西门子6ES7221-1EF22-0XA0原装库存

西门子6ES7221-1EF22-0XA0原装库存

1 原SCS系统存在的问题

    吴泾热电厂在20世纪90年代初投运的2台300MW火电机组，原SCS控制系统自投运起一直运用至今。该系统主要控制六大风机、空预器、给水泵、凝泵、真空泵、疏水系统等的相关连锁和保护功能。原系统采用MODICON-984系列的PLC系列的卡件，以双机热备组态CPU，由9个远程站、35个机架、2700余点I/O信号构建了该系统。经过十几年的运行，主要存在以下问题：

    （1）设备老化，设卡件性能不稳定。该系列控制卡件早已停产，品备件无法采购。

    （2）系统组态不合理。原控制系统采用单电源卡配远程站设置，并在该远程站下串接2～3个I/O机架，如果该远程站电源或通信出现故障，会导致该远程站及下带的I/O信号全部失去，后果非常严重。

    （3）原SCS-PLC控制系统与DCS通信方式为MB方式。由主通信卡件和备用通信卡件各引1路MB通信线至上位DCS侧通信卡件上。然而，当PLC侧CPU热备切换后，MB通信也随之切换，但上位DCS侧通信卡件仅在DCS通信卡件故障时才会切换，不会因为下位系统通信切换而切换。所以，实际工作情况是当PLC侧热备切换，上位DCS系统却无法跟随PLC侧MB通信切换而切换，造成通信中断。

    （4）编程软件为WIN98平台下的MODSOFT软件，已经无法适应现在常用操作软件的要求，备份非常不便。

图1 原SCS系统局部拓扑图

2 SCS系统的硬件升级改造

    原SCS系统采用MODICON 984系列CPU作为本地站，以P890、P810等电源通信模块和同轴电缆方式构建起9个远程站、35个机架、2700余点I/O信号。I/O模块都为标准的交流220V输入模块，直流24V输入输出模块，继电器输出模块等。所以，模块更新升级到QUANTUM系列，基本为一一对应的更替。本地站采用140CPU534配置，I/O模块采用140系列对应模块。由于QUANTUM系列主板大为16槽，原MODICOM 984系列主板大为10槽，通过合并一些原配置卡件较少的机架后，将原来35个机架降至29个机架，节省了不少安装空间。

3 SCS系统组态优化及电源冗余配置

    原SCS系统采用单电源卡配远程站设置，并在该远程站下串接2～3个I/OP机架。这种组态安全稳定性较差。一旦电源卡出现故障，可能导致该机架失电，以及同在一个串接回路中的2～3个I/O机架全部失电，这些机架上I/O卡件所带的I/O点全部失去，造成严重后果。我厂曾经因为SCS系统电源卡发生故障，造成重要辅机跳机，甚至发生MFT的事件。考虑到SCS系统在主控系统中的重要地位，此次升级改造将SCS系统进行组态优化及冗余电源的配置。

    组态优化是将原来2～3个串接连接的I/O机架各自独立组态为远程站，每一个机架出现电源通信故障都不影响其他机架的正常工作。另外，将远程站原单电源配置升级为QUENTUM系列冗余电源配置。当其中某一电源卡发生故障，冗余电源将独立为机架供电，并显示故障指示灯，提示维护人员更换电源卡。

4 解决SCS系统与上位DCS系统通信切换问题

    原SCS本地主站和热备站各有一条MB通信线与DCS主备MB通信卡相连。如果SCS出现主备切换，即原主站MB通信线切换到了热备站MB通信线，而上位DCS MB通信卡并没有因此而切换，造成SCS与DCS通信中断。通过此次升级改造，将原MB通信方式升级为MB+通信，主站和热备站MB+通信线通过MB+分支器合成一路送至DCS处，再由MB+分支器分为两路连接到DCS主备MB+通信卡上。由于SCS侧主备切换，MB+通信卡采用相同地址，DCS侧可将该地址组态于MB+通信协议中，无论SCS侧主备如何切换，DCS侧都能通过MB+分支器查找到SCS侧处于工作的PLC本地站与之通信。同样，如果DCS侧出现主备切换，也通过MB+分支器仍然保持与SS的通信联络。

5 SCS编程软件的升级及上位软件加装

    原SCS编程软件是20世纪80年代的产品MODSOFT。该产品为16位DOS下的应用软件，无法安装于现有32位的操作系统（如WINXP）中，备份仍使用3英寸磁盘，既不方便也不可靠。而且，MODSOFT只能作为LL984一种语言的编程工具，功能相对单一，编程器与PLC的通信方式为并不很稳定的MB通信方式，数据通信量较大的时候，速度显得比较慢。

图2 SCS升级后局部拓扑图

    通过升级，编程软件使用WINXP平台下CONCEPT。MODSOFT可直接通过转换工具向CONCEPT转换，无须重新编程，但个别功能块参数需重新设定。而且，CONCEPT支持TCP/IP通信，将原来编程器与PLC的MB通信改为TCP/IP通信，既提高了通信速度，又加强了通信的稳定性。

    在软件升级过程中，还加装了一套上位软件INTOUCH。一方面，在该上位软件中添加了相关设备的画面，使系统维护更加直观；另一方面，在该上位软件中添加了报表功能，将PLC中出现的状态信号顺序记录下来，便于分析。

6 结 语

    现今的控制系统种类繁多，升级更替的速度非常快。MODICON作为在电厂应用非常广泛的一种程序控制系统，近年来升级成QUANTUM、UNITY或者其他系列产品的工程屡见不鲜。通过此次SCS系统的升级，在更新了系统相应软硬件的同时，还加装了冗余电源的配置，解决了与上位DCS通信切换的问题，并安装了上位软件提供监视功能，提高了原系统的可靠性和监控功能。

1 引言
发动机装配线PLC控制系统，主要针对包括转台、举升台、举升转移台、翻转机五种工位的控制。在汽车发动机装配过程中，由于被装配零件的多样性，需要在装配线的每个工段适当调整发动机的方位以方便装配零件。装配线上共计20余个工位，包括7个普通转台、2个维修转台、4个无滚轮举升台、7个单向滚轮举升台以及2个翻转机。
整个被控对象包括22个工位,每个工位上包含必需的转移电机或举升电机,此外还有32个生产线传输电机。每个工位均由一个ET200S和一个ET200eco从站组成,用于该工位的I/O点数据采集和发送以及分散控制。
2 系统结构及功能
系统包括操作员站、工程师站、自动化系统、网络和现场I/O站等几个部分。
系统各部分功能:
操作员站:提供全汉化人机界面，实现控制系统的监控操作功能(操作、显示、报表、报警、趋势)，并且可以在人机界面上直接查看对应的step7源程序。
工程师站:用于系统的组态和维护。
自动化系统:使用SIMATIC控制器完成回路调节和逻辑运算。
现场I/O站:使用现场总线技术，在设备现场直接采集现场仪表的信号,控制现场的执行机构。
现场总线ProfiBus:用于连接控制单元与操作员站以及管理网络。
本系统采用PLC300CPU和CP342-5、CP343-1的接口模块相连构成系统的主站。CP342-5是用于连接S7-300和profibus-DP的主/从站接口模块，CP 343-1是用于连接S7-300和工业以太网的接口模块。在该控制系统中，除了上述主站外，从站是由22个ET200S和22个ET200eco组成，分别分布在两条profibus网络上。CPU上自带的profibus-DP接口构成profibusⅠ线，CP 342-5接口模块构成profibusⅡ线。
系统配置功能图如图1所示:

系统中ET200S从站上采用的IM151-1接口模块有两种: 基本型和标准型，基本型的接口模块所能挂接的电源管理模块和I/O模块个数范围为2"12个，标准型的接口模块其范围为2"63个。所以当从站I/O模块较多时，宜选用标准型的接口模块。接口模块上带有profibus地址设定拨码开关。
系统中ET200eco从站中选用了8DI和16DI两种模板，模板结构紧凑，模板的供电采用7/8’电源线，模板的通讯采用M12通讯接头。接线灵活而快速，方便拔插。其接口模块上带有2个旋转式编码开关用于profibus地址分配。
网络设备按照适应工业现场环境的程度，以及生产线的布局来考虑选用不同防护等级。控制箱中的模块采用防护等级为20的ET200S I/O模块，对应每个控制箱的还有一个防护等级为67的ET200eco模块，置于生产线滚轮下方，由于该模块需要接触到现场较为恶劣的生产环境，因此需要有防水防油防尘等功能。

3 目标控制系统
3.1 系统设计
汽车发动机装配线是一个对发动机顺序装配的流水线工艺过程。由于工艺的繁琐性，工程的计算机控制系统考虑采用分散控制和集中管理的分布式控制模式，采用以PLC为核心构成的计算机控制系统，各独立工位控制系统之间通过网络实现数据信息、资源共享。该装配线在整个生产过程中较为关键，由于每个工位之间是流水线生产，因此每个环节的控制都必须具备高可靠性和一定的灵敏度，才能保证生产的连续性和稳定性。从站中的每个ET200S站和其对应的ET200eco站共同构成一个工位, ET200eco主要是采集现场数据之用。ET200S站的模块置于小型控制箱内, 对于工位的基本操作有两种方式，就地控制箱手动方式和就地自动方式。由于每个控制工位的操作进度不一致，操作工可以按照装配要求进行手自动切换。特殊情况下亦可通过手动操作进行工件位置的修正。
安装在各工位的分布式I/O模块ET200S和ET200eco通过现场检测元件和传感器将系统主要的监控参数(主要是开关量)采集进来，ET200S和ET200eco将现场模拟量信号转换为高精度的数据量，通过高速度可达12M的Profibus-DP现场总线网络将采集数据上传到中央控制器，控制器根据具体工艺要求进行处理，再通过Profibus-DP网络将控制输出下传给ET200S，实现各工位的控制流程。PROFIBUS是全球应用广泛的过程现场总线系统。PROFIBUS有三种类型:FMS、DP和PA。PROFIBUS-FMS可用于通用自动化,ROFIBUS-DP用于制造业自动化,ROFIBUS-PA用于过程自动化。使用PROFIBUS过程现场总线技术可以使硬件、工程设计、安装调试和维修费用节省40%以上。PROFIBUS-DP的技术性能使它可以应用于工业自动化的一切领域，包括冶金、化工、环保、轻工、制药等领域。除了安装简单外，它有极高的传输速率，可达12Mbits/s，通讯距离可达到1000米，如果加入中继器可以将通讯距离延长到数十公里，具有多种网络拓扑结构(总线型、星型、环型)可供选择。在一个网段上多可连接Profibus-DP从站即ET200S或是ET200eco 32个。
整个控制系统根据工艺划分由转台、举升台、举升转移台、翻转机五种工位组成。各部分可独立完成各自的控制任务，并通过工业以太网实现和上位监控系统的连接，由上位系统实现各部分的协调控制。
装配I线工程PLC控制系统和网络通讯系统具有下列特点:
(1) 计算机集成自动化过程控制系统，分布式、高可靠性、高稳定性。
(2) 从站作为相对独立的系统分散控制各个工位的运行。
3.2 系统控制要点
(1) 该系统网络中一个主站CPU下两条profibus网络所带的从站有44个之多，在利用Simatic Manager编程软件进行硬件配置时，根据S7-300CPU中CPU31XC的地址分配的参数规范，对于数字量输入输出，其地址分配的参数范围为0.0"127.7。因此在进行硬件配置时, S7"300CPU自带的profibus-DP接口上的profibus I线上的模块数字量I/O地址一般规定在0.0"127.7的范围中,如有超出则采用间接寻址的方式来处理。profibus Ⅱ线上的模块的数字量I/O地址无论处在哪个范围中,都必须采用间接寻址方式。
(2) 关于接触器的硬件互锁。对于转台工位，转台有正转和反转两种工作状态，因此转台的回转电机需要有一个负荷开关和两个接触器一并来控制(而举升电机一般只需要一个负荷开关和对应的一个接触器即可进行控制)，接触器分正转接触器和反转接触器，输入端为380AV。正转接触器的三相电压A、B、C分别和反转接触器的C、B、A短接。如图2所示，当程序在执行过程中，若存在某些漏洞使得正转接触器和反转接触器的输出点同时置1时，则会出现正转接触器和反转接触器各自的A相和C相短接，造成接触器短路损坏，主电源开关跳闸。为了避免这种事故的发生，首先保证程序中不能出现两个接触器同时置1的情况，其次即是采用接触器上硬件互锁，如图2所示，点Q1、点Q2是输出控制点，Q1两端本应接在正向接触器的两个输入端子，同理， Q1两端本应接在正向接触器的两个输入端子，但是改接成如图所示。接触器上有自带的一个常开点和一个常闭点，互锁中只需用到常闭点，当输出点Q1闭合时，正向接触器上常闭点随之断开，则Q2输出点两端之间不可能形成回路，也就不会出现短路跳闸的事故。

(3) 该项目中涉及到的变量数目较多，根据现场情况随时可能有更改，为了便于管理，采取S7程序界面和Wincc人机界面共用一套变量。这样可以将建立变量的工作量减少一半，也将出错概率减少一半。先安装step7软件，之后自定义安装Wincc软件，将Wincc通讯组件安装完整。然后在step7软件中插入OS站，可点击右键打开并编辑Wincc项目。在Wincc项目中需要引用变量的位置进行变量选择，出现变量选择对话框，即可在step7项目变量表中选择需要的变量，从而保证人机界面和下位机所用变量的一致性。
3.3 系统控制功能
(1) 手自动回路的切换
在Wincc人机界面上可以很方便地知道每个工位的手自动状态，但是手自动状态的切换是在从站的控制箱面板上实现的。在自动状态下，工位的操作全由下位控制，可实现全自动控制机械的操作流程。在手动状态下，操作具有自保护功能，在某些机械操作动作下通过软件互锁可杜绝相应的危险动作的发生。
(2) 安全保护
上位监控系统设定了若干级操作密码，管理员和操作员分别有自己的操作权限，且操作员在进行操作时有必要的警告提示框和信息提示框出现。
(3) 查询源程序代码
当上位机画面显示某个工位出现故障时，可从画面直接点击按钮进入相应的下位机梯形图程序界面，即可迅速查找出故障的根本原因，节省了维修时间。
(4) 故障报警和报表打印
当设备出现故障时，报警框中会出现提示，并伴随有声音报警。操作员可根据需要打印与生产相关的报表信息。
4 结束语
西门子S7300 CPU通过两条profibus-DP网络连接若干ET200S和ET200eco从站构成的集中分散式控制系统已经在该发动机装配线成功投运，能够保证生产线连续稳定地生产，尤其在机械动作灵敏度上有较大提高，完全满足了用户的要求 。

简介：PLC常见的输入设备有按钮、行程开关、接近开关、转换开关、拨码器、各种传感器等，输出设备有继电器、接触器、电磁阀等。正确地连接输入和输出电路，是保证PLC安全可靠工作的前提。 1. PLC与主令电器类设备的 ...

PLC常见的输入设备有按钮、行程开关、接近开关、转换开关、拨码器、各种传感器等，输出设备有继电器、接触器、电磁阀等。正确地连接输入和输出电路，是保证PLC安全可靠工作的前提。

1.   PLC与主令电器类设备的连接

如图6-4所示是与按钮、行程开关、转换开关等主令电器类输入设备的接线示意图。图中的PLC为直流汇点式输入，即所有输入点共用一个公共端COM，同时COM端内带有DC24V电源。若是分组式输入，也可参照图6-4的方法进行分组连接

2.　旋转编码器是一种光电式旋转测量装置，它将被测的角位移直接转换成数字信号（高速脉冲信号）。因些可将旋转编码器的输出脉冲信号直接输入给PLC，利用PLC的高速计数器对其脉冲信号进行计数，以获得测量结果。不同型号的旋转编码器，其输出脉冲的相数也不同，有的旋转编码器输出A、B、Z三相脉冲，有的只有A、B相两相，简单的只有A相。

如图6-7所示是输出两相脉冲的旋转编码器与FX系列PLC的连接示意图。编码器有4条引线，其中2条是脉冲输出线，1条是COM端线，1条是电源线。编码器的电源可以是外接电源，也可直接使用PLC的DC24V电源。电源“-”端要与编码器的COM端连接，“+ ”与编码器的电源端连接。编码器的COM端与PLC输入COM端连接，A、B两相脉冲输出线直接与PLC的输入端连接，连接时要注意PLC输入的响应时间。有的旋转编码器还有一条屏蔽线，使用时要将屏蔽线接地。

　　3.　传感器的种类很多，其输出方式也各不相同。当采用接近开关、光电开关等两线式传感器时，由于传感器的漏电流较大，可能出现错误的输入信号而导致PLC的误动作，此时可在PLC输入端并联旁路电阻R，如图6-8所示。当漏电流不足lmA时可以不考虑其影响。

式中：I为传感器的漏电流（mA），UOFF为PLC输入电压低电平的上限值（V），RC为PLC的输入阻抗（KΩ），RC的值根据输入点不同有差异。

　　4.　如果PLC控制系统中的某些数据需要经常修改，可使用多位拨码开关与PLC连接，在PLC外部进行数据设定。如图6-5所示为一位拨码开关的示意图，一位拨码开关能输入一位十进制数的0～9，或一位十六进制数的0～F。

图6-5  一位拨码开关的示意图

如图6-6所示4位拨码开关组装在一起，把各位拨码开关的COM端连在一起，接在PLC输入侧的COM端子上。每位拨码开关的4条数据线按一定顺序接在PLC的4个输入点上。由图可见，使用拨码开关要占用许多PLC 输入点，所以不是十分必要的场合，一般不要采用这种方法。

5.　PLC与输出设备连接时，不同组（不同公共端）的输出点，其对应输出设备（负载）的电压类型、等级可以不同，但同组（相同公共端）的输出点，其电压类型和等级应该相同。要根据输出设备电压的类型和等级来决定是否分组连接。如图6-9所示以FX2N为例说明PLC与输出设备的连接方法。图中接法是输出设备具有相同电源的情况，所以各组的公共端连在一起，否则要分组连接。图中只画出Y0-Y7输出点与输出设备的连接，其它输出点的连接方法相似。

6.　PLC的输出端经常连接的是感性输出设备（感性负载），为了抑制感性电路断开时产生的电压使PLC内部输出元件造成损坏。因此当PLC与感性输出设备连接时，如果是直流感性负载，应在其两端并联续流二极管；如果是交流感性负载，应在其两端并联阻容吸收电路。如图6-10所示。

图中，续流二极管可选用额定电流为1A、额定电压大于电源电压的3倍；电阻值可取50~120Ω，电容值可取0.1~0.47μF，电容的额定电压应大于电源的峰值电压。接线时要注意续流二极管的极性。

7.　PLC可直接用开关量输出与七段LED显示器的连接，但如果PLC控制的是多位LED七段显示器，所需的输出点是很多的。

如图6-11所示电路中，采用具有锁存、译码、驱动功能的芯片CD4513驱动共阴极LED七段显示器，两只CD4513的数据输入端A～D共用PLC的4个输出瑞，其中A为低位，D为高位。LE是锁存使能输入端，在LE信号的上升沿将数据输入端输入的BCD数锁存在片内的寄存器中，并将该数译码后显示出来。如果输入的不是十进制数，显示器熄灭。LE为高电平时，显示的数不受数据输入信号的影响。显然，N个显示器占用的输出点数为P=4＋N。

如果PLC使用继电器输出模块，应在与CD4513相连的PLC各输出端接一下拉电阻，以避免在输出继电器的触点断开时CD4513的输入端悬空。PLC输出继电器的状态变化时，其触点可能抖动，因此应先送数据输出信号，待该信号稳定后，再用LE信号的上升沿将数据锁存进CD4513。