建峰二化脱盐水PLC系统的配置及应用:浅析西门子S7-400系统功能

唐易德 （重庆MDI建峰项目部）

一、硬件配置及网络结构

建峰二化脱盐水PLC系统采用的是西门子公司提供的S7-400系列的产品，根据系统要求系统配置如下：上位机由2台工程师站兼操作员站组成；一台操作站作为整个数据检测和系统的监控;另一台作为工程师站完成组态软件的设计与开发。上位机配置西门子CP5611卡，通过MPI总线与下位机PLC通讯。系统配置组成如下：

1、操作站及硬件配置说明

1.1 工程师站配置及功能

工程师站兼作操作员站配置的是两套DELL奔腾D双核工控机，并配有鼠标键盘。工程师站的主要功能是：实现控制回路编程调试，画面生成，报表生成，过程趋势，历史数据记录、参数设置等工作。

1.2 CPU配置及功能

CPU根据系统要求选用目前市场上主流产品西门子CPU416-2DP,进行逻辑和数字运行,协调整个控制系统各部分的工作，是PLC系统的核心。

1.3 电源模块。我们脱盐水系统采用的是两块西门子PS405电源模块，冗余配置，能为PLC以及各模块的提供工作电源。

1.4 I/O模块。本系统采用模块式PLC系统，因本系统I/O点数较多，采用32点的数字量输入输出模块单元DI/DO32xDC24V型号为6ES7 322 1BL00 0AA0和6ES7 321 1BL00 0AA0，采用多点I/O模块以减少机架负担，采用8点模拟量输入单元AI8x12bi模块其型号为6ES7 331 7KF02 0AB0)，同时留有20%备用通道。

1.5 机架。因本系统所含模块较多，所以一个机架不能满足设计要求，我们采用三机架设计，三个机架直接采用西门子IM 360模块连接。

1.6 PLC接地。良好的接地是PLC安全可靠运行的重要条件。为了抑制干扰，PLC一般最好单独接地，与其它设备分别使用各自的接地装置，PLC的接地线应尽量短，使接地点尽量靠近PLC，接地电阻要小于100Ω。

2、系统网络配置

根据上述硬件配置和工艺要求，建峰二化脱盐水PLC系统采用如下网络配置，见下图图1。

二、软件配置及系统功能

软件分为编程软件和监控软件等，本系统编程软件STEP7 V5.4版本，监控软件用的是WINCC6.0版本。

1、编程软件

建峰二化脱盐水PLC系统的编程软件采用西门子公司配套开发的STEP7 V5.4版本,首先打开SIMATIC管理器，创建一个工程名为“脱盐水水系统”工程,再对创建的这个工程进行组态连接，编程等，达到工艺要求。使PLC程序对外有输出，即实现程序对相应的点进行步序控制。

2、监控软件

监控软件采用西门子WinCC6.0，我们既可以在WinCC上做流程动态画面，监控现场所有设备和仪表的状态。如现场工况的温度、压力、流量、阀门的状态以及泵的启停状态等。又可以这画面上面操作，达到控制的目的。功能如下所示：

表1

(1)趋势功能:对工艺流程中的液位、温度、流量、PH值、等以历史曲线形式显示 。

(2)显示功能:工艺流程画面、操作模式、当前测量值、报警灯、设备运行状态等显示功能。

(3)报表生成和报警处理功能:记录故障信息、记录报警时间以及设定报警级别等。

(4)管理权限设定:根据不同的级别管理人员设置不同的管理权限。

三、PLC系统实例应用

1、PLC系统的组态

建峰二化脱盐水PLC系统组态包括：操作站组态、流程图组态等方面。硬件组态组要是对CPU模块、接口模块、通信模块、I/O模块及操作站进行定义。I/M模块、CPU模块、PS模块及通信模块主要是定义该模块型号、插槽号、机架号，如果是双电源还要设置冗余等。操作站组态主要是定义各操作站IP地址、操作权限设置等；I/O模块、主要是定义各通道地址、机架号、插槽号等。这些组态是PLC系统的基础。

2、实例说明

通过上述介绍，操作人员在控制室内就能对现场设备的状态进行监控，甚至有些操作可以实现完全自动控制。自动控制的实现与现场的一次测量元件有关外，PLC系统编程也很关键。系统是否可正常运行，关键在于在与软件和硬件的实施。下面以脱盐水的中和水池自动控制系统为例简单介绍一下其控制原理的建立过程。

脱盐水的中和池的水位控制，控制部件由远传液位计、排水泵、控制箱上远程/就地、泵的就地启/停、PH在线监测所组成，工艺条件是当控制箱上远程/就地按钮打到远程时，水位高到3米，PH在7到8之间，就启动排水泵。如果控制箱上远程/就地按钮在就地，不启动泵。水位低于1米，或PH不达标就不启动泵。在PLC编程过程中，我们首先要定义I/O分配表，如下表1。

程序如下图图2所示。

3、下载和调试程序

3.1 检查CPU工作状况

（1）CPU是PLC系统核心，检查CPU上各指示灯指示状态是很重要过程，无论是调试过程中还是正常生产运行，都需要CPU正常工作。

（2）下载程序到可编程控制器

首先把开关模式设定在STOP，其次把模式开关切换到MRES，并保持直到STOP LED慢速闪烁两次，松手，模式开关又回到STOP位置。在1秒内，再把模式开关又回到STOP位置，最后把模式开关切换到RUN-P位置。再从STOP转换到RUN/RUN-P的时候，执行一次完全再启动。当“STOP”LED没有开始快闪时，重复这一过程。将操作模式开关重新转换为“STOP”准备下载程序。启动 SIMATIC Manager，在“Open”对话框中打开“text”项目。除了默认打开的“textOffline（离线）”窗口外，打开“?text?Offline（在线）”窗口。在线或离线状态通过不同颜色的标头指示。在两个窗口中定位到Blocks文件夹。离线窗口显示编程设备上的情形，在线窗口显示CPU上的情形。如果要下载所有的块，在离线窗口左面选择Blocks文件夹，然后用菜单命令PLC(Download下载程序到CPU，点击OK。如果只下载几个块，可以按住CTRL键，选择需要的块进行下。当完成下载后，这些程序块就在在线窗口。

（3）监视变量和程序调试

建峰二化脱盐水系统中选择了“SIMATICS 7 Protocol Suite”做为与PLC进行通讯的驱动程序：

①接通CPU并检查操作模式：将操作模式开关转为RUNP。指示灯“RUN”LED亮而“STOP”LED灭，说明CPU运行正常可以开始测试程序。如果指示灯“STOP”LED也亮，说明有错误出现，需要评估诊断缓冲区以便诊断错误。

②创建变量表：在SIMATIC管理器“Text”项目离线窗口选择Blocks文件夹并用鼠标右键点击右半窗口，在弹出菜单中插入一个Variable Table并接受缺省设置。打开 “Monitoring and modifying Variable”窗口。开始变量表是空的，需为“Text”项目输入符号名或地址。存储变量表：Table-＞Save或Table As保存变量。

③将变量表切换为在线：

点击 “Monitoring and modifying Variable”窗口工具栏中的ON按钮建立与WinCC组态程序之间的连接。“Online”的字样则会出现在状态栏中。将CPU的钥匙开关设置为RUN-P模式。

④监视变量：变量表监视有两种，一是选择菜单命令Variable-＞Update Monitor Values，可以刷新变量一次；选择菜单命令Variable-＞Monitor，可以每个扫苗周期刷新变量。修改变量如下：左键点击“Modify Value”列中要修改变量的行，输入数据类型数值，其次选择菜单Variable-＞Activate Modify Values激活修改的值一次或选择菜单Variable-＞Modify每个扫描周期激活修改值。CPU的操作模式显示在状态栏中。变量表中的数据数值将发生改变。在Modify Value这一栏中为控制主回路给定值变量输入新的值，修改值传送到CPU，被CPU处理后，可以看到变化后的结果。最后利用“Monitor”测试功能检查修改值是否被传递到相应变量。

⑤程序调试：在激活监视模式前，在(LAD/STL/FBD)编辑器中，必须离线或在线打开要监视的程序块。为了离线测试程序块，必须把它下载到PLC。激活/取消“监视”测试功能两种方法是点击“眼镜”图标或在选择菜单Debug-＞Monitor，在“测试功能”中可以得到程序测试的详细信息。在完成测试后就可将系统投入正式运行了。

四、总结

建峰二化脱盐水PLC系统从安装、调试，及后期运行维护都是作者本人具体完成的。从调试效果上看，系统运行稳定，运行效果较好。通过上述PLC系统配置为二化脱盐水装置今后的长期安全、稳定运行提供了有力保障。同时根据现场实际情况，并借鉴一化脱盐水系统的运行、维护经验，制定了有效措施，为整个二化装置的运行提供了保障。

[1]柴瑞娟 陈海霞《西门子PLC编程技术及工程应用》，机械工业出版社，书号ISBN711119599X.2006年8月。

[2]韦尚潮《PLC与变频器》,丛书 出 版 社：电子工业出版社书号ISBN：9787121134036出版时间：2011-05-01。

[3]陈忠平,邬书跃,胡彦伦 《西门子S7-300-400快速应用》,人民邮电出版社,出版时间:2012-08-01。