呼和浩特西门子PLC代理商

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西门子S7-300控制系统在煤气加压站中的应用

【摘 　 要】：本文根据工厂实际的运用介绍了西门子300系列PLC通过Profibus-DP总线在煤气加压站的应用。

1引言

近年来，随着我国自动化水平的提高，工厂自动化也上了一个新台阶。西门子S7-300系列PLC以其强大的逻辑运算和通信能力以及价格低廉，可靠性高等优点在国内各个行业得到了广泛的应用。本文根据工厂实际的运用介绍了西门子300系列PLC通过Profibus-DP总线在煤气加压站的应用。

2系统配置

　　该煤气加压站采用的是西门子S7-300控制系统，PLC与上位机之间采用的是工业以太网通信方式，以满足多数据的时时交换；PLC与变频器之间通过Profibus-DP总线，实现对变频器的起停，转速控制，PID调节以及变频器主要参数的监测。整个系统构架如图1所示。

图1 系统构架图

3功能实现

3.1变频器DP通信设置

加压机采用西门子G150系列变频器^[1]调速，在对变频器的控制和主要参数*上，每台变频器和PLC的数据交换大于4字节，为了保证数据的*性,在程序里面要调用SFC15给数
据打包，调用SFC14给数据解包；变频器作为DP从站的站地址参数设置如图2所示。

图2 DP站地址设置

 设置好DP从站的DP软件组态地址以后，在变频器的通信模块上的拨码开关也要对应拨上相同的站号，再设置变频器的通信I/O地址，如图3所示。

图3 从站I/O参数设置

3.2编程实现数据交换

S7-300PLC与变频器之间的数据交换，编程实现报文。

SFC14解开DP从站(变频器)的数据包并存放在DB80.DBB0~DB80.DBB35中，参数LADDR（W#16#118）为变频器的Inpout参数区起始地址，见图4。

图4 读取数据程序

SFC15给存放在DB80.DBB44~DB80.DBB47中数据打包发送给变频器，参数LADDR（W#16#108）为变频器的Output参数区起始地址，见图5。

图5 发送数据程序

程序块的主要参数说明见表1。

　　　　　　　表1 参数说明

3.3 PID调节

在加压机的自动调节中，加压机的转速会根据煤气出口的总管压力实现自动PID调节，并可实现手动和自动的无干扰切换。PID调节采用西门子自带的FB41功能块，pid的编程和手自动无干扰切换编程如下，PID的主要参数说明可以参考STEP7的帮助，FB41在周期性中断OB32-OB35组织快中调用。FB41的编程设置见图6和图7。

图6 PID程序

图7 手自动无干扰切换

4上位机功能

    上位机采用戴尔的商用计算机，采用普通网卡，2台上位机通过一个8*换机连接在一起，其中一台为工程师站（ES），一台为操作员站(OS),ES站具有画面组态和参数修改权限，OS站只有数据*和现场设备操作权限，监控软件采用西门子的wincc系列。

5结束语

本文结合实际工程经验阐述了S7-300控制系统和wincc监控软件在煤气加压站的运用，实现了煤气加压机的自动调节控制和生产数据的采集，*和记录，本系统一次试车成功，并投入运行。

作者简介

龙虹均男助理工程师，现就职与重庆韬瑞科技有限责任公司，从事自动化系统集成和智能安防系统工作。

6ES7 312-1AE13-0AB0 西门子CPU312,32K内存,
升级为6ES7312-1AE14-0AB0 
6ES7 312-5BE03-0AB0 西门子CPU312C,32K内存 10DI/6DO
升级为6ES7312-5BF04-0AB0 
6ES7 313-5BF03-0AB0 西门子CPU313C,64K内存 24DI/16DO / 4AI/2AO
升级为6ES7313-5BG04-0AB0 
6ES7 313-6BF03-0AB0 西门子CPU313C-2PTP,64K内存 16DI/16DO
升级为6ES7313-6BG04-0AB0 
6ES7 313-6CF03-0AB0 西门子CPU313C-2DP,64K内存 16DI/16DO
升级为6ES7313-6CG04-0AB0 
6ES7 314-1AG13-0AB0 西门子CPU314,96K内存,
升级为6ES7314-1AG14-0AB0 
6ES7 314-6BG03-0AB0 西门子CPU314C-2PTP 96K内存 24DI/16DO / 4AI/2AO
升级为6ES7314-6BH04-0AB0 
6ES7 314-6CG03-0AB0 西门子CPU314C-2DP 96K内存 24DI/16DO / 4AI/2AO
升级为6ES7314-6CH04-0AB0 
6ES7 315-2AG10-0AB0 西门子CPU315-2DP, 128K内存
升级为6ES7315-2AH14-0AB0 
6ES7 315-2EH13-0AB0 西门子CPU315-2 PN/DP, 256K内存
升级为6ES7315-2EH14-0AB0 
6ES7 317-2AJ10-0AB0 西门子CPU317-2DP,512K内存
升级为6ES7317-2AK14-0AB0 
6ES7 317-2EK13-0AB0 西门子CPU317-2 PN/DP,1MB内存
升级为6ES7317-2EK14-0AB0 
6ES7 318-3EL00-0AB0 西门子CPU319-3 PN/DP,1.4M内存
升级为6ES7318-3EL01-0AB0 
内存卡 
6ES7 953-8LF20-0AA0 西门子SIMATIC Micro内存卡 64kByte(MMC)
6ES7 953-8LG11-0AA0 西门子SIMATIC Micro内存卡128KByte(MMC)
6ES7 953-8LJ20-0AA0 西门子SIMATIC Micro内存卡512KByte(MMC)
6ES7 953-8LL20-0AA0 西门子SIMATIC Micro内存卡2MByte(MMC)
6ES7 953-8LM20-0AA0 西门子SIMATIC Micro内存卡4MByte(MMC)
6ES7 953-8LP20-0AA0 西门子SIMATIC Micro内存卡8MByte(MMC)
开关量模板 
6ES7 321-1BH02-0AA0 西门子SM321开入模块(16点,24VDC)
6ES7 321-1BH10-0AA0 西门子SM321开入模块(16点,24VDC)
6ES7 321-1BH50-0AA0 西门子SM321开入模块(16点,24VDC,源输入)
6ES7 321-1BL00-0AA0 西门子SM321开入模块(32点,24VDC)
6ES7 321-7BH01-0AB0 西门子SM321开入模块(16点,24VDC,诊断能力)
6ES7 321-1EL00-0AA0 西门子SM321开入模块(32点,120VAC)
6ES7 321-1FF01-0AA0 西门子SM321开入模块(8点,120/230VAC)
6ES7 321-1FF10-0AA0 西门子SM321开入模块(8点,120/230VAC)与公共电位单独连接
6ES7 321-1FH00-0AA0 西门子SM321开入模块(16点,120/230VAC)
6ES7 321-1CH00-0AA0 西门子SM321开入模块(16点,24/48VDC)
6ES7 321-1CH20-0AA0 西门子SM321开入模块(16点,48/125VDC)
6ES7 322-1BH01-0AA0 西门子SM322开出模块(16点,24VDC)
6ES7 322-1BH10-0AA0 西门子SM322开出模块(16点,24VDC)高速
6ES7 322-1CF00-0AA0 西门子SM322开出模块(8点,48-125VDC)
6ES7 322-8BF00-0AB0 西门子SM322开出模块(8点,24VDC)诊断能力
6ES7 322-5GH00-0AB0 西门子SM322开出模块(16点,24VDC,独立接点,故障保护)
6ES7 322-1BL00-0AA0 西门子SM322开出模块(32点,24VDC)
6ES7 322-1FL00-0AA0 西门子SM322开出模块(32点,120VAC/230VAC)
6ES7 322-1BF01-0AA0 西门子SM322开出模块(8点,24VDC,2A)
6ES7 322-1FF01-0AA0 西门子SM322开出模块(8点,120V/230VAC)
6ES7 322-5FF00-0AB0 西门子SM322开出模块(8点,120V/230VAC,独立接点)
6ES7 322-1HF01-0AA0 西门子SM322开出模块(8点,继电器,2A)
6ES7 322-1HF10-0AA0 西门子SM322开出模块(8点,继电器,5A,独立接点)
6ES7 322-1HH01-0AA0 西门子SM322开出模块(16点,继电器)
6ES7 322-5HF00-0AB0 西门子SM322开出模块(8点,继电器,5A,故障保护)
6ES7 322-1FH00-0AA0 西门子SM322开出模块(16点,120V/230VAC)
6ES7 323-1BH01-0AA0 西门子SM323模块8点输入,24VDC;8点输出,24VDC模块
6ES7 323-1BL00-0AA0 西门子SM323模块16点输入,24VDC;16点输出,24VDC模块
西门子S7-400 PLC系列相关型号及订货号如下:
电源模块 
6ES7 407-0DA02-0AA0 电源模块(4A)
6ES7 407-0KA02-0AA0 电源模块(10A)
6ES7 407-0KR02-0AA0 电源模块(10A)冗余
6ES7 407-0RA02-0AA0 电源模块(20A)
6ES7 405-0DA02-0AA0 电源模块(4A)
6ES7 405-0KA02-0AA0 电源模块(10A)
6ES7 405-0RA01-0AA0 电源模块(20A)
6ES7 971-0BA00 备用电池
CPU 
6ES7 412-3HJ14-0AB0 CPU 412-3H; 512KB程序内存/256KB数据内存
6ES7 414-4HM14-0AB0 CPU 414-4H; 冗余热备CPU 2.8 MB RAM
6ES7 417-4HT14-0AB0 CPU 417-4H; 冗余热备CPU 30 MB RAM
6ES7 400-0HR00-4AB0 412H 系统套件包括 2 个CPU、1个H型*机架、2个电源、2个1M 存储卡、4个同步模块、2根同步电缆,以及4个备用电池(PS407 10A)
6ES7 400-0HR50-4AB0 412H 系统套件包括 2 个CPU、1个H型*机架、2个电源、2个1M 存储卡、4个同步模块、2根同步电缆,以及4个备用电池(PS405 10A)
6ES7 412-1XJ05-0AB0 CPU412-1,144KB程序内存/144KB数据内存
6ES7 412-2XJ05-0AB0 CPU412-2,256KB程序内存/256KB数据内存
6ES7 414-2XK05-0AB0 CPU414-2,512KB程序内存/512KB数据内存
6ES7 414-3XM05-0AB0 CPU414-3,1.4M程序内存/1.4M数据内存 1个IF模板插槽
6ES7 414-3EM05-0AB0 CPU414-3PN/DP 1.4M程序内存/1.4M数据内存 1个IF模板插槽
6ES7 416-2XN05-0AB0 CPU416-2,2.8M程序内存/2.8M数据内存
6ES7 416-3XR05-0AB0 CPU416-3,5.6M程序内存/5.6M数据内存 1个IF模板插槽
6ES7 416-3ER05-0AB0 CPU416-3PN/DP 5.6M程序内存/5.6M数据内存 1个IF模板插槽
6ES7 416-2FN05-0AB0 CPU416F-2,2.8M程序内存/2.8M数据内存
6ES7 416-3FR05-0AB0 CPU416F-3PN/DP,5.6M程序内存/5.6M数据内存
6ES7 417-4XT05-0AB0 CPU417-4,15M程序内存/15M数据内存
模拟量模板 
6ES7 331-7KF02-0AB0 西门子SM331模拟量输入模块(8路,多种信号)
6ES7 331-7KB02-0AB0 西门子SM331模拟量输入模块(2路,多种信号)
6ES7 331-7NF00-0AB0 西门子SM331模拟量输入模块(8路,15位精度)
6ES7 331-7NF10-0AB0 西门子SM331模拟量输入模块(8路,15位精度)4通道模式
6ES7 331-7HF01-0AB0 西门子SM331模拟量输入模块(8路,14位精度,快速)
6ES7 331-1KF01-0AB0 西门子SM331模拟量输入模块(8路, 13位精度)
6ES7 331-7PF01-0AB0 西门子SM3318路模拟量输入,16位,热电阻
6ES7 331-7PF11-0AB0 西门子SM3318路模拟量输入,16位,热电偶
6ES7 332-5HD01-0AB0 西门子SM332模拟输出模块(4路) 
6ES7 332-5HB01-0AB0 西门子SM332模拟输出模块(2路) 
6ES7 332-5HF00-0AB0 西门子SM332模拟输出模块(8路) 
6ES7 332-7ND02-0AB0 西门子SM332模拟量输出模块(4路,15位精度)
6ES7 334-0KE00-0AB0 西门子SM334模拟量输入(4路RTD)/模拟量输出(2路)
6ES7 334-0CE01-0AA0 西门子SM334模拟量输入(4路)/模拟量输出(2路)
PLC作为新一代的工业控制器，由于具有通用性好、实用性强、硬件配套齐全、编程简单易学等优点，因而广泛应用于电力、机械、纺织、电子、交通运输、石油化工等行业的自动控制系统中。PLC是专门为工业控制设计的，在设计和制造过程中采取了多层次的抗干扰措施，使系统能在恶劣的工业环境下与强电设备一起工作，运行的稳定性和可靠性很高。PLC整机的平均*时间可达几十万小时。

　　PLC作为新一代的工业控制器，由于具有通用性好、实用性强、硬件配套齐全、编程简单易学等优点，因而广泛应用于电力、机械、纺织、电子、交通运输、石油化工等行业的自动控制系统中。PLC是专门为工业控制设计的，在设计和制造过程中采取了多层次的抗干扰措施，使系统能在恶劣的工业环境下与强电设备一起工作，运行的稳定性和可靠性很高。PLC整机的平均*时间可达几十万小时。

　　随着相关技术的发展，PLC的功能也越来越强，使用越来越方便。但是，整机的可靠性高只是保证系统可靠工作的前提，在设计和安装PLC系统的过程中还要采取相应的措施，才能保证系统可靠工作。如果PLC的工作环境过于恶劣，如温度过高、湿度过大、振动和冲击过强，以及电磁干扰严重或安装使用不当等，都会直接影响PLC的正常、安全和可靠运行。如果外围电路的抗干扰措施不当，整个控制系统的可靠性就大大降低。因此，在系统设计时应予以充分的考虑，在硬件上进行适当的配置，并辅以相应的软件，以实现系统故障的防范。PLC控制系统的可靠性直接影响到企业的安全生产和经济运行，系统的抗*力是整个系统可靠运行的关键。因此，分析研究PLC应用中的可靠性和抗干扰技术是十分必要的。要提高PLC控制系统的可靠性，既要在硬件上采取措施，又要在软件上设计相应的保护程序。

　　1.PLC控制系统中的干扰源

　　PLC系统的干扰源根据其来源分为内部干扰源和外部干扰源两类，一般主要包括以下几个方面。

　　（1）来自电气控制柜设备内部的干扰

　　①来自PLC系统内部的干扰，主要由PLC系统内部元器件及电路间的电磁辐射产生，如逻辑电路相互辐射及其对模拟电路的影响，数字地、模拟地和系统地处理不当而相互影响，以及元器件间的相互不匹配使用等。这属于PLC制造商对系统内部进行电磁兼容设计的内容，作为使用者是无法改变的。

　　②电气控制柜中使用诸如大功率变频器和交流接触器等容易产生干扰的器件。此类干扰有电路参数和工作点选择不当而引起的震荡或波形畸变、快速上升的脉冲源以及在信号传送时阻抗的不匹配、器件的物理噪声（如元件热噪声、触点热电势等）。

　　③由于元器件布局不合理造成的内部信号相互串扰。如线路中存在的电容性元件引起的寄生振荡以及由于电路逻辑设计和系统电气设计不合理所产生的干扰。

　　（2）来自电气控制柜外部的干扰

　　①来自电源的干扰。由于PLC系统的正常供电电源均由电网供电，因电源引入的干扰造成PLC控制系统故障的情况很多，如高压断路器、隔离开关、大容量变压器等的影响，大型电力设备起停和交直流传动装置引起的谐波，各种电气设备（电动机、空气开关等）、电焊机及电力系统的短路故障等，都通过输电线路传到电源原边。PLC电源通常采用隔离电源，但制造工艺等因素使其隔离性并不理想。由于分布电容的存在，隔离是不可能的。

　　②来自信号线引入的干扰。与PLC控制系统连接的各类信号线除了传送各类有效的信息之外，还会受到空间电磁辐射感应的干扰，即信号线上的外部感应干扰。这类干扰信号会引起PLC的I/O信号工作异常。

　　③来自接地系统的干扰。由地线侵入的静电耦合或电磁耦合可对系统产生干扰。在PLC控制系统中，由于各个接地点电位分布不均，不同接地点间存在地电位差，引起地环路电流，形成共模噪声，影响系统正常工作。此外，屏蔽层、接地线和大地有可能构成闭合环路，在变化磁场的作用下，屏蔽层内会出现感应电流，通过屏蔽层与芯线之间的耦合干扰信号回路。若系统地与其他接地处理混乱，所产生的地环流就可能在地线上产生不等电位分布，影响PLC内逻辑电路和模拟电路的正常工作。正确的接地既能抑制电磁干扰的影响，又能抑制设备向外发出干扰。错误的接地不仅会引入干扰信号，接地线本身还会成为天线向外辐射噪声，干扰PLC控制系统的正常工作。

　　④按钮、继电器等工作时触点间产生的电弧、静电产生的火花放电、外界的高频加热器、高频淬火设备、杂乱的无线电波信号等带来的干扰等。

　　（3）其他干扰

　　①雷击造成的过电压和过电流。

　　②温度变化引起的接触电阻的变化。

　　③机械振动。

　　2.干扰途径

　　PLC控制系统受到干扰的主要途径有电源线、输入/输出线和空间传播等。电源受干扰后，PLC控制系统的供电质量变差，会引起PLC控制失灵。输入/输出线受干扰后，会出现输入/输出控制紊乱。空中干扰主要以电磁感应和静电感应形式使PLC的CPU出现误操作。

　　3.PLC控制系统中的抗干扰措施

　　PLC控制系统的可靠性设计在系统设计中占有重要地位，在实际设计中，应根据应用系统的具体特点和应用环境的具体条件，灵活地选择行之有效的可靠性设计技术和抗干扰措施，全面、合理地考虑系统的软件和硬件设计，从总体上提高系统的抗*力和可靠性。

　　PLC控制系统中的干扰是一个十分复杂的问题，因此在抗干扰设计中应综合考虑各方面的因素，合理有效地抑制干扰，对有些干扰情况还需做具体分析。在实际开发过程中，应充分考虑到对PLC的各种不利因素，在硬件、软件的设计和安装中采取适当的保护措施，才能保证控制系统安全、可靠地运行。

　　要提高PLC控制系统的可靠性，针对干扰产生的原因，必须从设计阶段就采取相应的抑制措施，常见的措施有提高装置和系统的抗*力、抑制干扰源、切断或衰减电磁干扰的传播途径等，基本的抗干扰措施如表1所示。