài)。此時應(yīng)先檢查硬件錯誤再檢查軟件錯誤。如通過軟件組態(tài)功能塊的診斷信息來查找故障原因。在軟件編程方面，要注意以下兩點(diǎn)：

①要確保PLC和DCS的通信速率一致，建議使用9600bit/s或19200bit/s的速率，而且最好不要增加奇偶校驗；

②要保證通信數(shù)據(jù)地址的有效性，地址的偏置可以在CM104中設(shè)置。

在硬件方面，要注意以下方面：要確保使用屏蔽的ITP電纜；同時要注意在接線時一定要正端連接正端，不要接反。

小結(jié)

通信實施后，在傳輸信號的質(zhì)量上以及維護(hù)上都有了比較明顯的改善，但系統(tǒng)還有其他協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置時，在實時性方面略顯不足。該方案S7-300 PLC上所有監(jiān)視、控制都可以在DCS上進(jìn)行，同時工程費(fèi)用同硬接線比較顯著降低。

（四）S7-300/400 PLC在永久船閘系統(tǒng)中的應(yīng)用

1.船閘控制系統(tǒng)組成

船閘每線船閘電氣控制系統(tǒng)主要由一個集中控制系統(tǒng)、12個現(xiàn)地子站控制系統(tǒng)、14套排水控制系統(tǒng)、一臺橋式起重機(jī)和4個防撞警戒裝置組成。

每線船閘的自動監(jiān)控裝置均由1套集中控制主站、12套現(xiàn)地控制子站及通航信號裝置、廣播指揮設(shè)備、船舶探測及工業(yè)電視監(jiān)控管理裝置和其他外圍設(shè)備組成。集中控制主站由二個冗余S7-400 PLC組成，現(xiàn)地控制子站由12個冗余S7-400 PLC組成。排水控制系統(tǒng)、橋式起重機(jī)、防撞警戒裝置由S7-300 PLC組成。

系統(tǒng)主要功能負(fù)責(zé)完成每線船閘連續(xù)過閘作業(yè)的實時過程數(shù)據(jù)采集、集中控制、操作等功能，以及集中控制系統(tǒng)與現(xiàn)地控制系統(tǒng)的通信控制。子站的主要工作為控制操作本閘首的液壓泵站、人字工作閘門、輸水工作閥門、防撞裝置和通航信號指揮等設(shè)備。為確保系統(tǒng)安全運(yùn)行、及時采集各種信息，集中控制系統(tǒng)與現(xiàn)地控制系統(tǒng)通過冗余雙環(huán)光纖工業(yè)TCP/IP 以太網(wǎng)絡(luò)及光纖切換模塊(OSM）和光纖冗余管理模塊（ORM）連接，系統(tǒng)框圖如下圖所示。

閘門關(guān)閉條件：閥門、鎖定裝置處于非運(yùn)行狀態(tài)，本閘首子站無B類故障。

閥門開啟條件：相鄰閘閥門關(guān)終、閘門鎖定裝置非運(yùn)行狀態(tài)、本閘首子站無B類故障。

閥門關(guān)閉條件：閘門鎖定裝置非運(yùn)行狀態(tài)、本閘首子站無B類故障。

船閘控制系統(tǒng)的基本配置

每個集控控制站由4個電源模塊、2個中央處理器（CPU-417H）、4個通信模塊（CP443-1）、2個ET200遠(yuǎn)程站、8個數(shù)字量輸入模塊（DI）、6個數(shù)字量輸出模塊（DO）、2個操作員面板PC670等組成。每個現(xiàn)地控制子站由1個電源模塊、1個中央處理器（CPU-417H）、2個通信模塊（CP443-1）、4個ET200遠(yuǎn)程站、2個模擬量輸入模塊（AI）、2個模擬量輸出模塊（AO）、15個數(shù)字量輸入模塊（DI）、8個數(shù)字量輸出模塊（DO）、2個SM338模塊、操作員面板TP37等組成。

為確保系統(tǒng)穩(wěn)定性利用S7-417H的冗余、容錯特點(diǎn)，集控控制站2個相互冗余?，F(xiàn)地控制子站同一個閘首的兩側(cè)兩個PLC通過兩條光纜實現(xiàn)同步。位于兩個CPU上的分布式處理DP接口分別與一條PROFIBUS現(xiàn)場總線相連，實現(xiàn)CPU與現(xiàn)場I/O的冗余通信；采用TCP/IP通信協(xié)議的冗余工業(yè)高速以太網(wǎng)以太光纖網(wǎng)相連，實現(xiàn)PLC之間與計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的通信?，F(xiàn)地子站控制系統(tǒng)PLC配置圖如下圖所示。

每個子站作為一線船閘整體運(yùn)行自動監(jiān)控系統(tǒng)的一個基本控制單元，除具有現(xiàn)地操作控制的基本功能外，還應(yīng)能接受集控站的程序控制指令，自動地對人字工作閘門、輸水廊道工作閥門、防撞警戒裝置、通航指揮信號裝置等現(xiàn)地設(shè)備進(jìn)行操作和控制；采集液壓站系統(tǒng)信息、現(xiàn)場閘閥門開度、位置信息、水位檢測數(shù)據(jù)以及相鄰閘首保證安全運(yùn)行的閉鎖信息，經(jīng)預(yù)處理后輸出操作執(zhí)行指令。并向集控站反送現(xiàn)場信息，集控站依據(jù)這些信息，作出控制決策，自動完成船閘整體運(yùn)行的監(jiān)控任務(wù)，使船只（隊）高效、安全順利通過。

西門子PLC在船閘系統(tǒng)中的控制特點(diǎn)

1.左右閘首PLC實現(xiàn)硬件熱備及事件同步

左右閘首兩個PLC站實現(xiàn)無條件的全自動無擾動切換。當(dāng)互為熱備的兩個PLC站中的一個站作為主站工作時，同時控制閘門兩邊的人字門。在兩個PLC站上的光聯(lián)同步模塊同步作用下，安裝在對岸作為從站CPU 的所有數(shù)據(jù)和工作狀態(tài)均與主站CPU完全相同，但從站輸出被禁止。當(dāng)主站不能正常工作時(如電源無、CPU壞、DP口壞、同步模塊壞)，由于采用事件同步機(jī)理，從站將由系統(tǒng)無條件地自動切換為主站，切換時間為≤10ms。

PLC站上所有模塊均可帶電拔插，原來主站修復(fù)后作為從站工作，當(dāng)前主站CPU程序及過程數(shù)據(jù)將自動灌裝給修復(fù)后的從站CPU，使從站CPU數(shù)據(jù)和工作狀態(tài)與主站一致。

2.PLC的編程、維護(hù)十分簡便

由于S7-417H的CPU是專為冗余系統(tǒng)設(shè)計的，其CPU硬件系統(tǒng)和固化在CPU內(nèi)部的操作系統(tǒng)保證了系統(tǒng)用戶好像面對一個非冗余的單機(jī)系統(tǒng)一樣編程。冗余系統(tǒng)的管理工作完全交給系統(tǒng)自動去完成，換言之，用戶可選軟件包對冗余系統(tǒng)進(jìn)行簡單參數(shù)設(shè)置后，對互為熱備的任何一個CPU下裝程序后，程序?qū)⒆詣涌截惖搅硪粋€CPU。因此，用戶程序可方便地由單機(jī)程序轉(zhuǎn)換成冗余CPU程序，反之亦然。

S7-417H完全支持在線編程、組態(tài)和調(diào)試，所有模塊(包括網(wǎng)絡(luò)通信)均可帶電拔插，并不需作任何初始化的工作，使現(xiàn)場維護(hù)十分方便。CPU417H操作系統(tǒng)升級也可在線進(jìn)行。

3.采用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

通過PROFIBUS冗余網(wǎng)絡(luò)連接I/O，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單可靠。兩條PROFIBUS-DP網(wǎng)線同時與IM153-3兩個DP接口相連，每個測點(diǎn)從兩個傳感器獲取的輸入信號分別就近送入ET-200站的輸入模塊，并通過IM153-3和冗余PROFIBUS-DP網(wǎng)線同時分別傳送到每一個CPU。

在兩個PROFIBUS-DP網(wǎng)正常工作，但其中一個IM153-3的一個DP口出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)并不實行CPU或PROFIBUS-DP網(wǎng)之間的切換。IM153-3會采用另一個DP口通過一條DP網(wǎng)將數(shù)據(jù)送到相應(yīng)的CPU上，并通過光纖熱備線將數(shù)據(jù)由從CPU傳送給主CPU。同時，該DP口的輸出被唯一激活。當(dāng)兩DP網(wǎng)上不同的網(wǎng)段和DP口出故障時，可分別采用另一網(wǎng)段或DP口與CPU通信，大大提高了網(wǎng)絡(luò)可靠性，而不是一個簡單的雙網(wǎng)，從而最大程度減少了CPU的切換，大大減少了因CPU切換造成的CPU同步時間，提高了CPU運(yùn)行效率。

當(dāng)某一IM153-3模塊完全損壞，由于系統(tǒng)為同一測點(diǎn)配置了兩個傳感器，另一個IM153-3模板從與之相連的傳感器獲取信號，并經(jīng)與之相連的雙冗余PROFIBUS-DP網(wǎng)將信號傳送給兩個CPU。IM153-3模板可在線更換，IM153-3的兩個DP接口也可在線更換，易于修復(fù)系統(tǒng)。

4.PLC輸入輸出單元的通信

位于兩個CPU上的分布式處理DP接口分別與1條PROFIBUS現(xiàn)場總線相連，實現(xiàn)CPU與現(xiàn)場I/O的冗余通信。兩條PROFIBUS-DP網(wǎng)線同時與ET-200M站上冗余配置的IM153-2模塊相連，這樣輸入輸出信號通過冗余的IM153-2及PROFIBUS-DP網(wǎng)線同時與兩個互為熱備的CPU通信；當(dāng)與主CPU通信的IM153-2模塊出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)并不實行CPU或PROFIBUS-DP網(wǎng)之間的切換，而是自動通過另一條DP網(wǎng)將數(shù)據(jù)送到相應(yīng)的CPU上，并通過光纖熱備線將數(shù)據(jù)由從CPU傳送給主CPU。從而最大程度減少了CPU的切換（CPU切換時會產(chǎn)生CPU同步時間差），提高了CPU的運(yùn)行效率。IM153-2模板可在線更換，PROFIBUS網(wǎng)也可以在線更換，易于修復(fù)系統(tǒng)。現(xiàn)地子站通信網(wǎng)絡(luò)圖如下圖所示。

程序運(yùn)行時，對兩側(cè)人字門開度差進(jìn)行檢測，根據(jù)開度差，經(jīng)PID運(yùn)算后給定比例泵電壓調(diào)整值，改變?nèi)俗珠T運(yùn)行速度。同時限定調(diào)整值的變化范圍和幅度，防止人字門運(yùn)行過快和抖動。當(dāng)人字門開度差超過設(shè)定范圍20mm時A類報警。