西門子PLC控制系統(tǒng)在后處理裝置的應(yīng)用

謝勝軍

摘 要：本文介紹了西門子系統(tǒng)的硬件組態(tài)，軟件編程;利用Profibus實現(xiàn)S7底層與工控組態(tài)軟件WinCC的通訊，對SBS后處理系統(tǒng)進(jìn)行過程控制。

關(guān)鍵詞：PLC組態(tài);S7-400;WinCC;工藝控制

我事業(yè)部后處理裝置控制系統(tǒng)采用西門子 S7-400系列PLC。本控制系統(tǒng)設(shè)計采用近幾年發(fā)展和改進(jìn)的新技術(shù)，新設(shè)備和新系統(tǒng)。具有開放系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)，擴(kuò)展方便，系統(tǒng)設(shè)計可在線增加節(jié)點(diǎn)，并具備熱插拔功能。

西門子S7-400是具有中高性能的PLC，適用于對可靠性要求極高的大型復(fù)雜的控制系統(tǒng)。西門子公司S7-400可編程控制器采用模塊化無風(fēng)扇設(shè)計，在一塊機(jī)架底板上可安裝電源、CPU、各種信號模板、通信處理器等模塊。CPU集成有標(biāo)準(zhǔn)化MPI和DP通信接口，它既是編程接口，又是數(shù)據(jù)通信接口。使用S7協(xié)議，通過通信接口和通信模塊，PLC之間、PLC與上位機(jī)之間都可以周期性地自動交換I/O模塊的數(shù)據(jù)，從而組成自動化系統(tǒng)，構(gòu)成MPI網(wǎng)絡(luò)。S7-400通過I/O采集相關(guān)數(shù)據(jù)和發(fā)出控制信號，I/O通過PROFIBUS現(xiàn)場總線與CPU單元通信和軟件組態(tài)。該總線為多主多從結(jié)構(gòu)，可方便構(gòu)成集中式、集散式和分布式控制系統(tǒng)，性能可靠，硬件組成簡單，抗干擾能力強(qiáng)。

706后處理處理SBS能力為5萬t/a。整個裝置不間斷運(yùn)行，所需控制系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，自動化要求程度高，是整個SBS生產(chǎn)過程中關(guān)鍵的一環(huán)。我們采用412-3CPU及各種IO模塊，可以滿足后處理現(xiàn)場復(fù)雜控制的生產(chǎn)需要。下面介紹一下西門子公司STEP7軟件的應(yīng)用。

1 S7-400硬件組態(tài)

使用S7-400要進(jìn)行硬件組態(tài)。此時計算機(jī)作為PLC的編程裝置，打開S7-400編程軟件包STEP 7，首先對計算機(jī)的一些參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，如通信端口的設(shè)置，MPI地址設(shè)定，選擇數(shù)據(jù)傳輸速率等。接著開始對S7-400硬件組態(tài)，即對S7-400的機(jī)架號、電源、CPU、分布式I/O模塊等按其實際配置和物理地址進(jìn)行組態(tài)，其中，分布式I/O模塊的地址一般根據(jù)模塊旁的撥盤開關(guān)來設(shè)定，即它的物理地址可以根據(jù)需要人為地進(jìn)行修改，最后將組態(tài)程序表下載到PLC并確認(rèn)。本系統(tǒng)硬件組態(tài)如下（圖1）：

本系統(tǒng)硬件采用CPU同步冗余結(jié)構(gòu)。任一CPU出現(xiàn)故障狀態(tài)，另一CPU即可同步運(yùn)行。保障了整個裝置的安全運(yùn)行。整個系統(tǒng)占用3個卡籠，每個卡籠下可掛10個I/O模塊。共有AI模塊6塊，用于現(xiàn)場壓力液位等模擬量輸入。AO模塊4塊，用于現(xiàn)場調(diào)節(jié)閥的控制。RTD模塊10塊，用于現(xiàn)場溫度輸入。DO模塊3塊，DI模塊7塊，用于開關(guān)閥門和電機(jī)的控制和顯色。每個卡籠都通過一個接口模塊IM15連接，接受CPU的指令或向上傳達(dá)現(xiàn)場的信息。多模塊的應(yīng)用，充分的滿足了現(xiàn)場工藝控制的需要。

2 S7-400軟件編程

S7-400軟件組態(tài)使用STEP 7軟件，可以在一個項目下生成S7程序?？删幊踢壿嬁刂破鳎≒LC）用S7程序監(jiān)視和控制機(jī)器設(shè)備。在S7程序中通過地址尋址I/O模板。在西門子的軟件包STEP7中，可用梯形圖、語句表或電氣圖進(jìn)行編程，若選擇“線性程序設(shè)計”方法，則把所有程序放在組織塊OB1中即可，OB1是PLC操作系統(tǒng)與用戶程序間的接口，PLC周期性地調(diào)用此模塊。若選擇“結(jié)構(gòu)式程序設(shè)計”方法，則通過組織塊OB1 調(diào)用其他塊如功能塊FB、數(shù)據(jù)塊DB等。

本系統(tǒng)編程主要采用梯形圖編制。由于現(xiàn)場相同功能塊應(yīng)用較多，我們先用梯形圖編制一個功能模塊，然后相同功能的就調(diào)用此模塊就行。這樣就大大節(jié)省了編程時間，也增強(qiáng)了程序的可讀性和可靠性?，F(xiàn)已C7752輸送風(fēng)機(jī)電機(jī)控制為例（圖2）。

注釋：#START為現(xiàn)場操作柱啟動信號;#STOP現(xiàn)場操作柱停止信號;#EMERGENCY_STOP為緊急停車信號;#INTERLOCK_STOP為聯(lián)鎖停車信號;#OUTPUT_MCC為系統(tǒng)輸出控制信號;STATUS為電機(jī)運(yùn)行信號。整個程序編制成FC100功能模塊，以后每個電機(jī)調(diào)用此模塊即可。

C7752輸送風(fēng)機(jī)（圖3）。

3 S7-400與工控組態(tài)軟件WinCC之間的通信

工控組態(tài)軟件WinCC是一個集成的人機(jī)界面（HMI）系統(tǒng)和監(jiān)控管理系統(tǒng)，被用來在生產(chǎn)和過程自動化中進(jìn)行圖形顯示和完成控制任務(wù)。其特性之一是全面開放，可以與各種自動化設(shè)備及控制軟件集成。用戶在其界面下進(jìn)行組態(tài)、編程和數(shù)據(jù)管理，可形成所需的操作畫面、監(jiān)視畫面、控制畫面、報警畫面、實時趨勢曲線、歷史趨勢曲線和打印報表等。

啟動WinCC：建立一個新的WinCC 項目，然后在標(biāo)簽管理中選擇添加PLC驅(qū)動程序，通信驅(qū)動程序安裝以后，在出現(xiàn)的幾個通道中選擇Profibus，在其中的“Profibus： DP master system”下連接各分布式I/O，并且要設(shè)置節(jié)點(diǎn)名、節(jié)點(diǎn)地址等參數(shù)，節(jié)點(diǎn)地址必須與PLC中設(shè)置的相同。此時，便建立了WinCC與PLC之間的通信連接。

整個控制系統(tǒng)的研發(fā)，為操作人員提供了良好的人機(jī)界面，現(xiàn)場設(shè)備的狀態(tài)一目了然。大大地提高了生產(chǎn)效率，減輕了工人勞動強(qiáng)度。本套程序采用了連續(xù)控制，順序控制，和安全聯(lián)鎖控制方案。實時顯示各工藝數(shù)據(jù)，參數(shù)超標(biāo)報警。讓操作人員能做出及時反應(yīng)。對兩主機(jī)等重要設(shè)備實現(xiàn)多項安全聯(lián)鎖控制。保障整個裝置的安全開車。本裝置開車一年余來，運(yùn)行平穩(wěn)，操作便捷，碰到緊急情況能夠?qū)崿F(xiàn)安全聯(lián)鎖停車，已達(dá)到預(yù)想控制效果。