西门子PLC模块6ES7517-3FP00-0AB0型号规格
1 引 言
随着工业控制规模的不断扩大及自动化程度的**，对工控产品的要求也越来越高。对于作为现代工业自动化产品之一的可编程序控制器（PLC）而言，不仅需要其具有强大的控制功能，而且对其通讯能力的要求也越来越高。美国罗克韦尔自动化公司生产的SLC500系列PLC具有大型PLC的功能，小型PLC的价格，及其不断扩充的控制能力和灵活的通讯能力，可以随时满足工业控制中的各种要求。
2 SLC500控制器结构及主要功能
SLC500系列PLC有固定式和模块式两种硬件结构，固定式集处理器，电源，输入/输出（I/O）于一体，由其输入/输出方式（直流、交流；电压等级；源流、汇流；继电器、可控硅、和晶体管输出等）及I/O点数的不同共有24种不同型号，固定式控制器还提供一个两槽扩展框架以增加其输入/输出的灵活性。模块式SLC系统可根据需要从5种处理器，7种电源，及50余种I/O模块或特殊功能模块中选择不同的组合，形成一个应用灵活、功能强大的控制系统。SLC500系列的所有模块都通过了CSA认证，大部分模块通过了危险环境认证，适用于很多工业应用场合。图1是模块化SLC500控制器的硬件结构。
图1 SLC 500控制器基本组成结构
2.1 SLC500系列处理器
SLC500系列模块式PLC有5种处理器模块，处理能力及运行速度不断增强，每种处理器模块都有一个内置的DH-485网络接口，可以进行编程及监控。SLC5/03及更高系列号处理器还有其它网络接口，可以连接到不同的网络中。SLC500系列处理器还具有强制输入输出、故障诊断、分级口令保护及灵活的中断等功能，有利于用户调试程序，检测故障及处理器文件的保护。表1列出了5种型号SLC500系列处理器技术参数及通讯能力。
SLC500系列处理器的程序和数据是以文件的形式在内存中存储的(如附表)。处理器文件分为程序文件和数据文件，程序文件可高达256个，包括处理器信息、梯形图主程序、中断子程序及其它用户根据需要编制的子程序（文件号3-255都可用于子程序文件）。数据文件包括与外部I/O及所有梯形图程序使用的与指令相关的数据信息。它包含输出/输入、状态、位、计时器、计数器、控制结构、整数、浮点数、字符串、ASCII码文件，用户可以根据需要定义除输出/输入和状态文件以外的数据文件个数（可达256个），及每个数据文件包含的数据数量（可达256个）。
2.2 SLC500系列输入/输出模块
SLC500控制系统提供50多种不同的I/O模块满足用户的不同需求。本地模块采用硬件寻址方式，程序逻辑可直接存取I/O数据。
（1）开关量I/O模块
包括各种输入/输出方式和不同的I/O点数，有4、8、16和32点开关量I/O模块及8、12和16点I/O混合模块等，可与不同电压等级的交流，直流和TTL电平连接。其中有负载电流达2A和2.5A的大电流继电器模块、固态输出模块和大接通信号延迟时间只有0.3ms、大关断信号延迟时间只有0.5ms的快速响应直流输入模块。为**工业应用的可靠性，这些模块都提供了输入滤波和光电隔离功能。16点I/O模块上还有可拆卸的接线端子排，使接线和更换模块更容易。
（2）模拟量I/O模块
SLC500系列模拟量模块有4路I/O、4路混合I/O（2路输入/2路输出）模块和高密度的8路输入模块，及快速响应模块等。输入模块都采用差分输入，每路通道可单独配置成不同等级的电流或电压输入方式，高输入分辨率可达16位精度。具有输入滤波，对电气噪声具有高度的防护能力。输出通道的精度都是14位，提供**的控制能力。SLC500系列模拟量I/O模块可以选择由框架的背板供电，不需外部电源。
附表 SLC500系列处理器技术参数
（1）扫描时间是指由简单的梯形图程序和通讯服务组成的1K程序的典型扫描时间。
2.3 SLC500系列智能模块
SLC500控制系统还提供一些适用于特殊场合的智能模块和辅助通讯模块，以满足不同的控制需求。如：热电阻（RTD）/电阻输入模块、热电耦/毫伏输入模块、高速计数模块、步进控制模块、伺服定位模块、BASIC模块和各种通讯模块等。
（1） 1746-NRX—RTD/电阻输入模块
SLC500控制系统的RTD/热电阻输入模块提供了与12种不同类型的RTD连接，如铂、镍、铜及镍铁型。并可连接如分压器等类型的电阻性设备。大大增强了SLC500系统的温度控制能力。还有两种可选择的激励电流等级（0.5mA 和2.0mA），能够限制RTD自身发热并**温度精度。该模块也有四个可选择的滤波器，和独立的通道结构，可以分别连接RTD或直接与电阻相连。
（2）1746-NTX—热电耦/毫伏输入模块
SLC500控制系统的热电耦/毫伏输入模块接收和存储热电耦和/或直流毫伏模拟量信号所对应的转换数据，处理器可以对存入其映象表中的这些数据进行冷端补偿和线性化，提供**的数字化过程温度读数。该模块有四个可选的滤波器，可以根据需要改变系统响应特性以满足环境的要求。采用独立的通道结构，可以混合使用毫伏型和热电耦型。
（3）746-HSCEX—高速计数模块
高速计数模块可对来自编码器和各种高速输入开关进行双向计数。这种单通道模块接受高50Hz的输入脉冲，以对快速运动进行**控制。此外该模块还提供以Hz为单位来表示脉冲频率的速率测量功能，速率测量的功能是用在一段固定时间内所累加的输入脉冲来确定的，速率的周期范围为10ms~2.25s。
（4）746-HSP1步进控制和1746-HS IMC伺服定位模块
步进控制模块是一种可用于单轴开环的微型步进控制模块。在脉冲序列速率高达250 Hz时有超过+8,000,000个定位点。运动控制模块是一个单轴闭环伺服定位模块，当与伺服驱动装置、电机和编码器一起使用时，它是一个成本低、功能强的运动控制系统的关键部件。
（5）1746-BAS—BASIC模块
BASIC模块占据系统框架的一个槽，提供两个可组态的串行通道（RS-232/423、RS-422、RS-485），一个DH-485通道。独立运行BASIC程序，对来自SLC的数据进行分析运算，有多达24K字节的电池后备RAM和一个32字节的EEPROM。该模块还可以用于提供与其相联的外部设备同SLC处理器的接口；计算复杂的数学或应用中的特殊算法；同远程设备通讯等。
3 电源
SLC500系列可编程序控制器有7种电源可供选择，有3种交流进线电压和4种直流进线电压，其中交流进线电源的标称值120V或240V，直流进线电压范围分别是19.2-28.8V、10-30V、30-60V、和90-146V。适用于世界范围的电压等级。除进线电压是24V直流的电源以外，其余电源都额外提供24V直流用户电源。
4 编程指令及编程工具
4.1 编程指令
所有SLC 500 处理器具有功能强大的指令集，不仅支持通用的位指令、计时/计数、高速计数、比较、位移、立即输入/立即输出、顺序器、程序流程等标准梯形图逻辑指令，及基本算术运算和数据处理指令。5/02及更高型号处理器还支持PID、算术运算、堆栈、通讯、中断处理及ASCII等指令。
4.2 编程工具
SLC500系统有4种编程选件对处理器编程，它们是手持编程终端（HHT）、基于DOS
操作系统的APS和SLC 500A.I编程软件、及基于bbbbbbs 操作系统的RSlogix500软件。
HHT是一个功能强大的编程平台，用于对处理器进行组态；输入或修改程序；实时监控应用程序的执行；排除程序故障等。
RSlogix500编程软件可以通过计算机对SLC500系列处理器进行编程。具有自由格式的梯形图编辑和程序校验功能，使用户在书写程序时专心于程序逻辑而不用注意语法的对错。可以对梯形图程序的每个梯级、指令、地址进行编辑和注释。的该软件也具有bbbbbbs 操作系统的文件管理及拷贝、粘贴、拖放、查找和替换等功能，可在文件之间快速移动和查找梯级或地址、符号等，使编程更容易。RSlogix500软件还具有数据监控功能，可同时显示不连续的数据单元，也可以用趋势图来显示数据，以监控数据的运行情况。
5 SLC500控制系统通讯
由表1可知SLC500控制系统中各系列处理器的通道0都可以配置成DH-485通讯，通过一个网络转换模块（AIC）与DH-485网连接，可见DH-485网络是SLC500控制系统比较典型的控制网络。DH-485网是一个多主，令牌传递的同级通讯网络，多可连接32个设备，传输速率可达19.2kb，传输距离可达2,438米。用户可以在网络上的一个工作站监控数据和处理器的状态，并可向/从网络上的任何设备下载/上载程序。在网上的SLC 处理器之间可任意交换数据；网络上的操作员接口设也可以访问SLC处理器的数据。
SLC5/03及更别处理器的通道0是一个RS-232通讯口，除DH-485外，和可配置成DF1全双工（点对点）、DF1半双工（主/从）、和ASCII码协议。DF1协议可以通过调制解调器与远程设备之间进行信息传递；半双工可用于SCADA 类型数据采集，ASCII协议可以与其它ASCII码设备如：条形码读入器、电子称、打印机等通讯。
另外SLC5/04和SLC5/05处理器的通道1还分别支持DH+网和以太网通讯。SLC500控制系统还可以通过选择适当的网络通讯模块控制远程设备，或与网上的其它处理器通讯。如通过1747-SN远程I/O扫描器模块控制远程I/O网上的设备；1747-SDN设备网络扫描器模块设备网（DeviceNet™）上的设备；1747-KFC15控制网通讯模块实现与控制网（ControlNet™）上的设备通讯。SLC500处理器之间的通讯是通过简单的通讯指令（MSG）来完成的，无须编制复杂的通讯控制程序。
由此可见SLC500系列PLC可以通过其自身的通信接口或借助于通信模块与罗克韦尔自动化的三层网络通信。这三层网络分别是：（1）信息网，采用传送信息量比较大的以太网来完成信息的管理任务；（2）控制网，通过同级对等通讯网络如DH+、DH485、或ControlNet™等将PLC、工控机以及各种操作员界面连接在一起实现信息交换，用于完成对过程控制有较高要求的系统控制；（3）设备网，通过主从网络如DeviceNet现场总线、远程I/O网等将工业现场设备与上层网络联在一起，实现对现场设备的控制，及与上层网络信息传送。
6 应用
SLC500系统在工业控制中已得到广泛应用，如在冶金、化工、轻工、电力、机械等各行业都有很多成功的应用实例。图2是SLC500系统系统在水处理中的集散控制应用实例，水处理厂的厂内控制层采用DH-485或DH+网，实现处理器之间的通讯及上位机监控，设备层采用远程I/O和设备网对厂内的远程设备进行控制。对于离水处理厂比较远的泵站（水源及用户的用水量等）采用SCADA数据采集系统，通过调制解调器采集远程泵站的数据，主控系统根据采集的数据，自动调整远程站的工作情况，实现了整个供水系统的自动控制。
图2 SLC500系统在水处理控制中的应用
1 引 言
石家庄市供水总公司地表水厂是1996年建成投产的自动化程度很高的地表水厂。水厂设计生产能力日产水30万吨。原 PLC自控系统已运行10年，现已非主流产品，无法实现自身的升级换代和扩展，而且备件货源逐步枯竭。随着设备存续周期的临近，不排除出现大面积故障的可能，进而直接导致控制系统的局部或整体瘫痪。在这种严峻形势下，对PLC自控系统进行改造势在必行。
地表水厂担当着石家庄市供水任务的半壁江山，只有改造工程成功完成，才能保证地表水厂生产顺利进行。从某种意义上讲，工程的顺利与否是关乎国计民生的大事；同时将为水行业自控系统的改造开辟成功的先河。
改造工程选用稳定性、扩充性、**性和兼容性俱佳的罗克韦尔公司的ControlLogix系列PLC产品作为本次改造的主力自控产品。目前改造工程取得了前所未有的成效，开创了多项技术创新先河。在送水泵房实现了变频调速恒压供水的设计要求，在保证供水管网压力恒定的前提下，仅节电一项一年就可以为水厂节约开支约70万元。同时成功地实现了ControlLogix系统与第三方设备的Modbus通讯，特别是远程的两个取水管理站与中控室之间的数据通讯，采用无线Modbus的方式实现ControlLogix系统与第三方设备之间的通讯，成为整个工程的亮点。改造过程中新PLC系统与旧PLC系统（SquareD自控设备）之间的数据交换采用OPC服务器的方式加以实现，这样既保证了整个水厂的日常制水生产不被中断，又为用户节省了采用过渡硬件设备所需要的投资。两套自控系统自始至终保证数据互联互通，在一般的技术改造工程中是很少见的。使用这种技术，可以保证两套系统真正实现无缝割接。
2PLC自动控制系统的组成
(1)系统简介
根据水厂生产工艺及管理要求，在系统设计时以原系统的站点结构为依据,保留原有的6个主站、9个子站。6个主站采用ControlLogix系列PLC；9个子站采用CompactLogix系列PLC，厂区内主干网以及主站与子站之间均采用ControlNet冗余网络，上位机及触摸屏均挂在ControlNet冗余网络上。为保证信号的稳定和介质的抗干扰性，在伴有高电压及大电流的区段选用光纤作为网络介质。厂区中控室与岗南取水管理站和黄壁庄取水管理站数据传输采用无线通讯的方式实现。
(2)系统拓扑结构
图1为八水厂自控系统拓扑图。
图1 八水厂自控系统拓扑图
3变频调速恒压供水系统
石家庄地表水厂清水泵房配备三台定速泵，三台变频调速泵。送水泵将两个清水池内的水通过两个出水管线输送到供水管网，原则上保持管网压力恒定。原PLC自控系统，由于未成功完成对变频调速泵的PID参数整定，调速泵的泵速未实现自动调节；加之其配泵方案的设计不适合国情，清水泵房的原PLC自控系统实际只完成数据采集功能，主要设备——送水泵一度处于手动状态，使变频调速恒压供水成为泡影。
改造后的清水泵房采用变频调速的运行方式，系统可根据实际设定水压自动调节调速泵电机的转速或加减泵，使供水系统管网中的压力始终保持在给定值，实现了大限度的节能、节水、节支，并使系统处于可靠的运行状态。恒压供水的实现一方面归功于**合理的工艺设计，根据实际的生产和设备情况重新进行工艺整定，为地表水厂量身定做的配泵方案，使恒压供水、自动配泵终得以实现。另一方面依托ControlLogix系列PLC的强大功能，特别是智能**的PID调节功能，使管网压力的控制精度达到0.5%，远远超过工艺要求，仅高效节能一项直接为地表水厂年节约资金约70万元，带来的隐性效益更是不可估量。
4ControlLogix系统与第三方产品的Modbus通讯
由于配电室的中压配电柜控制和数据传输系统选用SEPAM2000，该设备使用Modbus协议，通过SY/NET协议转换器SPE4连接到原有的PLC自控系统。显然在新系统投入使用之后，SPE4已经失去存在的意义了。在这里需要特别提出针对配电室的改造思路。在去掉SPE4之后，SEPAM2000的数据在出口端是使用Modbus协议的。ControlLogix系列PLC有第三方的通讯模块MVI56-MCM来支持对Modbus网络的通讯。我们所要做的工作是在新PLC系统中通过MVI56-MCM模块实现新PLC系统与SEPAM2000的通讯。与使用MODBUS协议的其余第三方设备的通讯与此类似。
这种数据流动方式如下图2所示：
图2 数据流动方式
5ControlLogix系统中的无线通讯设计
由于岗南水库取水管理站和黄壁庄水库取水管理站的自控系统相对独立，相当于水厂控制系统的两块飞地。水厂中控室只要求实时掌握管理站的运行情况，并没有在系统内向管理站下达任何控制指令。因此管理站的改造工作不受水厂自控系统的影响，新系统投运后采用无线通讯的方式将管理站内的现场数据传输到水厂控制系统。
岗南水库取水管理站的自控系统不在改造范围之内，使用MOTOROLA公司的MOSCAD系列RTU来完成现场设备的监控和数据传输工作，上位软件选用PCSOFT公司的WIZCON组态软件，使用的是MDLC通讯协议。如何通过无线通讯的方式实现ControlLogix系统与第三方设备的互联互通，是工程设计、实施中的一个难点。
根据岗南水库、黄壁庄水库和地表水厂之间的特殊的地理、地形情况，在三方组成的无线通讯网络中，黄壁庄水库取水管理站设计为主站，地表水厂中控室为1号从站，岗南水库取水管理站为2号从站。由黄壁庄水库取水管理站读取岗南水库取水管理站的数据，会同自身的数据一同写到地表水厂中控室。无线通讯网络各站点之间采用MODBUS通讯协议，各PLC站点的ControlLogix系统通过MODBUS通讯模块MVI56-MCM的RS232口与无线通讯网络之间进行数据交换。黄壁庄水库取水管理站的ControlLogix系统通过MODBUS通讯模块MVI56-MCM的RS485口与使用MODBUS协议的第三方设备——**计进行数据通讯。
无线通讯网络的拓扑结构如下图3所示：
图3 无线通讯网络的拓扑结构
6新系统与旧系统的软件兼容
由于地表厂自控系统的改造工作不能影响整个供水生产的正常进行，因此改造工作应该是分步骤实施的。这种阶段式改造必然导致新系统与原系统长期共存。那么，两套系统的互联互通就是该项目的又一难点。
新旧系统的兼容是暂时行为，在总体投资上不应该过分加大，因此我们选用比较经济的软件兼容方式，即使用第三方的OPC服务器作为两个系统数据交换的桥梁。新自控系统将已改造站点的数据按照原系统的数据格式写入原自控系统，从而保证原自控系统的显示完整。为了完成这一目的，新自控系统增加OPC服务器，同时原自控系统内的PLC程序将做必要的改动以适应这种运行模式。
实现兼容的方式如下图4所示：
图4 实现兼容的方式
