西门子6ES7211-0BA23-0XB0使用说明

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1 引言
随着我国经济的高速发展，通畅高效的交通系统成为经济进一步发展的基本需求，从而高速公路亦得以蓬勃发展。作为高速公路路段中相对事故率较高的隧道区域，为保证行车安全，tigao行车效率，通常在长隧道或特长隧道内设置隧道监控系统，集中监控隧道内通风、照明以及行车情况，在必要时候发布诱导和指导性信息。而隧道内通风、照明、以及交通诱导设备均分散于整个隧道区域，因此集成隧道内各要素信息，方便隧道监控人员的集中监控与管理，成为隧道监控系统设置的主要目的。

2 隧道监控系统的主要内容和控制要求
保证隧道行车的通畅、安全，根本上说就是要求保证一个良好的行车环境，以及必要时候能够对通行的车辆做出合理的诱导。故通常在长隧道或特长隧道内设置一定保证环境和便于交通诱导的机电设施，按功能划分可分为交通检测与诱导设施、通风检测与控制设施和照明检测与控制设施，相应为控制这些设施，使其服务于隧道行车，分别设置交通检测控制系统，通风检测控制系统，和照明检测控制系统。
2.1 交通检测控制系统
交通导控制系统主要作用在于控制交通诱导设施，如车道指示器，交通信号灯，可变情报板，可变限速标志等，用来诱导隧道内车辆行驶在单一车道上，通过可变情报板上面发布相关行车信息，通过可变限速标志设定隧道车辆的通行速度，并在必要时候（如，隧道内塞车、能见度值过低、一氧化碳含量太高等等）封闭隧道。车道指示器、交通信号灯显示信息通过PLC程序控制输出继电器来控制，可变情报板和可变限速标志的显示值通过PLC的串行通讯接口输出来控制改变。此外，对于隧道内设置的车辆通行情况检测器（即车辆监测器，可以检测车速，车liuliang，车道占有率等等参数）检测的隧道车辆通行数据，同样由PLC扩展串行通讯接口编程获取，存于PLC内存储器中。
2.2 通风检测控制系统
为监控隧道内行车环境，隧道内设置有风速仪、一氧化碳和能见度检测仪。通风控制系统即在实时检测这些环境参数的基础上，控制隧道内风机的开启，以使各项空气指标符合安全行车标准，达到既保障安全行车、同时节约能源的目的。各空气指标数据由PLC模拟量输入模块采集，风机的启停通过PLC的开关量输出模块程序控制中间继电器实现控制。
2.3 照明检测控制系统
照明检测控制系统的目标是在不断监测隧道洞外、隧道洞内光照度的前提下，调节隧道进出洞口加强段等照明回路，达到合适的隧道内光照度。避免使车辆驾驶员白天进入隧道和夜间离开隧道产生“黑洞效应”；避免使车辆驾驶员白天离开隧道和夜间进入隧道产生“眩光效应”（或称“白洞效应”），让驾驶员轻松适应进出隧道的光照度变化，减少交通事故，同时考虑节约能源。光照度等参数的采集由PLC模拟量输入模块完成，照明回路的控制则由PLC程序控制输出继电器来实现。

3 系统构成
高速公路隧道区域作为一个相对封闭区域，通风不畅，汽车尾气沉积，油污污染，高低压线缆布线的空间限制导致电磁干扰等等因素，使其成为一个非常恶劣的电气环境，对应用的电气设备的适应性提出很高的要求；而且隧道距离长，设备布设分散，也为监控系统的构建造成一定难度。
SIEMENS S7-300是模块化的中小型PLC系统，其大范围的各种功能模块可以非常好的满足和适应自动控制任务，简单实用的模块化和分散式结构使得其应用十分灵活，当控制任务增加时，可自由扩展。高电磁兼容性和强抗振动、抗冲击性使得其具有很高的工业环境适应性。并且基于以SIEMENS公司为主开发的PROFIBUS现场总线标准，S7-300 PLC还具有组网便捷的优势。易于实现分布，易于用户掌握，易于组建分布式现场网络等特点使得S7-300成为各种中小规模控制任务的方便又经济的解决方案。
鉴于以上原因，S7-300系列大量应用于隧道监控系统中，作为监控系统现场区域控制机的核心部件。

3.1 PLC配置设计
根据隧道长度，设备分布情况，以长1000米、2个行车道的隧道为例，隧道内每间隔250米设车道指示器（正反面各有红叉绿箭头）2套（2车道），隧道进洞口各设可变情报板、可变限速标志和交通信号灯各1套，每个隧道洞内设一氧化碳和能见度检测仪（VICO），光照度仪（LO），风速仪（TW）各2套，车辆检测器各4套，通风风机4组（1组为2台风机）。另外隧道供配电系统为隧道两头设变电所，从两端分别对隧道供电，故照明回路的电力供应分别从两端变电所供出，在两个变电所内分别设照明区域控制机1套，控制照明回路数为19路。据此统计隧道进口端的区域控制机（简称RTU1/RUT4）的配置（略）；隧道出口端的区域控制机（简称RTU2/RUT5）的配置点数（略）；变电所内的照明区域控制机（简称RTU3/RUT6）的配置点数（略）。
考虑系统的完整性、可操作性及点数冗余量，各区域控制机PLC系统硬件配置如图1、2、3所示。

图1 RTU1/RTU4硬件系统构成图

图2 RTU2/RTU5硬件系统构成图

图3 RTU3/RTU6硬件系统构成图

3.2 系统网络配置设计
PROFIBUS是国际性的开放式的现场总线标准，即EN50 170欧洲标准；且现已成为IEEE和中国国家GB标准，具有传输速率高、传输距离远、可靠性高、响应速度快的优点。鉴于隧道电磁环境的现状，系统采用抗干扰能力强、传输距离大的光纤接口PROFIBUS网络。即每个区域控制器上设置PROFIBUS现场总线光缆OLM模块构筑整个系统的冗余环形光缆总线，为现场区域控制机之间，以及区域控制机与上位控制管理系统之间构筑了一个高可靠性的数据高速公路，即使在火灾、灾难、鼠害等极端情况下，也可保证整个系统的完整性和可靠性。PROFIBUS光纤冗余网络结构见示意图4所示。

图4 PROFIBUS冗余环形光纤总线

4 程序设计
4.1 设计思路
本程序采用SIEMENS STEP 7作为编程软件。根据各区域控制机所连接设备以及相应设备的工作方式特点，采用模块化编程的程序设计方法。各区域控制机内PLC程序框架如图5所示。设计过程如下：

图5 程序框架图

（1）首先将项目划分为若干子任务。每一个子任务在程序中对应一个功能块（FB）或功能（FC）。功能块含有某个系统的一些设备和任务的逻辑指令，相当于一个子程序。由组织块（OB1）中的指令控制这些功能快的执行。
（2）规范并设定各输入/输出量，确定其类型和地址。为方便程序的编写和调试，增加程序的可读性。这里使用符号地址编程，即在程序中以符号名识别专门的地址。程序中所有的变量、块和数据类型等都可以使用符号。符号名可以是不超过24个字符的字串，可以有80个字符的符号说明。其中输入/输出地址均采用符号地址，而其他地址则视情况选择使用，以避免符号过多。输入/输出符号地址表如表1所示。

表1 建立符号地址表

（3）建立可读/写的全局数据块（DB），用于保存全局使用的数据。其中，DB1用于保存与上位机交互的数据，DB2用于区域控制机之间的交互数据，等等。程序中每一个FC或FB或OB都可以读写一个全局共享数据块DB。
（4）为各程序模块分配中间变量，定时器以及计数器等资源。
（5）根据风机、照明回路、车道指示器等设备的工作方式，确定各输出信号与输入信号的逻辑关系，并转化成梯形图实现。
（6）根据可变情报板、可变限速标志、车辆检测器设备的通讯协议，通过串行通讯模块CP340，采用ASCII通讯方式编写通讯代码，发送符合协议的指令信息帧，查询或发布信息，从设备会传的信息帧中提取有效数据，并定期检查通讯状态。
（7）编写PLC之间的数据交换程序模块，确定需要交互的数据，分配此数据的存储空间，并定期刷新。
（8）编制、调试、连接所要求控制任务的各部分功能（块）。
（9）规划从组织块OB1中调用各部分功能（块）的程序执行功能。
（10）现场安装接线各外部输入/输出点，整定、调试程序，试运行，运行。
4.2 注意事项
（1）在硬件配置中设置CPU参数，主要包括启动特点、性能、循环中断、诊断/时钟、保护等。
（2）通过硬件组态工具设置模拟量模块的参数。本配置中，风速仪、照度仪、VICO检测仪均为4线制4～20mA输入信号，如果系统包括车道指示器的电流变送器，则为2线制4～20mA输入信号。
（3）在硬件配置中设定各区域机中PLC的PROFIBUS地址和MPI地址，确认各站具有唯一的地址。在需要交互数据的站与站之间建立数据连接，并将各站与上位机之间均建立连接，本配置中，站与站之间建立FDL连接（相对快速的连接），站与上位机之间建立S7连接（SIEMENS公司自主PROFIBUS应用层协议，适用于S7 300系列PLC与上位软件之间的信息交换）。
（4）在用户程序使用之前，符号必须在符号表下建立，并且用户程序的符号必须唯一。也就是说，一个符号或地址在符号表中只能出现一次。
（5）除OB1以外操作系统还可以调用其他的组织块以响应某些事件。在本程序中，通过定时循环中断OB35设定每隔5秒采样一次风速、照度、COVI等模拟量数据。OB35根据程序设定的时间间隔反复执行，时间间隔在CPU模块参数中设定。
（6）确定各部分状态的先后次序及连锁关系，使各动作间严格确保相互约束和定时关系，以tigao程序的可靠性。
（7）灵活运用各逻辑指令，完成各部分功能的同时力求程序简洁。

5 结束语
高速公路的隧道监控工程是一个系统工程，构成复杂、数据采集量大，控制站点多，设备分布分散，而且隧道环境恶劣，系统可靠性要求高。既需要从车辆检测器以串行通讯方式获取大量交通数据，同时也需要以串行通讯方式向可变情报板发送大量信息，另外还要完成对风速、VICO、照度的模拟量的采集以及照明回路、车道灯等开关量信号的检测与连锁控制。通过采用PLC可编程序控制器，实现了所有数据采集发布以及控制功能，并提供优良的网络传输性能，整个系统性能优良。

行车及变频选型

行车主电机参数：

额定功率：22KW 额定转速：1435rpm

额定电流：44A 额定电压：380V

电机极数：4极 额定频率：变频电机，定制抱闸装置，外置风扇

所选配变频器型号：TD3000-4T0220G+TDB-R01-0030-0200（制动电阻）

回转电机参数：

额定功率：4KW 额定转速：1440rpm

额定电流：9.4A 额定电压：380V

电极极数：4极 额定频率：50HZ

所适配变频器型号：TD1000-4T0037G

小车电机参数：同回转电机

系统变频接线如下图所示：

操作控制方式：

行车操作室内有两个凸轮控制器，分别控制：主钩、摆臂回转、小车前后操作。系统采用变频电机自带的电磁抱闸。起升主钩凸轮控制器能实现主钩以4种不同速度起落和回零，采用多段速控制，没有安装编码器，即：变频器采用无速度传感器矢量控制。与大连普特雷工沟通了解到，该塔机经过厂家标准负荷测试验收后才出厂，而且现场已运行使用1个多月，所以，认为大体工艺参数基本可行，对加/减速、多段频率、电机参量等参数未做任何调整。参数设置如下：

制动率为50%

经过参数调整后，空车试机，启动时的大电流为40A多一点，基本在额定值范围内；然后，带载运行，大起吊了2个绞架，大约2吨重的物件，反复起吊，启停过程非常正常，电流平稳，工作电流只有18A左右，多次操作后，甲方认为非常满意，未再继续调整。从整个tisheng部运行情况来看，我司TD3000在主tisheng上表现性能优异，启动/停止非常平稳，与抱闸配合良好，冲击非常小。

产品：
CP1H-XA40DT-D
伺服系统

生产现场的问题：
·注射台要求系统响应速度快，严格时序控制，射出座位移误差达到0.3mm
温控点多，温控及注射精度高，系统射出量控制误差为0.1克，后的射出料量精度为0.2克
·所有自动、手动操作运行工艺完全实现
·所有运行参数的设置与修改
·生产成品率大于百分之九十五以上（98%）

欧姆龙的解决方案：
选用CP1H-XA，与人机界面进行在线监控及参数设定，高速计数器对高射出口位置反馈脉冲数，根据当前位置动态修改射出参数，D/A输出控制压力及liuliang比例阀，将主要步骤放在PLC的中断程序中，以达实时控制的响应速度、精度要求。

1、全自动双料枪多模站射出发泡成型机，成型站一般成直线或扇形分部。
2、双注射台，一台变频器控制。多段注射压力控制，要求系统响应速度快，严格控制时序；多路电子尺模拟量输入。
3、在线监控入料转速、射出量、射出时间、运作时间以及产量等；多路压力、liuliang比例阀以及开合模力模拟量输出。
4、在线监控系统状态、射座状态、各模站状态以及实时报警等。

方案一: 通过无线DEVICENET 网络,系统结构图:

方案说明:

采用无线DeviceNet 系统,使用3 块无线主站WD30-M(每层安装一块)和6 个WD30-S(和每个运输车控制柜内的CJ1W-DRM21 连接),控制室使用CJ1M 系列PLC 和CJ1W-DRM21 主站模块,每个CJ1M 可以和主站交换100WIN/100WOUT.上位计算机通过以太网接口和CJ1MPLC 交换数据,将控制数据发送到CJ1M PLC.
此方案的优点是,整个无线网络采用DEVICENET,通信速率较快,但是通信距离只有60m。

方案二:采用串口无线设备系统结构图:

方案说明

此方案使用ONRON 串口无线设备WM51-SLP,通信距离1KM,大可以连接50 台从站设备,上位计算机通过WM51-SLP 直接和搬运车上的6 台PLC 通信.此方案的优势是通信距离较远达到1km,监控计算机直接通过无线通信与PLC 相连接,但串口通信速率较慢.但此无线设备如果要在中国销售,需要通过相关机构认证.

一、状况
在双良的蒸气双效溴化锂吸收式冷气机组中，使用欧姆龙的PLC（C200HE-CPU42，电源PA204S）来控制两台水泵的启动。在依次启动两台水泵时，经常导致PLC的电源中断，从而程序停止运行。

二、检测
1、使用电压波形测试器来测量两台水泵依次启动时PLC电源PA204S的交流供电端电压变化发现：在未启动水泵时，供电端电压正常，在启动两台水泵时，供电端电压瞬时降至184V—186V且持续时间在25ms以上，PLC停止工作，从而确定是水泵对PLC电源的影响。
2、为解决这个问题，分别作以下几个测试：
a) 先开大泵，延时10s左右再启动小泵，供电电压降至190V左右，说明先开大泵，使电压瞬时下降，稍后启动小泵，会影响较小，但这样需要修改PLC程序。
b) 由于水泵供电是由高压线经变压器转过来，可以考虑将变压器增容，换个大容量的变压器，可能使水泵对PLC供电电压影响会小些。
c) 在PLC供电端接一个大电容，但是效果不明显。
d) 后在变压器转换后的另一路供电中接一个220V来PLC的电源供电，发现即便在同时启动两台水泵时，PLC的供电电压下降也只在204V—206V左右，完全可以。
三、结论
由于PLC的电源供电是与水泵走同一路供电，且该厂的变压器容量较小，所以在启动两台水泵时，引起PLC供电电压下降至85%额定电压以下，且持续时间超过10ms，从而导致PLC检测到电源中断，停止工作。故建议从变压器转换后另一路中接一个220V来单独供PLC电源，即能解决这个问题。

1前言
随着我国经济的高速发展和城镇化程度的不断tigao，工业污水和生活污水日益增多。为维持经济的持续、健康增长和生态环境的良性循环，必须对工业及生活污水加以处理。目前，在我国主要城市和经济发达地区的城镇均已建成了各种规模的污水处理厂，但大部分经济欠发达地区的县市和小城镇没有对各类污水采取处理措施，而是直接排入附近河流。随着环保要求的不断tigao，未采取污水处理措施的小城镇在未来若干年内必然会建立污水处理厂。小城镇量大面广，对污水处理设施的需求量很大。同时，受投资额的限制，这些污水处理厂更愿意采用经济、实用的产品。本文介绍的监控系统在满足污水处理设备安全、高效运行的同时具有很好的性价比，具有良好的经济、社会效益和推广前景。
2 原方案分析
在污水处理厂内，各种污水处理设备分布较分散。为监视现场设备的运行参数和运行状态，需要建立一套中央监控系统。该监控系统由现场检测、数据采集和处理、数据通讯和中央监控等部分组成，现场检测仪表检测到的设备参数和运行状态经过处理后通过计算机网络上传至中央控制室，中央控制室内的运行人员通过监控计算机监视全厂设备的运行状态。运行人员根据运行参数和设备运行状态发出各种控制指令，控制指令通过计算机网络传到现场，控制设备的相应动作。
现场需要对模拟量和开关量进行监控，主要模拟量有liuliang信号、液位信号、压力信号、阀门开度信号等，主要开关量信号有刮泥车和吸泥车的启动、停止、运行、到位、故障及真空泵的工作状态等等。这些现场设备与中央控制室距离较远，目前大多数监控系统由分布式I/O完成检测与控制，现场设备与中央控制室之间的数据交换大都采用DP网络连接方式，在中央控制室设置DP主站，现场设备作为DP从站挂在DP网上。系统结构简图如图1所示。一个污水处理厂包括多个现场设备，每个现场设备作为1个DP从站连接到DP总线上。采用这样连结方式，现场施工工程量很大，需要架设电缆和桥架，费用较高，并且每个DP从站与DP主站之间采用有线连接，电缆容易损坏，维护起来比较麻烦。

针对传统控制系统存在的缺点，我们提出了基于和利时公司小型一体化PLC HOLLiAS-LEC G3的无线解决方案。该方案的系统结构如图2所示。与传统通讯方案相比，该方案在现场设备和中央监控室间采用了无线通讯方式，具有传输距离长、可靠性好、抗干扰能力强、节省电缆、维护成本低等优点。
3 方案设计
如图2所示，该方案采用和利时公司的小型一体化PLC的CPU模块LM3107进行数据采集和传输。LM3107本身自带 RS232通讯接口，通过RS232连接到天线上，天线之间采用Modbus协议，具备CRC校验，协议简单、可靠性高。通过天线，可以实现远距离Modbus无线通信，从而实现了每个污水池（Modbus从站）的数据与上位（Modbus主站）之间的数据交换。然后，Modbus主站再通过DP通讯模块接入DP总线，这样就可以实现所有现场设备（Modbus从站）与中央监控室（DP主站）之间的数据交换，完成数据采集与控制功能。

图3为数据流程示意图，每个模块之间的通讯都是双向的。对于污水池采集上来的数据，模拟量通过模拟量输入模块LM3310输入到下位LM3107模块（Modbus从站），开关量直接输入下位LM3107模块（Modbus从站），上位采用1个LM3107CPU模块与1个LM3401DP从站模块连接到DP网络中。
下位的LM3107通过RS232与无线通讯模块连接作为Modbus从站，上位的LM3107通过RS232与无线通讯模块连接作为Modbus主站。LM3107模块支持标准的Modbus RTU协议，所以上位与下位LM3107之间采用Modbus通讯。上位的LM3107再通过LM3401DP从站模块与中央监控室进行数据交换。
无线通讯可以根据实际情况选择如下Modbus通讯参数：
校验：奇校验、偶校验、无校验
位数：7位、8位
波特率：300bps 、600bps、1200bps、2400bps、4800bps、9600bps、19200bps、38400bps

4 方案优势
本文提出的解决方案具有如下优势：
1. 只需要1条DP线就可以把所有污水池采集的数据传送到中心监控室DP主站，与传统通信方案相比节省了大量通讯线缆，同时也减小了线缆施工工作量，tigao了系统的可靠性和可维护性。
2. 采用无线通讯方式，数据传输距离长，数据利用天线透传，传输的距离与天线有关，多5000米。
3. 采用LM3107可以实现多247个Modbus从站互联，节省了每个污水池的DP从站模块费用，取而代之的是每个污水池做为Modbus从站存在，只需要1个DP从站即可实现所有的污水池数据与中心监测站数据的交换。