6ES7331-7PF01-0AB0性能參數(shù)

本系統(tǒng)由分布在十幾公里內(nèi)10個深井取水泵站、4個增壓泵站、多個儲水池、水塔及用戶管網(wǎng)組成。

整個供水系統(tǒng)的高低落差達150米，由于供水系統(tǒng)的組成及地形結構的特殊性，過去人工監(jiān)控，給生產(chǎn)管理、供水調度帶來諸多不便。

實施了微機監(jiān)控后，它能實時監(jiān)測供水系統(tǒng)的主要工藝參數(shù)（如壓力、流量、水位、電壓、電流等），控制深井泵、增壓泵的開停，監(jiān)視泵機的運行狀態(tài)，同時提供生產(chǎn)管理所需的報表、曲線、數(shù)據(jù)查詢等功能。它的運行對供水系統(tǒng)的安全生產(chǎn)、科學調度有著重要的意義。

二、系統(tǒng)組成

微機監(jiān)控系統(tǒng)采用主從結構、分布式無線實時監(jiān)控方式（簡稱SA）。

系統(tǒng)主要由監(jiān)控中心、無線通信系統(tǒng)、現(xiàn)場、傳感器及儀表四部分組成。

監(jiān)控中心：由微機、無線數(shù)傳機、全向天線、模擬屏及UPS組成，主要完成各現(xiàn)場終端數(shù)據(jù)的實時采集、監(jiān)測、控制、數(shù)據(jù)存儲、打印報表、數(shù)據(jù)查詢等功能。

無線通信系統(tǒng)：監(jiān)控中心與各泵站終端之間采用無線方式通訊。監(jiān)控中心為主動站，其它終端副站為被動從站，該系統(tǒng)采用無線電管理委員會給定的數(shù)據(jù)頻率，以一點對多點的方式與從站通訊，監(jiān)控中心為全向天線，各副站為定向天線。

現(xiàn)場監(jiān)控終端：核心為，是一個智能設備，它有自己的CPU和控制軟件，主要完成現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集、轉換、存儲、報警、控制等功能，并通過無線信道與監(jiān)控中心微機進行數(shù)據(jù)通信。根據(jù)監(jiān)控中心的命令分別完成系統(tǒng)自檢、數(shù)據(jù)傳送、控制輸出等任務。

傳感器及儀表：是PLC監(jiān)測現(xiàn)場信號的“眼睛”，現(xiàn)場所有信號都需經(jīng)過傳感器及儀表的轉換，才能輸出標準信號，被PLC終端所接受。系統(tǒng)主要測量電壓、電流、液位、壓力、流量及耗電量等參數(shù)。

三、現(xiàn)場PLC終端

現(xiàn)場PLC監(jiān)控終端是工業(yè)現(xiàn)場與監(jiān)控中心之間的橋梁紐帶，一方面它采集現(xiàn)場儀表、變送器、設備運行狀態(tài)等信號，另一方面它又與監(jiān)控中心通訊，執(zhí)行有關命令?，F(xiàn)場終端一般無人值守。因此，終端機的性能和質量對系統(tǒng)的可靠性影響很大。經(jīng)充分論證，選用西門子S7-200系列PLC作現(xiàn)場終端具有較高的性能價格比，它具有體積小、易擴展、性能優(yōu)等特點，非常適合小規(guī)模的現(xiàn)場監(jiān)控。

1、PLC硬件設計

現(xiàn)場某一終端需測控開關輸入信號12路，開關輸出信號14路，模擬量輸入信號9路。因此，我們選用S7-214基本單元，一塊繼電器輸出擴展單元（EM222），三塊模擬輸入擴展單元（EM231）。

這樣系統(tǒng)共有開關輸入14路，開關量輸出18路，模擬量輸入信號9路，滿足現(xiàn)場要求。

2、通訊接口

S7-214PLC基本單元提供一個RS-485接口，為了與無線信道的數(shù)傳機（電源、Modem、進口電臺三者合一）相連，我們專門設計了RS-485接口的專用Modem，并采用光電隔離技術，使二者在電氣上完全獨立，避免相互干擾，由于數(shù)傳機發(fā)射時需要RTS信號，而RS-485接口又不提供RTS信號，解決這個問題有兩法。其一，由無線Modem根據(jù)PLC的發(fā)射信息產(chǎn)生RTS信號，這就要求該Modem必須智能化，同時PLC在發(fā)送信息之前需先與Modem通信，讓其輸出RTS信號，并回送RTS已產(chǎn)生信息，然后PLC再發(fā)送現(xiàn)場信息。其二，采用PLC的某一I/O輸出點，產(chǎn)生RTS信號，由PLC在發(fā)送信息前現(xiàn)接通該點，控制數(shù)傳機發(fā)射，延時一段時間后（電臺建立載波時間），再發(fā)送信息。后一種方法簡單、實用，較好的解決了無線通信的接口問題。

3、抗干擾設計

為提高系統(tǒng)的可靠性，現(xiàn)場終端、數(shù)傳機、PLC、直流溫壓電源及部分變送器裝于一個控制柜內(nèi)，各部分相對獨立，便于維護。PLC開關量輸入、輸出與現(xiàn)場之間家繼電器隔離，模擬信號采用信號隔離器和配電器隔離，電源采用隔離變壓器供電，以減小電源“噪聲”，同時系統(tǒng)設置良好的接地。

四、PLC軟件設計

PLC終端軟件采用梯形圖語言編寫，為提高終端的抗干擾能力，軟件設計中采用了數(shù)字濾波、故障自檢、控制口令等措施，保證控制操作的正確性和可靠性。程序設計采用模塊化、功能化結構，便于維護、擴展。終端軟件主要由下列模塊組成。

1、初始化程序：設定各寄存器、計數(shù)器、PLC工作模式、通信方式等參數(shù)初始值。

2、數(shù)據(jù)采集子程序：對各路模擬量數(shù)據(jù)采集、濾波、平均等處理。

3、累計運行時間子程序：對泵機等設備的運行時間進行累計。

4、脈沖量累計子程序：對電耗、流量、儀表的輸出脈沖進行累計，并進行標度變換。

5、遙信子程序：檢測電機、閥門、報警開關等設備的運行狀態(tài)。

6、置初值子程序：由監(jiān)控中心對時間、電耗、流量等累計參數(shù)按用戶的要求設定初始值。

7、故障自檢子程序：檢測PLC的故障信息、校驗信息，并發(fā)往監(jiān)控中心。

8、控制子程序：根據(jù)監(jiān)控中心的命令，或現(xiàn)場自控條件輸出相應的操作。

9、通訊子程序；完成與監(jiān)控中心的各種通信功能。

通訊程序中，接收命令采用中斷處理，通過ATCH指令使中斷事件8在接收不同特征命令下執(zhí)行不同的程序。對串行通信的超時限制則通過設定內(nèi)部定時中斷來控制，其事件號為10，定時時間由SMB34的值確定。為減少通信的誤碼，采用偶校驗及異或雙重校驗措施。

五、結論

本系統(tǒng)在軟、硬件方面采取了多種措施，特別是現(xiàn)場終端選用了S7-200PLC，提高了系統(tǒng)的可靠性，在鐵路供水系統(tǒng)取得了較好的應用效果。本系統(tǒng)將無線通訊與S7-200PLC有機的結合，解決了現(xiàn)場分布較散、距離較遠、范圍較大的系統(tǒng)監(jiān)控問題，在供水、供電、供氣、油田、氣象、水文水利等部門有較好的應用前景。

在采用PLC對自動模切壓痕機等包類機械實現(xiàn)電氣自動化控制的系統(tǒng)中，像經(jīng)典的繼電-接觸器控制系統(tǒng)中的大部分聯(lián)鎖控制都可轉移到PLC中實現(xiàn)，繼電-接觸器控制系統(tǒng)大大地簡化，成為只含有一些必要的電氣聯(lián)鎖的MCC（MotorControlCentre）系統(tǒng)，成為PLC系統(tǒng)指令的有條件的執(zhí)行者。

應保留繼電－接觸器的聯(lián)鎖

在PLC與繼電－接觸器系統(tǒng)綜合設計中，這種聯(lián)鎖主要是指重要的安全聯(lián)鎖，包括人身安全和設備安全兩方面。從人身安全的角度出發(fā)，應保留一些對人身安全至關重要的聯(lián)鎖，如事故開關、緊急停機裝置等，這些開關一般要求采用非半導體的機電元件組成。從設備安全的角度出發(fā)，往往需要保留一些重要的極限開關和保護手段。

PLC和MCC系統(tǒng)的接口

PLC和MCC系統(tǒng)的接口方法常見的有兩種：一種是采用繼電器隔離的方法，一種是PLC直接接受MCC系統(tǒng)的信號，并且由PLC直接驅動MCC中的接觸器的方法。

采用第一種方法時，進人PLC的信號要先經(jīng)過光電隔離繼電器，再由其觸點接入PLC的輸入模板。PLC的輸出信號也是先驅動繼電器線圈，然后再由繼電器的觸點參與MCC的聯(lián)鎖控制。這種方法的優(yōu)點是：方便了PLC模板的選取，從而有可能降低PLC的造價，基本上了外部強電侵入PLC的可能性，有效地保證了PLC系統(tǒng)的運行安全。其缺點是增加了大量的繼電器，從而增加了可能的新故障點。在實用中，應選用高質量的繼電器，最好選用帶有能指示吸合動作的發(fā)光器件的繼電器。采用PLC和MCC系統(tǒng)直接接口的方法的優(yōu)點是簡單明了，整個控制系統(tǒng)的故障點少。缺點是系統(tǒng)的安全性不如第一種方法高。

工程實踐中，兩種方法應用都很廣泛，而且很多系統(tǒng)中兩種方法兼而有之。選取接口要視環(huán)境和具體條件、元件水平等靈活考慮決定。

I/O分站的熱備

在一些對PLC系統(tǒng)可靠性要求極高的系統(tǒng)設計中，不僅要求主機有熱備，有時還要考慮系統(tǒng)中某些I/O分站也要熱備，出現(xiàn)故障時，實現(xiàn)I/0通道的自動或手動切換。

為了實現(xiàn)功能，在系統(tǒng)設計中應建立起兩個完全一樣的I/0分站，其系統(tǒng)的輸人是并聯(lián)的，而輸出信號則要求可切換。作為自動切換的應用，切換裝置應當是受PLC控制的。

就地操作

就地操作是指機旁單機操作，它有兩種設計原則，一是不經(jīng)過PLC，直接通過MCC盤控制電氣設備，二是經(jīng)過PLC，實則是又一種手動方式。但無論采用哪一種，上述人身、設備等必要的安全聯(lián)鎖仍然在繼電-接觸器系統(tǒng)中實現(xiàn)。

采用不經(jīng)過PLC的就地控制方式，優(yōu)點是就地操作試驗時只要將轉換開關一轉換，就可脫離PLC，完全不用考慮PLC系統(tǒng)的硬軟件問題，集中力量檢驗機械動作性能。國外設計一般都采用這種方法。缺點是增加了MCC盤上聯(lián)鎖的復雜性。如果采用經(jīng)PLC就地操作，將就地開關接人PLC模板即可。這樣外部電纜、MCC盤都顯得簡單。在遠距離情況下，PLC輸入可以通過選擇高電壓范圍輸人模板的辦法保輸人信號的可靠性，輸出由干是通過MCC盤直接控制繼電器，消去了采用不經(jīng)過PLC就地操作方式時繼電器回路的長電纜，保證了繼電器動作電壓。所以這種方法也有優(yōu)點。合理科學地編制PLC程序

PLC程序摒棄了微機常用的計算機編程語言的表達方式，獨具風格地形成一套以繼電器梯形圖為基礎的形象編程語言和模塊化的軟件結構。用戶根據(jù)PLC說明書的提示，就可以按照繼電器梯形圖和邏輯代數(shù)式來直接編程。但是在編制PLC程序過程中，必須使設備，其中最重要的就是誤操作影響。誤操作主要包括人為誤操作和系統(tǒng)本身產(chǎn)生的失誤兩方面。

1．人為誤操作

1）手指顫動造成失誤解決的方法是使用微分指令DIFU（13）來檢索按鈕送人電信號的上升沿，在一個執(zhí)行周期里PLC只執(zhí)行一次，從而避免些類誤操作的發(fā)生，如圖1中，00005為高壓泵停止按鈕，HR0005為低壓泵起動標志位。當按下低壓泵起動按鈕00003時，信號轉化為微分指令HR0005，HR0005在一個程序掃描周期里，只接收一個上升沿脈沖，從而過濾掉由于手指顫動產(chǎn)生多余的脈沖，保證定時器TIM000正常延時1min，確保高壓泵按時起動。

2）無意誤操作解決的方法有兩種。一是通過程序來優(yōu)化顯示功能，減少人為失誤，在設計中使用一個指示燈來顯示各種不同的工作狀態(tài)平光—顯示系統(tǒng)處于運行狀態(tài)高頻閃光——顯示系統(tǒng)處于試驗狀態(tài)，每1s閃1次；低頻閃光——顯示系統(tǒng)處于步進狀態(tài)，每3s閃1次。二是通過輸入信號之間的聯(lián)鎖，這種方法工作量大，考慮要全面，否則也會出現(xiàn)輸入信號相互干擾，起反作用。圖2是簡化的梯形圖，00003為1號低壓泵起動按鈕；00005為2號低壓泵起動按鈕；HR0400為1號主機停止24h后標志；HR0401為2號主機停止24h后標志。

圖2的工作原理為1號或2號低壓泵任意一臺工作，1號2號互為備用，保證有一臺在工作。1號2號低壓泵停止按鈕的常閉接點（00004,00006）互為聯(lián)鎖，當操作人員誤按停機按鈕00004（00006）時，程序會自動起動另臺低壓泵（2號或1號低壓泵），從而避免造成低壓泵停機嚴重事故的發(fā)生。HRO100為低壓泵停機起動標志，常開（閉）接點廣泛串聯(lián)到各個相關回路中，尤其是串聯(lián)到高壓泵控制回路中，保證在低壓泵未起動的前提下，起動高壓泵無效，從而避免對高壓泵的誤操作。1號或2號低壓泵起動后，HRO100得電，技術要求只有三種情況低壓泵起動標志HRO100失電：1號2號主機00000、00001同時停運，且按下系統(tǒng)總停按鈕00002；PLC上電復位信號25315;1號2號主機同時停運24h后HR0400、HR0401。除了上述三種情況外，總保持上電狀態(tài)，保證整個控制系統(tǒng)的穩(wěn)定，誤按下系統(tǒng)總停按鈕也不要緊。

2.系統(tǒng)本身產(chǎn)生的失誤

由于PLC輸人信號來源復雜，目PLC的動作響應時間遠遠短于繼電接觸控制系統(tǒng)的響應時間，因而在繼電接觸控制系統(tǒng)中不太引起注意的觸點瞬間跳動問題，將會在PLC控制系統(tǒng)中產(chǎn)生誤操作。

TIM000用于00104接點斷開時，因機械振動影響出現(xiàn)的瞬間閉合，TIM001用于00104接點閉合時，因跳動與受干擾的影響出現(xiàn)的瞬間斷開。CNT020用于保持輸人的信號。HR0410、HR0411為相關的運行設備。

當00104（油位下限開關）斷開后，由于以上原因造成00104瞬間閉合，起動定時器TIM000，如果在設定時間內(nèi)，00104斷開，則系統(tǒng)判定此次閉合為誤動作，不執(zhí)行以下程序；若00104在設定時間內(nèi)仍為閉合，由系統(tǒng)判定此次閉合為正常的命令，通過計數(shù)器CNT020保持輸入的信號，起動相關的運行設備；當00104閉合后，由于以上原因造成00104瞬間斷開，方法同上，TIM000、TIM001的時間設定為#0002（0.2s），它不會對控制系統(tǒng)有什么影響。一般來講TIM000,TIM001時間的設定值是按輸入繼電器可靠吸合后立即斷開這一過程的時間考慮的，約0.2～0.5s，在此范圍內(nèi)都可以達到觸點跳動干擾的目的。如果時間設定值過大，將使系統(tǒng)動作延遲；太小，則收不到濾除干擾的效果。

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