西门子6ES7212-1BB23-0XB8使用说明

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1.引言
　　排水泵站（下简称泵站）作为市政建设和管理工程的主要设施，担负着城市排水防涝的重要任务。从目前国内大部分的泵站控制和管理来看还是处于相当 落后的状况，与国外相比具有很大的差异。 在电气控制上，自动化监控程度低，大部分的泵站仅有单级的常规控制。在管理水平上，大部分泵站的管理记录和统计都是手工操作。泵站控制和管理没有形成区域化的网络。随着国民经济的飞速发展，对市政建设和管理提出了更高的要求。所以必需对现有泵站控制和管理进行改造和完善。向国外无人化泵站监控管理发展，以达到减员增效和tigao管理水平的目的。该项目是以上海市浦东新区塘桥泵站为实施对象，进行整个泵站的自动化监控和管理的改造。

2.泵站工况概述
　　塘桥泵站位于上海市浦东新区塘桥路黄浦江边，该泵站主要用于附近地区的污水排放处理和防汛抗涝。服务面积240公顷，总排水量为13.8米3/秒。

2.1设备分布
　　同大部分的泵站一样，其设备分布平面图如下（图1）所示。
　　①进出水闸门：用来防止黄浦江江水倒灌和泵站维修。
　　②集水池：地下管道的污水汇集在此集水池，集水池被不锈钢格栅分成内外区，污水由内区流经格栅除污后，到外区排入黄浦江中。集水池内外区边安装有超声波液位仪用来检测内外区水位和水位差。
　　③除污机：泵站装有钢丝绳牵引式格栅除污机2台，除污机用于把附于格栅上的垃圾和污物从集水池中提出来处理。
　　④变压器房：为保证泵站的可靠工作，泵站建有两座800KVA电力变压器。电力变压器安装有温度监控器监测三相温度，当温度超限能自动启动风机降温和报警。
　　⑤水泵房：塘桥泵站安装了六台180 kW的轴流水泵；在存水房装有水位检测器。
　　⑥控制柜房：房内装有进线柜2台（柜1，13）；功率因素补偿柜4台（柜2，3，11，12）；泵开关柜（柜4-6，8-10）和联接柜1台（柜7）。

2.2控制要求
　　以塘桥泵站为设施对象，进行整个泵站的自动化监控和管理的改造。
　　①改造泵站的水泵控制开关柜，使之具有就地和远程控制的功能。
　　②改造泵站的功率因素补偿柜，能实现就地自动补偿和远程电网监控。
　　③改造泵站的变压器房对于变压器A，B，C三相温度进行远程显示，高温报警等功能；
　　④建立泵站的控制室，对泵站实施三级控制，在控制室内设置自动化监控操作台和信号处理柜。
　　⑤采用SIEMENS的S7-300系列PLC，对整个泵站实现自动化监控 ，水泵将根据泵的状态 ，水位，雨量，电网状况，闸门位置等工况自动投切。
　　⑥通过对水位差的检测，提示或自动投切除污机。
　　⑦采用高性能的10英寸真彩LCD触摸式显示屏，对整个泵站进行动态监控管理，故障报警，工况记录和报表打印。
　　⑧预留通信接口，可通过电话线路或DDN网联网进行区域监控和数据传送。

3.硬件系统构成
　　根据以上要求，我们开发研制了下述这套塘桥泵站自动化监控系统。系统的结构见图2。 主要 的配置如下。

3．1 PLC配置
　　泵站自动化监控系统的PLC采用SIEMENS的S7-300系列。根据系统要求 ，PLC总体配置如下：
　　①中央处理模块（CPU）：选用CPU314，内存RAM扩展到64K。
　　②数字量输入模块（DI）：选用SM321,共8块（16点/块）。处理128点输入信号。
　　③数字量输出模块（DO）：选用SM322,4块为16点/块，4块为8点/块。处理96点输出信号。
　　④模拟量输入模块（AI）：选用SM331,共3块（8点/块）。处理24点输入信号。
　　⑤通信模块：选用CP340,共2块，1块为RS232接口，1块为RS485接口。
　　PLC采用了四个框架，在RTU信号柜内有三个，其中一个为备用扩展框架；另一个在操作台内，通过IM361扩展连接，这样简化了接线，大大地tigao可靠性。

3．2触摸屏配置
　　触摸屏采用了日本DIGTAL公司的570 HMI（当时SIEMENS还没有此类HMI）来 实 现上述要求。HMI是以RS232接口与PLC的CP340连接，采用SIEMENS的3964R的协议完 成 通信。

3．3电网监控配置
　　电网监控采用法国SOCOMEC公司的DIRIS M型的电量监控器，可检测三相四线制 的相电压，线电压，相电流，零线电流，有功无功功率，功率因素，频率及相应的大值。监控器以RS485接口采用MODBUS协议与PLC的CP340连接，传送电网监控数据。因为泵站是采用 双路电网进线，故应用了两套电量监控器，分别安装两侧进线柜上。
　　其他的装置的信号都是通过数字量或模拟量点出点入与PLC连接。

4．软件监控实现
　　塘桥泵站自动化监控系统的软件主要有两部分：PLC监控软件和触摸屏图控软件。 PLC监控 软件由几大模块组成。

4．1系统检测和故障处理模块
　　系统检测处理所有的输入信号，根据具体情况将作出不同响应。处理的信号有：六台泵电机的温度和振动；进出水闸门状态；存水房液位；防火防盗安全；两台电源变压器温度；雨量；四台功率因素补偿柜工况；电网工况（电压欠压和过压监控；三相电流过载监控；缺相监控；三相不平衡监控；功率过载监控；功率因素监控；电量累计）；污水池水位等。
　　系统故障分类为三级:一级故障定义为。当发生此类故障，将禁止所有控制输出。声光报警，记录打印，在显示屏上显示故障类型和解决方法。只有在排除故障，按人工复位键后系统恢复正常工作。二级故障定义为次级。当发生此类故障时将禁止故障点的控制输出，系统作自动调正继续当前操作。故障报警和恢复同一级故障。三级故障定义位低级。当发生此类故障时，仅声光预警，不中断当前操作。根据系统中产生的各种故障实施相关的故障声光报警和记录。此刻触摸式显示屏进入故障报警画面，显示故障内容，性质，地点，时刻和解决方案，并打印。

4．2除污机和排水泵的运行处理
　　泵站有两台除污机,系统对除污机的工况进行监控。故障信号置位，置二级故障报警，由
　　泵启动柜有六台与操作台相联进行控制。
　　①当故障信号置位，置二级故障报警，由
　　②根据信号状态点亮或熄灭有关指示灯。
　　③当泵开关柜上的选择开关选择远控，在操作台上可实施四种泵运行方式：手动方式；自动方式；预抽空方式；检修方式。
　　④在操作台上对每台泵设置有各自的状态指示灯；手动操作按纽和选择开关。
　　⑤单台泵的选择开关有四档：停止；检修；手动和自动。当设置手动档时可实施手动或预抽空操作。在自动档时则允许该泵进入系统自动运行组态。
　　⑥在系统操作上设置有三档的选择开关：停止；自动和预抽空。
　　⑦泵的启动和停止要延时依次投入和退出。
　　⑧泵的基本联锁条件：A.一级故障，电源故障禁止所有泵运行；B.泵电机故障，泵启动柜故障禁止对应泵运行；C.泵的不同运行要附合上述泵启动柜，操作台之间的正确设置；D.水位联锁。
　　⑨当满足上述不同联锁条件，泵可进入手动，检修,预抽空或自动运行。
　　⑩在泵自动运行时,要根据水位点和水位区来确定需运行的泵数；判断能投入自动组态的泵是否满足上述要求，如不满足，则故障报警；如可组态的泵多于所需投入运行的泵，则依据这些泵运行时间累计数小的泵投入运行。随着水位降低，逐步退出当前运行时间长的泵。

4．3数据处理和人机界面处理
　　①数据统计：泵启动柜交流接触器动作计数；泵运行时间累计；泵站排水量累计；降雨量累计；用电量累计。
　　②数据设置：水位值，水位差值和liuliang值设置；变压器的温度和瓦斯值设置；雨量值设置；泵电机的温度和震动值设置；电力参数设置；防盗有效与否设置。
　　③与触摸式显示屏的数据通信：触摸式显示屏采用工业级人机介面。主要完成下列任务：泵站运行监控；故障报警,记录和排除提示；参数设置；模拟键盘操作；数据记录处理；工艺曲线显示；工况模拟显示；泵站概貌显示。
　　④打印机打印处理：故障随机打印；运行状态打印；参数设置打印；工作报表打印；动态曲线打印；设备状态打印；数据统计打印；显示屏幕打印。

5．结语
　　塘桥泵站自动化监控系统自1998年改造至今已近两年，正常运行证明：整个系统设计合理 先进；操作简便；可靠性高；完全符合用户预期的要求，将推广应用至其他地区。

2.2控制要求
　　以塘桥泵站为设施对象，进行整个泵站的自动化监控和管理的改造。
　　①改造泵站的水泵控制开关柜，使之具有就地和远程控制的功能。
　　②改造泵站的功率因素补偿柜，能实现就地自动补偿和远程电网监控。
　　③改造泵站的变压器房对于变压器A，B，C三相温度进行远程显示，高温报警等功能；
　　④建立泵站的控制室，对泵站实施三级控制，在控制室内设置自动化监控操作台和信号处理柜。
　　⑤采用SIEMENS的S7-300系列PLC，对整个泵站实现自动化监控 ，水泵将根据泵的状态 ，水位，雨量，电网状况，闸门位置等工况自动投切。
　　⑥通过对水位差的检测，提示或自动投切除污机。
　　⑦采用高性能的10英寸真彩LCD触摸式显示屏，对整个泵站进行动态监控管理，故障报警，工况记录和报表打印。
　　⑧预留通信接口，可通过电话线路或DDN网联网进行区域监控和数据传送。

3.硬件系统构成
　　根据以上要求，我们开发研制了下述这套塘桥泵站自动化监控系统。系统的结构见图2。 主要 的配置如下。

3．1 PLC配置
　　泵站自动化监控系统的PLC采用SIEMENS的S7-300系列。根据系统要求 ，PLC总体配置如下：
　　①中央处理模块（CPU）：选用CPU314，内存RAM扩展到64K。
　　②数字量输入模块（DI）：选用SM321,共8块（16点/块）。处理128点输入信号。
　　③数字量输出模块（DO）：选用SM322,4块为16点/块，4块为8点/块。处理96点输出信号。
　　④模拟量输入模块（AI）：选用SM331,共3块（8点/块）。处理24点输入信号。
　　⑤通信模块：选用CP340,共2块，1块为RS232接口，1块为RS485接口。
　　PLC采用了四个框架，在RTU信号柜内有三个，其中一个为备用扩展框架；另一个在操作台内，通过IM361扩展连接，这样简化了接线，大大地tigao可靠性。

3．2触摸屏配置
　　触摸屏采用了日本DIGTAL公司的570 HMI（当时SIEMENS还没有此类HMI）来 实 现上述要求。HMI是以RS232接口与PLC的CP340连接，采用SIEMENS的3964R的协议完 成 通信。

3．3电网监控配置
　　电网监控采用法国SOCOMEC公司的DIRIS M型的电量监控器，可检测三相四线制 的相电压，线电压，相电流，零线电流，有功无功功率，功率因素，频率及相应的大值。监控器以RS485接口采用MODBUS协议与PLC的CP340连接，传送电网监控数据。因为泵站是采用 双路电网进线，故应用了两套电量监控器，分别安装两侧进线柜上。
　　其他的装置的信号都是通过数字量或模拟量点出点入与PLC连接。

4．软件监控实现
　　塘桥泵站自动化监控系统的软件主要有两部分：PLC监控软件和触摸屏图控软件。 PLC监控 软件由几大模块组成。

4．1系统检测和故障处理模块
　　系统检测处理所有的输入信号，根据具体情况将作出不同响应。处理的信号有：六台泵电机的温度和振动；进出水闸门状态；存水房液位；防火防盗安全；两台电源变压器温度；雨量；四台功率因素补偿柜工况；电网工况（电压欠压和过压监控；三相电流过载监控；缺相监控；三相不平衡监控；功率过载监控；功率因素监控；电量累计）；污水池水位等。
　　系统故障分类为三级:一级故障定义为。当发生此类故障，将禁止所有控制输出。声光报警，记录打印，在显示屏上显示故障类型和解决方法。只有在排除故障，按人工复位键后系统恢复正常工作。二级故障定义为次级。当发生此类故障时将禁止故障点的控制输出，系统作自动调正继续当前操作。故障报警和恢复同一级故障。三级故障定义位低级。当发生此类故障时，仅声光预警，不中断当前操作。根据系统中产生的各种故障实施相关的故障声光报警和记录。此刻触摸式显示屏进入故障报警画面，显示故障内容，性质，地点，时刻和解决方案，并打印。

4．2除污机和排水泵的运行处理
　　泵站有两台除污机,系统对除污机的工况进行监控。故障信号置位，置二级故障报警，由
　　泵启动柜有六台与操作台相联进行控制。
　　①当故障信号置位，置二级故障报警，由
　　②根据信号状态点亮或熄灭有关指示灯。
　　③当泵开关柜上的选择开关选择远控，在操作台上可实施四种泵运行方式：手动方式；自动方式；预抽空方式；检修方式。
　　④在操作台上对每台泵设置有各自的状态指示灯；手动操作按纽和选择开关。
　　⑤单台泵的选择开关有四档：停止；检修；手动和自动。当设置手动档时可实施手动或预抽空操作。在自动档时则允许该泵进入系统自动运行组态。
　　⑥在系统操作上设置有三档的选择开关：停止；自动和预抽空。
　　⑦泵的启动和停止要延时依次投入和退出。
　　⑧泵的基本联锁条件：A.一级故障，电源故障禁止所有泵运行；B.泵电机故障，泵启动柜故障禁止对应泵运行；C.泵的不同运行要附合上述泵启动柜，操作台之间的正确设置；D.水位联锁。
　　⑨当满足上述不同联锁条件，泵可进入手动，检修,预抽空或自动运行。
　　⑩在泵自动运行时,要根据水位点和水位区来确定需运行的泵数；判断能投入自动组态的泵是否满足上述要求，如不满足，则故障报警；如可组态的泵多于所需投入运行的泵，则依据这些泵运行时间累计数小的泵投入运行。随着水位降低，逐步退出当前运行时间长的泵。

4．3数据处理和人机界面处理
　　①数据统计：泵启动柜交流接触器动作计数；泵运行时间累计；泵站排水量累计；降雨量累计；用电量累计。
　　②数据设置：水位值，水位差值和liuliang值设置；变压器的温度和瓦斯值设置；雨量值设置；泵电机的温度和震动值设置；电力参数设置；防盗有效与否设置。
　　③与触摸式显示屏的数据通信：触摸式显示屏采用工业级人机介面。主要完成下列任务：泵站运行监控；故障报警,记录和排除提示；参数设置；模拟键盘操作；数据记录处理；工艺曲线显示；工况模拟显示；泵站概貌显示。
　　④打印机打印处理：故障随机打印；运行状态打印；参数设置打印；工作报表打印；动态曲线打印；设备状态打印；数据统计打印；显示屏幕打印。

1 引言
物流控制系统集现代物流技术、仓储技术、自动化技术于一体，是CIMS中的重要环节，在国外已经得到较广泛的应用，该技术也正在逐渐地应用于我国许多行业中。在美国、德国和日本，逐渐成为机械制造业中大的分枝之一。整个系统的主要设备有:全自动堆垛机、四自由度机械手、立体仓库、辊道输送机。

2 硬件组成
本系统共采用3台辊道输送机，其传动采用交流变频调速系统(分别由西门子420系列交流变频器控制)。每条辊道的前后皆装有光电传感器，其作用是确认控制对象(以小实心物块代替)的所在位置。当有物体通过时，传感器所连接的继电器瞬间收到脉冲信号，从而确认其位置。皮带设计为既可正转也可逆转，速度也分为高速及低速两档，在辊道中间我们还接入了各种传感器作为自动识别信息元件，如条码读入器、铁/非铁识别传感器、颜色识别传感器等。在物体传送过程中，物体的质地直接在铁/非铁识别传感器上显示，颜色识别也是直接显示，而读入的条码将输入至计算机或PLC中，作为物体区别于其他物体的代码存入物流信息系统。在此设计中，采用VB编写一段程序以实现条码信息与PC相连接。其中变频器是整个辊道控制中重要的环节。
2.1 变频器的控制方式及参数设定
变频器MICROMASTER420 是用于控制三相交流电动机速度的变频器，具有很高的运行可靠性和功能的多样性，其脉冲宽度调制的开关频率是可选的，因而降低了电动机运行的噪声，全面而完善的保护功能为变频器和电动机提供了良好的保护护特性。
性能特性:
l 磁通电流控制FCC改善了动态响应和电动机的控制特性
l 快速电流限制FCL功能实现正常状态下的无跳闸运行
l 内置的直流注入制动
l 复合制动功能改善了制动特性 l 多点V/f 特性
l 加速/减速斜坡特性具有可编程的平滑功能
l 具有比例积分PI控制功能的闭环控制　
其安装图如图1所示。

图1 系统连线图

(1) 用基本操作板BOP进行调试
利用基本操作面板BOP(如图2所示)可以改变变频器的各个参数，BOP具有7段显示的五位数字，可以显示参数的序号和数值报警和故障信息以及设定值和实际值参数的信息，不能用BOP存储。

图2 操作面板BOP外形

表1表示由BOP操作时的工厂缺省设置值。

表1 BOP操作时的工厂缺省设置值|

参数　 说明 缺省值
P0100 运行方式欧洲/北美 50 Hz kW 60Hz hp
P0307 功率(电动机额定值) kW Hp
P0310 电动机的额定频率 50 Hz (60Hz)
P0311 电动机的额定速度 1395(1680)rpm [决定于变量]
P1082 大电动机频率 50 Hz(60Hz)
控制方式(P1300)
MICROMASTER420变频器的所有控制方式都是基于V/f控制特性下面各种不同的控制关系适用于各种不同的应用对象:
l 线性V/f 控制 P1300=0，可用于可变转矩和恒定转矩的负载例如带式运输机和正排量泵类。
l 带磁通电流控制FCC的线性V/f控制P1300=1，这一控制方式可用于tigao电动机的效率和改善其动态响应特性。
l 抛物线平方V/f控制P1300=2，这一方式可用于可变转矩负载例如风机和水泵。
l 多点V/f控制P1300=3
(2) PLC控制系统
除了用面板控制外，也可以采用用PLC直接编程进行对辊道启停、正反转、及皮带转速的控制。用PLC控制辊道的接线图如图3所示。

图3 PLC与辊道的接线图

作者采用OMRON公司生产的C200HE型PLC，在这项设计中采用一个ID212直流输入单元模块，一个OD212晶体管输出单元模块和两个D/A模拟量输出模块。模拟输入信号源采用输入电压:0至10V，分别通过D/A模块的输出端接到变频器的3、4端子上控制辊道输送带的转速。具体软件编程见以下部分。
(3) 光电传感器
光电传感器是外部触发开关或者说是经过夹袭经过辐射来感应的开关，具体的说，光电传感器受激后由一透光元件变成不透光元件。它不但性能优越,而且非常容易安装,设定/调整, 操作和维护。它包括微小的电子元件，在简单的高质量监控应用场合, 能够通过它的模拟输出很快地刷新数据提交给PLC处理。当有物体通过时，利用光的反射性质产生信号通过控制柜送到PLC的输入模块，通过上位机编程来控制货物的运行。

3 软件部分
3.1 货物进出的控制流程
首先介绍一下要完成的进出货物控制的流程:当辊道1上的进货侧光电开关有信号的时候，自动开启辊道电源，选择自动手动开关，启动辊道1运行(选择正/反转，选择高/低速)。货物经过条码扫描传感器(选择辊道2时经过金属/非金属识别传感器和颜色识别器)时，将条码值(或金属/非金属识别信号，颜色识别信号)读入PLC，通过DP网络分别送到机械手控制﹑堆垛机控制PLC中，机械手和堆垛机根据条码信号(或金属/非金属识别信号，颜色识别信号)运行，完成货物的入库识别(或金属/非金属识别信号，颜色识别信号)定位操作。
下面以一个辊道为例介绍一下软件编程，表2是辊道1输送机部分高速运转情况下的I/O(输入/输出)表，其它辊道以及低速运转的控制与之相同。

用cx-programmer软件对此流程进程编程，程序如图4所示。

图4 辊道1输送机梯形图

4 结束语
本文以武汉大学物流控制系统实验装置为例，简要介绍了基于PLC控制网络的一种自动化立体仓库物流管理辊道部分的控制系统设计，整个物流系统现已投入使用，它对于网络信息时代企事业计算机集成制造过程以及网络销售领域等物流自动化系统的开发设计具有重要的参考价值。