西门子模块6ES7223-1PH22-0XA8使用选型

西门子模块6ES7223-1PH22-0XA8使用选型

江南某机械制造集团是中国锻压设备制造的企业，每年生产各种型号的锻压设备数千台套，产品除供应外还远销欧洲、东南亚和南美等地区。其主力机型机械压力机长期采用进口品牌的PLC和HMI作控制和显示。该公司技术人员在步科公司举办的产品研讨会上接触了Kinco PLC和eView人机界面产品，与步科公司初步沟通后，认为步科的产品完全可以替代进口产品，邀请步科公司参观该厂，并希望拿出替换的技术方案。 　　

厂区一角

　　步科公司对此非常重视，成立了由市场、研发、技术支持人员组成的专门小组。通过对该设备工艺的分析，步科公司提出了将PLC、HMI和LED显示盘集成在一起的设计方案，为方便操作，面板上还设计了操作按钮和指示灯。面板布局由美工设计。　

操作面板

    根据工艺要求，PLC选型为CPU308-40AR/PM323-16DR，共计56点。HMI选型为MT4200T，以64K色真彩替代原来的单色显示，画面清晰逼真，是控制面板上的亮点。

    PLC是整个系统控制器的核心，它除了完成与HMI的交互，实时向用户传递系统信息、征求用户意见等功能外，还要维持锻压机能够安全高效的工作。Kinco PLC的模具卡扣结构和万可端子尤其适合抗震动的环境。高速计数采用A/B相+Z相模式，大大提高了抗干扰性，实际工作时计数准确。

主操作画面

　　PLC控制流程如下：

　　（1） 主马达启动和停止

　　（2） 操作模式选择： 寸动，安全一行程，连续

　　（3） 手动滑块调整

　　（4） 超负荷系统

　　（5） 吹料系统

　　（6） 电动黄油

　　（7） 计数控制系统

　　（8） 凸轮控制系统

　　（9） 保养寿命计数系统

　　（10） 误送系统　

 整机外观

    PLC和HMI的CE认证为系统整体抗干扰性提供了保证。经调试后，步科公司的产品应用在80吨和160吨两个机型上完全能够满足控制要求，在易操作性等方面超过了国外系统，该型号机型在展览会上得到了用户的认可。

     首钢矿业公司烧结厂始建于1990年，一、二期共6台烧结机，先后于92年投产，此项目是为首钢高炉生产炼铁的主要原料基地，投产后，各项经济指标一直在国内处于的地位，也是国内较大的烧结厂，同时也是首钢迁安基地的生产烧结原料的重要基地，在当初设计时，其控制系统采用西门子S5-135U可编程控制器，称重系统采用国内生产的称重变送器。系统中共设计料斗称42台，配料称42套。由于当时系统和设备技术水平的限制，称重系统一直存在着很多问题，如：称重变送器原，系统标定繁锁，信号不稳定，抗干扰能力弱，精度不高，备品备件成本也较高。经过我们和厂家探讨，决定对自控及称重系统进行升级改造，由我们进行系统设计，成套供货。自控系统我们选择西门子S7-400 PLC，料斗称称重系统选择Siwarex U，皮带秤选择BW500，Siwarex U称重模块替代原来的称重变送器，改变传统的称重方式 把SIWAREX U 称重模块置于ET200M中 取得了很多的效果，原来系统中称重的问题基本上都得到了解决。

称重系统改造后有如下优点 ：

 1. 系统称量精度比较高可达0.5%

2. 利ET200M，使其为远程I/O，节省电缆，降低成本

3. 秤系统校验方便，可在现场，也可上位监视系统上校验，非常方便

4. 更换模块方便，只需将原来程序下载即可，无需重新标定模块

5. 抗干扰能力强，信号处理方便，其信号直接通过S7-bus给CPU

6. 称重数据交换方便迅速。

    由于Siwarex U在烧结厂称重与配料系统中很多的应用，在首钢矿业公司球团厂的改造中也被用户所接受并应用，也取得了很多的效果，同时西门子动态称重的仪表BW500也在系统中被采用。

     西门子Siwarex U称重模块以其优越性能，先进的技术在首钢矿业公司得到了广泛的应用和认可，在今后的改造中，他们将陆续的进行应用。同时我们公司也非常有信心将Siwarex U称重模块应用于其它相关的市场中。

应用S7-200PLC升级过后的变电站站用配电盘（智能配电屏），改变了以前电能数据采集麻烦、运行方式单一、必须现场手动操作等问题，现在除了保留必须的手动操作方式外，根据运行方式PLC能控制ATS开关任意切换在电源I或II上运行，当运行电源进线失压时，另一电源进线能可靠自投或恢复，同时可进行远程操作，解决了目前ATS产品控制投切不准确，操作方式单一和远程控制的问题。改造以前的配电盘上有着各种电能仪表，现在只需一块多功能仪表就能完成电压、电流、频率、有功功率、无功功率等各种电能参数的监测、采集和数据分析，还有谐波分析、模拟量和报警输出等功能。站用配电屏还能监控每一馈电回路的电流和工作状态，整个配电盘的任何一个动作、操作和故障报警都及时显示并储存在TP270上，通过MODBUS总线可以把这些数据传到附近的控制中心，也可以通过以太网将数据传到数公里之外的调度中心，以便于进行更好的运行维护和管理。

在设计过程中大的问题就是如何将智能仪表的数据通过S7-200PLC读到TP270上。本系统中的智能仪表用的是MODBUS_RUT协议，只能做从站使用，也就是说S7-200PLC必须做主站去读取仪表的数据，在现行的资料中只有S7--200PLC做MODBUS从站的资料，要S7-200PLC做主站就只有自己编写用自由口做MODBUS主站的程序，由于仪表提供的数据较多且数据地址分散，再加上要求每秒shua新一次，还要做数据的CRC校验，编写这样的通讯程序是有一定难度的，如果逐一地址的编写程序，那么程序就会过长，会影响总循环时间，不但做不到1秒钟shua新一次，可能还会引起端口发送、接收冲突和CRC校验出错，经过反复的研究实验，后在程序中采用了用计数器来轮询地址的方法，从而减少了程序量和总循环时间。部分程序如下：（OB1主要功能为初始化端口为自由口，初始化发送和接收的数据格式，设定轮询时间，轮询和中断连接；SBR5和SBR6做发送和接收数据的CRC校验，CRC检验主要通过字节异或循环，移位循环和公式异或做发送数据的CRC校验；中断1为接收数据；中断2对接收CRC校验结果验证）

公用及开关站现地控制单元配置JNLCS-200一套，编号为5#LCU，配置西门子PLC模块、温度采集模块、CM-320B多对象微机准同期装置、交流量智能变送器、西门子K-TP178micro触摸屏、开出继电器、交流采样装置等相关器件。主要对全厂公用的油、气、水辅助系统，厂用交流电源系统，直流电源系统及开关站等监控对象的数据采集及实时控制。

根据系统要求，PLC配置如下：

①  中央处理模块（CPU）：选用CPU226（24点DI/16点DO）。

②  数字量输入模块（DI）：选用EM221，共2块（16点DI/块）。

③  数字量输入输出模块（DI/DO）：选用EM223，1块（16点DI/16点DO）。

④       温度量输入模块（RTD）：选用EM231，共2块（8点/块）

⑤  模拟量输入模块（AI）：选用EM231，1块（4点AI）。

⑥  PROFIBUS-DP接口模块：EM277，1块。

⑦       PROFIBUS-DP网络连接器1个。

2.3现地控制单元系统实现的功能：

2.3.1数据采集与处理

收集电厂内机组现地控制单元（LCU）采集的模拟量、数字量（包括状态量、顺序事件数字量、脉冲量、报警数字量）。

对采集来的数据进行分析、处理、计算，形成主站各种监控及管理功能所需的数据。

对一些数据作为历史数据予以记录、整理和保存。

2.3.2安全运行监视

安全运行监视包括全厂运行实时监视及参数在线修改、状变监视、越限检查、过程监视、趋势分析和监控系统异常监视。

2.3.3控制与调节

机组现地控制单元能自动完成开、停机操作和有功、无功功率的调节，而不需依赖于电站控制中心。在接受电站控制中心命令后，工况转换及调节能自动完成，也能分步自动完成。机组现地控制单元也能执行现地人机接口发出的现场命令。

机旁设控制权切换开关（上行信息不受切换开关位置影响）。开关置于“中控室”时，则机组仅受控于电站控制中心，置于“现地”时则仅可由运行人员通过现地控制单元对机组进行控制。

机组控制单元顺序控制

机组同步并网

机组辅助设备的自动控制、监视

①       事件检测和发送

自动检测本单元所属的设备、继电保护和自动装置的动作情况，当发生状变时，将事件的性质依次检测、归类存档，并上送电站控制中心。

2.3.4数据通信

完成与电站控制中心的数据交换，实时上送电站控制中心所需的过程信息，接收电站控制中心的控制和调节命令。

机组现地控制单元接收电站控制中心所用的同步时钟信息以保持同电站控制中心同步。

与电能计量装置及其他承包商提供的微机励磁调节器、微机调速器、微机继保装置、微机测速装置、温度巡检装置等之间通信，进行信息交换，提供接口软件。

2.3.5系统诊断

机组现地控制单元硬件故障诊断：可在线或离线自检设备的故障，故障诊断能定位到模块。

软件故障诊断：应用软件运行时，若遇故障能自动给出故障性质及部位，并提供相应的软件诊断工具。

在线运行时，当诊断出故障，能自动闭锁控制出口或切换到备用系统，并将故障信息上送电站控制中心以便显示、打印和报警。

系统配备上位机一台，该机还兼做语音报jingfu务器。

2.4上位机配置

①  服务器 (DELL P4 2.8G处理器、512MB内存、80GB的硬盘)。

②  彩色显示器 (DELL 21寸彩色显示器)。

③       语音报警设备 (多媒体声卡、音箱)。

④       CP5611网卡

⑤  SIMATIC NET 6.0。

⑥  WINCC 5.1。

上位机监控系统采用西门子WinCC人机接口软件，该软件可以很好的支持S7系列CPU，且具有强大的画面组态、报警设置、数据存档、报表设计等功能。此外还集成了多种网络连接方式，使其与自动化系统连接起来更加方便。

2.5上位机监控系统实现的功能：

2.5.1数据采集与处理；

主控级自动采集和处理各现地控制单元的各类实时数据和处理电站设备的运行参数，采集的数据及处理量主要有以下几种：

①  电气量：主控级收集由现地控制单元采集的各电气量：

②  模拟量

温度：机组上导、下导、水导、推力轴承的瓦温、油温、冷却水温、转子线圈、定子线圈和铁芯的温度及变压器油温等。

③  数字量：各现地控制单元将采集到的数字量上送主控级进行处理或现地处理

④  脉冲量：各现地控制单元对采集到的脉冲量进行累计，换算成相应的电度量后，上送主控级进行全厂日、月、年发电量累加处理。

⑤  数据压缩精简：对实时数据和历史数据按要求进行筛选整理，去掉无用的数据后，将“压缩”了的数据存入数据库。

2.5.2安全运行监视；

①  全厂运行实时监视及参数在线修改：运行值班人员通过显示器对全厂各主设备及辅助设备的运行状态进行实时监视控制及在线修改参数。对职责不同的各级运行人员，其操作权限的内容也各不相同。对监控系统监控的所有设备，具有一定操作权限的运行值班人员能在线修改运行参数。

②  状变监视：状变分成两类。一类为自动状变即自动控制或保护装置动作所导致的状变，如断路器事故跳闸，机组的自动起动等，另一类为受控状变，即由来自人工控制的命令所引起的状变。发生这两种状变时，均可在显示器上显示。状变量以数字量形式采入。

③  越限检查：检查设备异常状态并发出报警，异常状态信号在显示器上显示并记录。

④  过程监视：监视机组各种运行工况（发电、调相、停机）的转换过程所经历的各主要操作步骤，并在显示器上显示；当发生过程阻滞时，在显示器上给出阻滞原因，并由机组现地控制单元将机组转换到安全状态或停机。

⑤  趋势分析：分析机组运行参数的变化，及时发现故障征兆，提高机组运行的安全性。

⑥  间歇运行的辅助设备的运行监视和分析：监视机组及电站各间歇运行的辅助设备（如压油泵、技术供水泵、空压机等）起动次数、运行时间和间歇时间。在机组及电站不同运行方式下，其起动及运行间隔有一定的规律，通过分析这些规律的变化情况，监视间歇运行设备及其对应的主设备是否异常。

⑦  监控系统异常监视：监控系统的硬件或软件发生事故则立即发出报警信号，并在显示器及打印机上显示记录，指示故障部位。

2.5.3实时控制和调整；

2.5.4监视、记录、报告；

在中控室装有彩色显示器，用于显示电站的运行情况。全厂所有监控对象的操作、报警事件及实时参数报表等可记录下来，并能以中文格式在显示器上显示，在打印机上打印。打印记录分为定时打印记录、事故故障打印记录、操作打印记录及召唤打印记录等工作方式。

2.5.5事件顺序记录；

在电站发生事故时，由各现地控制单元采集继电保护、自动装置及电站主设备的状态量，并上送电站控制中心，完成事件顺序排列，显示、打印和存档。每个事件的记录和打印包括点名称、状变描述和时标，记录的分辨率不大于5ms。

2.5.6事故追忆和相关量记录；

记录在事故发生前5s和后20s时间里重要实时参数的变化情况。追忆量包括35kV线路的有功及无功功率，三相电流，35kV线路电压及频率、机组线电压、三相电流和有功、无功功率等。采样周期为1s。追忆量除了打印外还可以用曲线在显示器上显示。

相关量记录：自动记录与事故、故障有关的参数。

当机组某一参数越限时，监控系统同时显示打印其相关参数的对应数值。

2.5.7正常操作指导和事故处理操作指导；

①  正常操作：操作顺序提示，能根据当前的运行状态判断设备是否允许操作并给出相应的标志，如操作是不允许的，则提示其闭锁原因并尽可能提出相应的处理办法；操作piao编辑、显示、打印；运行报表显示、打印等。

②  事故处理：在出现故障征兆或发生事故时，由监控系统提出事故处理和恢复运行的指导性意见。

2.5.8数据通讯；

①  与地调、水情测报等系统的通信。

②  与各现地控制单元通信，向各现地控制单元发送指令，并接收各现地控制单元上送的各种信息。

2.5.9屏幕显示；

画面显示是计算机监控系统的主要功能之一，画面调用将允许以自动或召唤方式实现。自动方式是指当有事故发生时或进行某些操作时有关画面能够自动推出，召唤方式则指操作某些功能键或以菜单方式调用所需画面。画面种类包括各种系统图、棒形图、曲线、表格、提示语句等。画面清晰稳定、构图合理、shua新速度快且操作简单。

2.5.10电站设备运行维护管理；

积累电站运行数据，为提高电站运行、维护水平提供依据。

2.5.11系统诊断；

电站控制中心系统设备如工作站、通讯网络、主站外设等设备的故障自诊断，故障时发出信号，并将结果记录和打印。

2.5.12软件开发；

离线进行系统软件的开发与编辑，包括画面、报表、数据库等的编辑，从而实现对系统的管理、维护与升级。

2.5.13仿真培训；

上位机系统可具备培训仿真功能，使用户技术人员能够全面掌握系统功能及原理。