西门子模块6ES7223-1BL22-0XA8选型说明

1  引言

近年来随着城市轨道交通自动化系统的快速发展，很多大型设备的监视和控制都选用微型plc进行改造。对某些控制点少而控制逻辑又较复杂的小型设备来说，微型可编过程控制器紧凑的设计、良好的扩展性、低廉的价格、强大的指令以及较高的可靠性和简便的维护近乎完美的满足了小规模的控制要求。如750v直流开关柜的测控单元开关整流器的监视单元和400v开关柜的测控单元等均采用了plc可编程程控制器，给安装、运行、维护带来诸多的便利。以下给出的就是s7-200 plc在北京轨道交通五号线直流牵引监控系统中的一个典型应用实例。

2  需求分析

2.1 控制网络

城市轨道交通供电系统是自成体系的配电系统，包含有传统的交流供电系统和直流牵引供电系统两部分。为了实现整体系统的安全可靠运行，必须实现电力系统的调度、运营和管理的自动化。变电站综合自动化系统是轨道交通供电自动化的基本组成，是实现电力监控系统功能的基本单元。轨道交通变电站内各层之间的信息可充分共享，并通过通信接口与外系统交换信息。设计一个快速、稳定、可靠的控制网络是轨道交通变电站自动化系统的基本要求之一，是实现轨道交通供电系统运行管理功能的前提。

2.2 网络结构

整个上来讲，轨道交通变电站综合自动化系统划分为站级管理层，网络通信层，间隔层：

(1) 站级管理层为设置在控制信号盘内的冗余热备的通信控制器、通用测控装置和一体化监视计算机。

(2) 间隔层包括分散安装于供电一次设备中的各种微机保护测控单元、信息采集设备、智能测控单元以及采用硬接点接入的现场设备。设备包括400v及10kv交流保护测控单元、750v直流保护测控单元、变压器温控器、轨电位限制装置、制动能量吸收装置、杂散电流监控单元、ups直流屏、电度表、上网隔离开关、跟随所负荷开关等.

(3) 网络通信层即为所内通信网络和接口设备，间隔单元通过所内通信网络层与站级管  理层进行数据交换。

整个系统面向变电所通盘考虑，通过间隔单元与一次开关设备、ct/pt等设备接口，实现对变电所设备的控制、监视、测量、继电保护及数据管理、远程通信等综合自动化管理，以保证供电系统的安全可靠运行。

一般来讲，轨道交通供电系统分为高压电源系统，直流牵引供电系统，动力、照明、信号电源三个系统。在轨道交通五号线供电系统中，作为轨道交通变电所自动化系统间隔层非常重要的组成部分，直流牵引供电系统直接给列车提供动力，其好坏直接影响整个地铁供电系统质量的高低。如果牵引供电系统出现问题，小则影响某个变电站、几个供电区间的输送电，大则引起整个牵引供电系统崩溃，给地铁列车的安全、运营造成影响。

轨道交通牵引供电系统是直接为地铁列车提供动力的系统，可以保证地铁列车高速、安全、可靠、经济节电地运行。目前北京轨道交通五号线牵引供电的运行采用双机组双边供电方式，即每个牵引变电站2台牵引机组带2台总闸，并列向直流母线供电运行，直流母线下设4台分闸，即馈线开关(加上备用共5台)，分别向上行、下行车辆进行主备供电，两个相邻的牵引变电站同时向站内同一馈电区间供电，如图1所示。

 图1  轨道交通变电站直流牵引供电系统典型主接线图

3  s7-200 plc具体实现功能

图1中，r1、r2为整流器装置，60、70为直流进线隔离开关，10、20、30、40和50为馈线断路器，61和71为进线断路器，65和75为负极断路器，14、24、34和44为旁路隔离开关，而16、26、36和46为上网隔离开关，813和824为越区隔离开关，除了旁路隔离开关和上网隔离开关之外，所有的保护和测控工作一般均由直流保护装置（如dpu 96）进行监视和控制，而对于旁路隔离开关和上网隔离开关的监视和控制工作将是由s7-200 plc来完成，对于每一个馈线开关来讲，均配置一个型号为“6es7 277-0aa2-0xa0”的s7-200 plc，该plc主要有8个字节的输出和8个字节的输入，其完成的监控功能如表1所示。

4  s7-200 plc与上位机通信过程

以北京轨道交通五号线为例，变电所自动化系统采用的是南瑞的rt21-sas系统，而750v直流开关柜测控单元s7-200 plc与上位机rt21-sas系统的通信接口采用就是profibus-dp规约与南瑞的c101通信控制器profibus主站进行连接， c101通信控制器除了s7-200 plc进行主从连接外，还提供另一路profibus-dp接口与750v直流开关柜直流保护测控单元dpu96，每个站设置2套协议及光电转换模块，实现profibus-dp信息的接入。此外，10kv的整流器监控单元与rt21-sas系统的通信接口方案也是经过profibus-dp规约与c101通信控制器实现互联。具体连接方案如图2所示。

 图2  s7-200 plc与轨道交通变电所自动化系统上位机连接图

s7-200 plc作为dp从站，与c101通信控制器实现互联通信。c101通信控制器为南瑞自主研发的遵循en50170标准的profibus-dp主站，它主要完成profibus协议转换成与总控通信的can2.0b协议。s7-200 plc作为c101的从站，主要用于750v直流馈线柜的旁路隔离开关和上网隔离开关的监控、数据采集等功能。

从通信流程上来讲，s7-200 plc主要是通过em 277将s7-200 plc cpu作为dp从站连接到profibus-dp现场总线网络中，此外，s7-200 plc的em 277还用来作为西门子step7 v5.3对s7-200 plc进行组态，主要是通过s7-200 plc的mpi通讯口与装有西门子step7 v5.3的计算机来对step s7软件进行组态。为了使s7-200 plc的em 277 profibus-dp模块可以与主站通讯，s7-200 plc与主站必须工作在相同的波特率下。当em 277 profibus-dp模块用作mpi通讯时，其mpi主站必须使用dp模块的站址向s7-200发送组态信息，发送到em 277 dp模块的mpi组态信息，将会被传送到s7-200 plc上，从而达到对s7-200 plc组态的目标。以下为s7-200 plc作为dp从站与c101主站的组态参数配置如表2所示。

整体上，所有的现场profibus-dp通信设备均使用profibus-dp规约接入南瑞自主研发的c101通信控制器，c101通信控制器主要目的就是利用profibus-dp通信规约采集底层现场设备的数据，并通过双can现场总线规约送往南瑞的pscada总控系统c302，另外，c101还将接受c302的各种控制、查询命令，对底层profibus-dp现场设备进行实时监控，从而满足了北京地铁五号线的750v直流测控的实时数据采集、监控、继电保护等各种功能。

实现上，c101通信控制器与底层设备的数据传输速率为187.5k，c101做dp的通信主站，周期性的扫描底层设备，根据北京地铁轨道交通公司的要求，c101通信控制器提供两组profibus通信接口。其中一组光纤接口连接西门子的直流测控保护装置dpu 96，另一组光纤接口连接西门子的系列s7-200完成对750v直流进线柜、负极柜、馈线柜一次设备的实时监控功能。之所以采用两组光纤接口是由于750v直流开关室与变电所监控中心的距离比较远（一般500～1km），使用电接口将会导致信号衰减以致于误码率将会大大提高。

profibus的应用，首先必须进行严格的组态，使主站与从站的数据严格一致，考虑到使用者大多熟悉siemens公司提供的通用组态软件com profibus，应用软件使用的数据文件格式和用com profibus生成的数据文件格式完全相同，并且支持到新的5.0版本。通过“超级终端”，还可以随时观察组态数据文件的参数内容，以确认组态的正确性。

5  结束语

使用西门子s7-200可编程控制器替代继电控制，不但省略了许多繁琐的中间控制环节，还大大提高了可靠性和jingque性，达到了理想的效果。s7-200 plc应用于轨道交通直流牵引领域，不仅在很大程度上减少了二次接线、设备，减少了变电站运行维护量；取消了轨道交通牵引供电系统保护屏，大大降低了系统的造价；而且提高二次回路的智能控制能力、自动化水平和供电质量，降低故障率，使牵引供电系统能更加可靠地运行。s7-200 plc作为profibus-dp从站，用一根双绞线连接主站，若要扩展dp从站， 只需将总线延伸，加入其它s7-200 plc从站，不再增加布线的工作量和费用，系统扩展非常快捷。目前该应用方案可以在北京轨道交通五号线直流牵引监控现场稳定运行。由于s7-200 plc具有数据传输速度快、系统实现简单、可靠性高等优点，其必将在轨道交通系统中得到广泛的应用。

本项目s7-200 plc 应用的不足之处在于它不具备时间记忆功能，即无对时功能。但由于s7-200 plc的主要定位在直流牵引开关和断路器的监控，不涉及保护动作（保护工作主要由西门子dpu96来完成），因此，完全可以通过c101的时间戳来加以弥补。

1.引言

　　电视节目制作特别是演播室的大型综合节目的制作，是一个复杂的技术工艺，包含了：编剧、导演、演员、音频、视频、舞美、灯光、道具等一系列，需要公司来精心设计建设。在现行的建筑设计中，电视演播厅的设计建设一般是分普通民用建筑设计施工（包括土建、通风空调、普通照明等）和电视工艺设计施工（包括音频、视频、灯光、舞美等），这在现实中使得普通民用通风空调等的自控没有考虑到电视演播工艺对通风空调的控制要求，从而影响了电视演播节目的制作。

2.问题的提出

　　电视演播制作是导演根据编剧情节，综合考虑音乐、灯光、道具以及各种舞美设施，艺术性的创造出各项内容的整合体，在演播制作过程中会不是的施放舞台烟雾、制作飘雪，吹泡泡、喷射彩带、施放烟花等。而这些舞美设备的使用效果会因为通风空调形成的气流而影响整体艺术效果。比如，编剧情节需要整个舞台较持久的形成一个云海效果，但实际施放的舞台烟雾将随空调通风气流很快的消散，无法达到较好的视频效果;同样，有的节目就是需要施放的烟雾迅速的消散。对此，这里提出利用PLC和变频技术把电视演播工艺和空调自控系统实现关联控制的方案。

3.问题的分析与解决方案

　　厦门广电中心1000平演播厅的空调是四组中央组合空调机组成，原有的空调自控系统采用清华同方（前身是清华人环）的人环RH自控系统，该RH自控系统只是实现了对这些空调机组的远程定时开关送风机、回风机，风阀自动调节以及温度自动调节的功能，并没有变频风机控制，所以为了满足舞美对空调通风气流的需要，必须对空调风机增加变频控制，只有变频控制风机才可以提供丰富的气流条件供导演在彩排或编排阶段选择确定佳舞美效果的风机变频运行工况。

　　电视演播过程中，灯光控制是一个非常重要的环节，直接决定了视频的质量，所以灯光艺术创作和控制是导演表现节目的重要的一个手段。现在的灯光控制已经实现了微机编程控制化，通过对灯的固定编码定位、颜色变化设定、亮度变化设定、投射角度设定，并实现时间控制。这些都在电视灯光的核心设备电脑调光台上得以编程自动实现，也就是说可以利用电脑调光台编程中设定触发PLC的舞美对空调通风的联动控制的信号源，把控制过程中涉及的每个PLC输入模块虚拟成调光台控制的舞台灯光并赋予相应的唯一编码。

　　具体设置多少点虚拟灯解码（这也决定了PLC的输入点数量），需要设置多少风机变频运行工况，这需要通过在一定时期的节目制作中与导演的舞台需要不断的磨合积累来不断充实，总之风机变频运行工况设定的越合理就可以更好的满足导演的舞美要求。

　　根据以上分析，后确定了以下控制方案，方案框图如图1所示。

图1. 风机控制系统结构图
（双虚线框为新增联动控制部分）

　　该方案利用调光系统的解码器把电脑调光台的编程控制空调风机的指令解码送到PLC上，PLC经编程输出数字信号再经D/A转换器转换为4～20MA的电流信号，该电流信号作为各个风机变频器的外部触发信号变频调速运行风机，产生节目需要的空气气流为舞台艺术效果创造条件。原有的RH自控系统增加对变频器启动运行的控制，这样保证了变频器控制的风机在非节目需要时候的正常的全速运行。

4.编程要点介绍

　　由于该方案中风机实际是两种运行模式：一是PLC与RH系统组合控制满足节目的气流需要;二是RH系统独立控制满足日常（非节目制作时间）的空调运行。因此，对变频器的初态进行如下设定：启动就全速运行风机。

　　PLC编程建立如下的逻辑关系：将每个解码器的触发信号对应编程转换为可以被D/A转换器为相应的固定模拟量输出的输出组合，并在解码器触发信号保留的时间段持续，一旦解码器触发信号消失则立即对输出组合复位为可以被D/A转换器为相应的固定模拟量20MA电流输出的输出组合。这样就保证了调光台编程触发某个固定的解码器就可以得到相应的风机变频工况运行。

　　具体的编程以及参数设定比较简单，对照相应PLC和变频器的应用手册可以很容易的实现，这里不再详细介绍。

5.方案的进一步拓展

　　把上述的风机控制思路进一步拓展，可以实现通过电脑调光台的编程设定实现更多舞台辅助道具的控制，现实中的舞台效果道具如烟雾发生器、制雪机、泡泡机、彩带机、水幕、升降台、烟花启动装置等的动作执行完全是靠人工来实施的，人工操作也是经过多次排练才能磨合出佳动作时机以及动作时间。而实际上这些设备的动作完全是根据节目的情节，也就是说和灯光控制是联锁动作的，经过多次的排练掌握了情节找到了佳动作时机和动作时间后，就完全可以通过电脑调光台的编程，经PLC控制来自动实现。当然首先要对前述设备的启动装置进行手自动改造。这样，就可以实现电视演播工艺的自动化控制程度，使各项舞台艺术工具完美组合，创造出美仑美奂的电视综艺节目。这些拓展控制相对前述的风机变频控制更简单。整体方案框图如图2所示。

图2. 综合控制系统结构图
（双虚线框为新增联动控制部分）

6.结束语

　　本方案采用变频技术控制风机主要目的不是为了节能，而是从电视演播工艺的更加合理有效的角度，提出了楼宇自控系统与电视演播工艺系统的联动的途径。经几次大型电视演播节目的制作和排练，不断的磨合调整编程参数的设定和组合，使电视演播制作水平得到了提高。

1、引　言
　　
　　锦纶厂聚合车间粒料输送装置是整个锦纶生产装置中的一套重要的设备。随着微处理器，大规模和超大规模集成电路的迅速发展，过程控制领域中，传统的常规仪表监控设备、继电逻辑控制器很大程度上被PLC所取代。如何充分利用PLC硬件、软件资源，用较低费用获得高性能的自控系统便是自动化人员面临的现实问题。由于锦纶厂原系统采用继电逻辑控制，控制系统性能不稳定，故障多，维护困难，因此须对原设备进行改造。本文应用SIEMENS公司生产的SIMATIC S7-200型可编程控制器，研制了一套符合锦纶厂聚合车间生产工艺要求的PLC控制装置。设计过程中，充分利用PLC本身资源，大大减少设各故障率和设备占地面积，发挥系统的高性能。

　　2、工艺流程

　　锦纶化纤生产过程中的聚合车间，是整个生产过程中的一道关键工序，当上道工序把其加工出来的粒料送入聚合车间的下料罐后（如图1），通过控制下料阀，使物料进入输送罐，然后利用压缩空气把加工好的粒料输送至下一道工序。整个工艺过程中须考虑到与上、下道工序的协调控制问题：1.检测空压机是否正常运行，压缩空气压力是否正常，以便加工后的物料迅速送走。2.检测下一道工序所要求的氮气压力是台正常，在系统无故障时，控制装置可工作于手动或自动工况，否则以声光报警，提示操作人员，以便进行处理。

　　3、PLC控制系统硬件设计及工作原理

　　按系统要求，保证操作人员的现场控制能力，设计“手动”和“自动”两种控制方式进行控制，用一个方式转换开关进行转换。
　　“手动”方式时，需采用对应的按钮“手动下料”、“手动”输送去控制相应的电磁阀。“自动”方式时，要求系统在启动后按规定的时间与顺序，依次进行“下料”与“输送”。即EV1阀得电，开启“下料”阀，一定时间后关闭，启动EV2进行“输送”，再过一定时间后再启动EV1，如此周而复始，直至接到“停止”指令。同时系统在EV1得电时，EV5亦得电，EV2得电时，EV3亦在}电，以便同时进行氮气的“充气”与“排气”（如图l）。
　　按系统要求，为便于整个工艺流程操作管理的集中性，我们设计了既可在现场进行近地“启动”与“停止”的方式，也可远地进行“启动”与“停止”。

　　该方案配置体现了分散控制系统的优点，即控制功能分散，操作管理集中。控制功能分散意味着实时响应快，操作管理集中，便于集中管理。
　　控制系统框图如图2所示，PLC通过系统的现场状态输入、控制面板和外部输入指令决定系统运行方式，并能显示系统状态。

4、PLC软件程序流程图与梯形图设计

　　我们选用的SIMATIC S7-200型可编程控制器I/0点数多，编程指令丰富，程序内存大，并配有相应的编程软件STEP7-Micro/WIN，可通过PC进行编程，然后下载输入PLC，这种软件还能在PLC运行时监控其运行状况。指令系统具有很强的通讯功能，可与上位机或PLC之间进行通讯。
　　根据系统要求，编写了系统软件。程序流程图和梯形图分别如图3、图4所示。程序由主程序和两子程序组成，主程序实现系统初始化、检测、判断，子程序分别实现手动和自动控制。程序中编写了定时程序，使内部定时器按规定的时间动作，去控制下料阀和输送阀以及脉冲和旁路阀的开通和关断时间。为了方便现场人员调整下料时间和输送时间，本文利用CPU215主机配置的模拟电位器作为下料和输送时间的设定，软件编程时将模拟电位器对应的特殊存储器内容送入相应定时器。调节电位器可调整定时器定时值。
　　在程序的编写过程中，充分考虑到PLC的特殊的程序执行方式。由于PLC采取的是顺序扫描方式，因此PLC语句放置的顺序将会影响到输出结果，有时会偶尔出现与平常不一致的结果，甚至可能会出现与设计逻辑结果完全不同的结果。本文所讨论的程序充分考虑到这种情况。

　　5、结论

　　实际结果证明，将PLC应用聚合工艺输送装置可大大减少设备占地面积和设备故障率。具有功能完备、操作简便和安全可靠等优点，符合生产工艺要求。