西门子6ES7211-0BA23-0XB0产品型号
1 引言
加纳特马某火电厂6000m3/h冷却塔工程的循环冷却水为该厂凝汽器、闭式冷却器等设备提供所需的冷却水，以满足汽轮机冷却的要求，维持凝汽器真空，提供大限度的冷却效果，主要控制对象有：
3台循环水泵：其中2台电机驱动，1台小汽机驱动。在供电正常时，一台电机驱动泵为工作泵，另一台为备用泵，并能定时切换，互为备用，当出水压力过低时，备用水泵自动启动；当工作泵故障时，备用泵启动；工作泵和备用泵均不能正常工作时，系统启动汽机水泵。
2台冷却塔风机：冷却循环水进水水温要求不高于25℃，当水温超过25℃时，自动启动风机。
联锁保护控制要求：
(1) 润滑油压力超过规定值时，自动投入/切除相应系统的润滑油泵及其电动门；
(2) 小汽机的前后轴承座回油温度超过规定值时，自动停止相应的单元及报警；
(3) 小汽机的转速超过规定值时，自动启动停机电磁阀。
2 系统设计
2.1 上位机系统
采用一台工业级控制计算机，作为操作员站兼工程师站，安装bbbbbbs xp英文版操作系统，同时安装kingview6.52开发、运行英文版，此计算机和plc相连接，配置上位监控管理和组态编程程序，对系统的所有设备进行监控、编程、设置、故障诊断、信息采集和管理，并和sis、mis联网，提供管理数据。
上位机人机操作界面的开发按照系统各工艺流程图设计lcd画面(包括模拟图、棒状图、趋势图、操作画面、报警画面及操作指导等)，具体结构见图1所示。lcd画面能分别显示各系统的工艺流程及测量参数、控制方式、顺序运行状况、控制对象状态，也能显示成组参数。当参数越限报警、控制对象故障或状态变化时，以不同颜色进行显示，并有音响提示。当网络故障时，这些数据能被暂时存储，待网络通讯恢复正常后，这些数据能自动显示。
图1 lcd画面树形图
2.2 下位机系统
采用日本欧姆龙公司的csig系列plc。系统所有的逻辑功能终都是由plc来完成。
(1) 硬件设备及功能：确定控制系统的规模、i/o点的数量和类型，选择适当的plc及其模块。如图2所示，omron-csig型号的plc，主、从机架各一个。机架上各种模块及cpu单元科学排布。cs1w-cn713型号的cs1i/o连接电缆将从机架连接到cpu所在的主机架。plc采集循环水泵出口母管的压力，信号以4-20ma电流输入，经模拟量模块后cpu获得。plc根据反馈的压力信号及工艺要求，发出控制信号，实现自动控制。plc与汽轮机设有接口，接入汽轮机的调速系统、保护系统、监视系统后，可实现远方启停小汽机并监视其运行状态。系统所有参数达到报警值，plc报警装置报警；达到停机值，plc停机装置停机。此时，plc与上位机相对独立。plc直接实现循环冷却水控制系统的控制功能，上位机仅处于监视状态[1]。
图2 系统硬件框架
(2) 软件系统：plc编程软件要求符合iec61131-3的标准，同时提供梯形图、指令列表、功能块图、顺序功能图、结构化文本等编程语言，并可实现图形逻辑组态，及监视状态下逻辑状态查询。配置一套便携式编程器来完成离线仿真、程序开发、调试、诊断、编程等功能。编程软件采用供货年新正版的编程软件cx-rogrammer7.0。小型工业汽轮机的信号采集和控制由下位机实现。测量齿轮转速，信号送入plc。经cpu运算处理后，发出调节指令。此外，汽机的轴承保护系统采用pt100采集温度信号，温度过高则采取必要的措施，汽机监控程序案例如图3所示。
图3 汽机监控程序案例
3 结束语
设计一套高质量的自动控制系统，一方面需要设计具有完备的工艺和合理的系统结构，另一方面需要设计具有可靠、完备的控制功能。后者需要我们的设计满足整个系统中需要监视、控制的点，都能得到有效的监控；系统正常运行时，系统的抗干扰能力强，同时，系统在安装和使用维护中也要引起足够的重视，各个方面的工作都做好，才能完善解决问题，有效地增强系统的抗干扰性能
(1) i/o模块可以扩大cpu的接线端子数日。许多cpu本身自带的i/o点数很有限，当所需i/o点数超过cpu本身自带的i/o点数时，需要i/o模块进行扩展。
(2) i/o模块主要分为模拟量模块和数字量模块，用以输入或输出模拟量和数字量。
(3)每款cpu所能带动i/o模块的数目不一样，可以查阅相关资料核对。
图所示为模拟量输入模块em231。
图模拟量输入模块em231
常用的i/o模块分类如下。
(1)开关量：按电压水平分，有220v ac、110v ac、24v dc；按隔离方式分，有隔离和晶体管隔离。
(2)模拟量：有电流型(4～20ma，0～20ma)、电压型(0～10v，0～5v，-10～10v)等，还有特殊i/o模块，有热电阻型、热电偶型、脉冲型、定位型等。
分享一下我做设备维护时的一个故障排查的经历,是s7-400输入模块故障，可算是难得一见的一次。以前曾经在百度贴吧上简略的说过，但不完整，这次补充详细，和大家共同讨论一下。
1：设备情况
设备是2005年进行的设备改造，为轧机副传动系统，控制系统采用西门子s7-400控制，i/o模块采用的400的i/o模块。控制分合闸按钮全部采集入（两地合闸）。合闸采用plc输出由转220vac控制动作。变频器为1336plus2，ab的。
2：故障现象
发生故障的时间是2015年4月份，当时操作人员打电话反映所有的副传动辊道不动了，维护人员赶到现场查看发现：所有的变频器合闸回路接触器跳闸，但奇怪的是柜门变频器合、分闸指示灯全不亮。操作人员合闸合不上，但是检查220vac没故障。负责给模块供电的24vdc及中继的24vdc均无问题。此时发现指示灯正常了，于是进行接触器合闸，发现接触器能合上了，但是过一会就全跳。
3：排查故障
排查继电回路问题，将继电器强制开关强制，合闸回路及变频器均无问题，观察变频器面板无问题。联系试车，结果发现需要动作的变频器不对（手动台，第二台动作了）。但几分钟以后又正常了。。。。。。（故障时好时坏，中间还好了一小时，轧钢线不能停产，这故障难查了。。。。。。）
一小时后，又出现此类情况，此时只能怀疑控制系统有问题，发现输出模块亮的灯不对（误导），怀疑输出模块问题，更换输出模块。（又好了一小时。。。。，排查期间一直强制合闸生产中。。。。。。）
一小时后，仍然出现此类情况。换了输出模块，仍然没法解决。这两小时中，监控和排查人员一直没离开，没办法，开始蹲点，结果这次在上位机监控时发现偶尔分闸信号过来，怀疑合分闸24vdc有问题，检查全部没问题。
终我们怀疑输入模块有问题。正好看程序时发现输入模块信号异常，发现输入421-1bl00-0aa0模块的i/0点i20.0至i23.0输入点信号平移了两位，即i20.0变成了i20.2，以此类推。更换后设备正常。
4：故障分析
输入模块往常也就是见坏点、模块全黑，i/o点平移的故障次见到。而ab变频器的数字量输入是置复位式的，接线也采用的是三线制启动。这样就会造成输入模块瞬间故障，导致全部跳闸，但是强制后输入点还是平移，这样后边一台变频器得到启动信号，而没得到停止信号变频器是启动的。而速度选择的点也平移了，变频器就启动了。。。。。
，输入模块为什么坏了，这个没法解释，内部无明显灰尘，模块每月定期除尘，整套系统放在威图柜中，柜门平时严密关闭，配电室要求很高，内部有s.d系统，超40度直接会报超温停机，环境是好的一个。但钢厂内部金属粉尘确实多，难保是不是碰巧金属灰尘导致内部损坏。模块确实是坏了，在实验台上实验时也出现此现象，毕竟用了10年。。。。。更换完输入模块后，两年内未发生故障。
第二，变频器合分闸，就是主回路上电。有的设计院不加合分闸接触器，有的加。直接隔离开关，负荷开关，塑壳送电在原先企业怕炸机（出过伤人事故），（变频器型号为1336f-b300-aa-en，容量不算小）所以要求都加。
第三，变频器输入是干接点，但中间有中间继电器做隔离。三线制两线制设计各有优缺点，这个是设计院设计的，从此次事故来看，确实有缺点，但可用继电回路急停封锁变频器使能，使变频器停止运行，且此现象在强制合闸以后才出现，也是建立在非正常使用之上。但如果从工艺角度来考虑，利大于弊（烧辊，烧推床，转钢损失要大得多）
stl指令通常包括操作码（助记符）和操作数两部分，其格式如下：
操作码（助记符）定义要执行的功能，它告诉cpu该做什么；操作数为执行该操作所需要的信息，它告诉cpu用什么去做。操作数由标识符和参数组成。的这种表示方法与计算机的表示方法十分相似。
(1)操作码（助记符）
操作码（助记符）通常是能表明指令性质的英文缩写，如a，not，=，on等。
(2)操作数
操作数通常可以由操作数区域标识符、操作数访问方式和操作数位置组成，用来表明数据区域中操作数的地址和性质。操作数的表示方法如下：
①区域标识符指出了该操作数存在存储器的哪个区域。各字母代表的存储区域如下所述。
i：输入过程映像存储区。
q:输出过程映像存储区。
l：局部变量存储区。
t：定时器存储区。
c：计数器存储器区。
db:公共数据存储区。
②访问方式指出操作数是按位、字节、字或双字访问，当按位访问时，可用操作数位置形式区分。访问方式用以下符号表示。
x:位。
b：字节。
w:字。
d:双字。
③操作数的位置指明操作数在此存储区的确切位置，操作数的位置用数字来指明，以字节为单位计数。
采用上述方法，就可以对任一存储区域(i、q、m、l)中的数据以位、字节、字、双字进行访问。
语句指令有两种基本格式：一条语句由一个指令和一个地址组成，如a i1．0是一条位逻辑操作指令。其中，“a”是操作码，它表示执行“与”操作；“11.0”是操作数，它指出这是对输入11.0进行的操作。
一条语句由一条单个指令组成。有些语句指令不带操作数，它们的操作对象是唯一的，因此为简便起见，不再特别说明，如not是对逻辑操作结果(rlo)取反。
rlo跳变沿检测可分别检测上升沿（正跳沿）和下降沿（负跳沿）。rlo下降沿检测指令和rlo上升沿检测指令分别对应语句表中的“fp”和“fn”指令。
rlo下降沿（负跳沿）是检测该指令所在点的逻辑状态是否有从“1”到“0”的变化，即是否有下降沿发生。<位地址>;位为边沿存储器，其作用是存储该点前一扫描周期的状态，以便进行比较。如果本周其期该点的状态为“0”，上个扫描周期的状态为“1”，则说明有下降沿（负跳沿）发生，逻辑输出结果为“1”，否则逻辑输出结果为“0”。
rlo上升沿（正跳沿）是检测该指令所在点的逻辑状态是否有从“0”到“1”的变化，即是否有上升沿发生。<位地址>;位为边沿存储器，其作用是存储该点前一扫描周期的状态，以便进行比较。如果本周期该点的状态为“1”，上个扫描周期的状态为“0”，则说明有下降沿（负跳沿）发生，逻辑输出结果为“1”，否则逻辑输出结果为“0”。
在每一个程序扫描周期过程中，rlo位的信号状态都将与前一周期中获得的结果进行比较，看信号状态是否有变化。前- rlo的信号状态必须保存在边沿标志地址（<位地址>;）中，以进行比较。如果在当前和先前的rlo状态之间有变化（检测到下降沿或上升沿），则在操作之后，能流在该扫描周期内流过检测元件，即rlo位仅在该扫描周期内为“1”；如果在当前和先前的rlo状态之间没有变化（无脉冲边沿），则在操作之后，rlo边沿检测指令均把rlo复位为0。
rlo边沿检测指令均指定有一个“位存储器”，用来保存前一周期rlo的信号状态，以便进行比较，在0b1的每一个扫描周期，rlo位的信号状态都将与前一周期中获得的结果进行比较，看信号状态是否有变化。“位存储器”使用的操作数可以是i、q、m、l、d。
(1)对逻辑操作结果rl0的直接操作指令及其说明（见表）
表对逻辑操作结果rlo的直接操作指令及其说明
(2)指令说明
①取反指令not。取反指令将逻辑操作结果rlo的状态取反后存入rlo。在lad和fbd中以触点的形式表示。
②置0指令clr。置0指令将rlo的内容置为0。在lad和fbd中不能使用，只能用在stl中。
③置1指令set。置1指令将rlo的内容置为1。在lad和fbd中不能使用，只能用在stl中。
④保存指令save。保存指令将rlo的内容存放在状态字的br中。在lad中以线圈的形式表示。
⑤a br指令。a br指令是再次检查所存储的rlo。
(3)编程示例（如图所示）
图对rlo的直接操作指令
说明：对于图(a)，当i0.0与i0.1均闭合时，则rlo应为“1”，但经not指令后，rlo变为“0”，因此q8.0为“0”（失电）。对于图(b)，save指令将当前值态存入br，然后通过检测br位来检查保存的rlo。
在刚接触pid时候感觉很头疼，fb41功能块繁多的输入输出以及帮助里面非常的解释看得我眼冒金星，头昏眼花，真的是不知道如何入手，后来使用几次以后发现，原来只是填填变量的事（我们的pid就是简单的控制，还没有涉及切换、加泵以及减泵等复杂问题），正好近有时间，就汇总了一下fb41的端子说明（基本来自大家技术论坛的分享），就当做个笔记吧。
1、fb41的方框图（fb41的端口作用逻辑图,看懂这个基本就都会了）
2、规格化（个人感觉不是必须要规格化，整个fb41功能块统一量纲就行了）
pid参数中重要的3个变量，给定值（sp_int），反馈值（pv_in）和输出值（lmn）都是用0.0~100.0之间的实数表示。
因此，需要将模拟输入转换为0.0~100.0的数据，或将0.0~100.0的数据转换为模拟输出，这个过程称为规格化
规格化的方法：（即变量相对所占整个值域范围内的百分比 对应与27648数字量范围内的量）
对于给定值（sp_int）和反馈值（pv_in），执行：变量*100/27648，然后将结果传送到pv-in和sp-int
对于输出变量 ，执行：lmn*27648/100，然后将结果取整传送给pqw即可。
3、一般使用循环中断组织块调用fb41，一般不用ob1，因为ob1的扫描周期不是确定的。
4、fb41的输入输出参数
in
<1、com_rst：bool，初始化fb41。设置为1时，积分微分的累计清零。不会自动复位，需要程序复位com_rst。一般使用如下：
可以在ob100、ob101、ob102里面写两句话
an “com_rst” //如果初始化标志位是0
s “com_rst” //将初始化标志位置1
在ob1的后写上两句话，复位初始化标志位
a “com_rst” //如果初始化标志位1
r “com_rst” //将初始化标志位复位
pid的初始化可以通过在ob100中调用一次，将参数com-rst置位，当然也可在别的地方初始化它，关键的是看程序需要；
<2、man_on：bool，设置为0为自动调整；设置为1为手动调整；这里会涉及到一个自动和手动模式的切换问题：无扰动切换
pid调节器在自动→手动、或手动→自动的瞬间，pid的输出是不变化的。
从手动切换到自动，自不用说，但是从自动到手动会出现明显跳动，一般可以这样处理：从自动切换到手动增加一个斜坡处理。将自动时的输出换算成比例值，一直加载在man口上，切换后，通过斜坡，将man口上的值由原来的值过度到手动比例设定值。
此端口和<11处的man口配合使用。
<3、pvper_on：bool，过程值选择，此值与pv_in和pv_per有关系
设置为1时，直接将piw（监测实际值端口）输入pv_per口
设置为0时：将转化后、滤波后且规格化后（等处理过的）数据输出pv_in口
<4、p_sel、i_sel以及d_sel：bool，比例、积分、微分作用的选择，设置为0，相应部分不起作用。
<5、int_hold:bool，积分保持，设置为1时，积分不累加，一般不设置。
<6、i_itl_on：bool，积分初值给定；
i-itlval：real，积分初值。
当i_itl_on设置为1时，使用i-itlval变量积分初值；当i_itl_on设置为0时，积分初始值为0。一般当发现pid功能的积分值增长比较慢或系统反应不够时可以考虑使用积分初值；此功能很少用到。
<7、cycle：time，pid采样周期。
<8、sp_int：real，pid的设定值。
<9、pv_in ：real，pid的反馈值。数据类型为real，显然是处理后的数值，见<3。
<10、pv_per：word，pid的反馈值。数据类型为word，显然直接piw输入，见<3。
<11、man：real，手动模式的输入端口。
<12、gain：real，比例增益。
<13、ti：time，积分时间。
<14、td：time，微分时间。
<15、tm_lag：time，多长时间开启微分，由于微分会削弱达到稳定值时间，可以延时启动微分。通常不设置。
<16、deadb_w：real，死区宽度。现场监控达到设定值后，并不稳定到设定值，如果出现小范围浮动，会出现执行器来回动作问题，可以考虑用死区来降低灵敏度。此值为百分数。
<17、lmn_hlm、lmn_llm：real，输出值上下极限。此处需要搭配<19处使用，即保证lmn_hlm*lmn_fac=100，程序中默认lmn_hlm为100.0，lmn_fac为1.0，所以可以不用去设置。如果想设置，需要保证上面的公式。
<18、pv_fac、pv_off：real，pv_fac=的量程/100。只有在pvper_on为1时起作用，目的为统一单位；为零时，需要规格化，单位已经统一，所以此处无用。
<19、lmn_fac、lmn_off：real，输出值的量程。
<20、disv：real，允许的扰动量，串级系统使用，一般不设置；
out
<1、lmn：real，输出实际值占满量程的百分比。
<2、lmn_per：word，pqw输出
<3、qlmn_hlm、qlmn_llm：bool，qlmn_hlm：输出大值时输出1；qlmn_llm：输出小值时输出1，可以作为工、变频切换（例如一台泵工频，一台泵要求变频，调节恒压时）的点位来用。
<4、lmn_p、lmn_i、lmn_d：real，pid输出中p、i、d的分量。三者的和为输出值。
<5、pv：real，实际压力值
<6、er：real，偏离值，设定值与实际值之差。
以上部分加入了自己的想法，如有错误望各位大侠批评指导。
