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西門子CPU模塊6ES7216-2AD23-0XB8

在電廠化學(xué)水處理系統(tǒng)中西門子PLC與工控機(jī)的應(yīng)用 

  1,、系統(tǒng)組成 

    某電廠化學(xué)水處理系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)備具有良好的可控性，利用PLC和工業(yè)控制計算機(jī)對其進(jìn)行實時監(jiān)控管理 

    采用3臺西門子公司的SIMATICS5—115U可編程序控制器控制現(xiàn)場的一次設(shè)備,，程控系統(tǒng)分為3套,，依次為＃1補給水處理單元、＃2補給水處理單元,、＃3凝結(jié)水處理單元,。 

    操作員站選用兩臺研華586工控機(jī),，軟件開發(fā)平臺選用美國Inbbblution公司的FIX5.5組態(tài)軟件。FIX5.5是一種能完成數(shù)據(jù)采集及控制,、報警,、圖形數(shù)據(jù)顯示等功能的完整工業(yè)自動化軟件，該版本在bbbbbbS或bbbbbbSNT環(huán)境下運行,，采用了圖形用戶界面,，相應(yīng)其內(nèi)部的圖形處理是基于第三代圖形技術(shù)。 

    數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)采用SINECL2網(wǎng),，它把SIMATIC系列可編程序控制器以及工控機(jī)連成網(wǎng)絡(luò),。SNECL2是令牌總線網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)是雙絞線或光纜,。每個節(jié)點通過總線連接器連到總線網(wǎng)上,，在本系統(tǒng)中，三臺PLC之間以及與兩臺工控機(jī)之間都實現(xiàn)了數(shù)據(jù)通訊,。 

    該方案配置體現(xiàn)了分散控制系統(tǒng)的優(yōu)點,，即控制功能分散，操作管理集中,?？刂乒δ芊稚⒁馕吨到y(tǒng)實時響應(yīng)快和系統(tǒng)危險分散，操作管理集中便于集中管理,，方案配置還具有冗余特性,。

    2、PLC及其程序設(shè)計 

    2.1SIMATICS5-115U硬件組成及編程概要 

    可編程序控制器SIMATICS5-115U采用標(biāo)準(zhǔn)的模塊式結(jié)構(gòu),，電源,、CPU、各種I/O模件都插在一塊母板上,，并可以根據(jù)不同的I/O點數(shù)增加擴(kuò)展母板,，輸入、輸出模件和存儲器的精細(xì)分級,，使得這種裝置具有較強(qiáng)的配置適應(yīng)能力,；通過通訊處理器和局部網(wǎng)，可方便地實現(xiàn)PLC之間及與計算機(jī)的通訊,。 

    SIMATICS5-115U的編程語言是STEP5,，有3種表達(dá)方法，即控制系統(tǒng)流程圖CSF,，梯形圖LAD和語句表STL,。其中語句表STL于機(jī)器內(nèi)部的控制程序，功能也比前兩種方法豐富得多,，因此在本系統(tǒng)實際編程應(yīng)用中全部采用語句表STL,。 

    STEP5的最大特點是采用了結(jié)構(gòu)化編程方法,，并提供大量標(biāo)準(zhǔn)功能塊如乘法功能塊FB242、通訊功能塊FB244等,，使得編程工作大大簡化,，而且所編程序條理清晰，易于讀懂,、修改和測試,，這一優(yōu)點尤其在編制大型復(fù)雜程序時更能顯現(xiàn)出來。 

    要完成復(fù)雜任務(wù),，可以把整個程序分成一個個獨立的程序塊,，STEP5有5種塊類型，即組織塊（OB）,、程序塊（PB）,、順序塊（SB）、功能塊（FB）和數(shù)據(jù)塊（DB）,，其中組織塊（OB）用以管理用戶程序,，形成了操作系統(tǒng)和控制程序之間的接口，所有其它類型塊在此被調(diào)用執(zhí)行,。功能塊（FB）用于實現(xiàn)反復(fù)調(diào)用或者特別復(fù)雜的程序功能，這些功能塊可以是系統(tǒng)以標(biāo)準(zhǔn)功能塊的形式提供的,，也可以由用戶自己編制,。例如標(biāo)準(zhǔn)功能塊FB242就可以實現(xiàn)16位二進(jìn)制乘法功能、FB244可以實現(xiàn)CPU與通訊處理器之間的數(shù)據(jù)傳送,，用到這些功能時可以直接調(diào)用這些功能塊,。 

    2.2SIMATICS5-115U大型程序的設(shè)計 

    以本系統(tǒng)＃1補給水處理單元的控制程序為例，在組織塊OB1內(nèi)主要有下面幾條語句,，完成各功能塊的無條件調(diào)用,。 

    JUFB1（定義PLC1向兩臺工控機(jī)傳送的數(shù)據(jù)） 

    JUFB2（定義兩臺工控機(jī)向PLC1傳送的數(shù)據(jù)） 

    JUFB231（完成PLC1與兩臺工控機(jī)之間通訊的基本設(shè)置） 

    JUFB232（完成PLC1與PLC2、PLC3之間通訊的基本設(shè)置） 

    JUFB4（實現(xiàn)自動控制及無擾切換功能） 

    JUFB3（氣動門及電動門控制） 

    JUFB10（實現(xiàn)模擬量處理功能） 

    JUFB11（報警處理） 

    在FB1,、FB2內(nèi)主要將需要通訊的數(shù)據(jù)分別寫入某數(shù)據(jù)塊如DB10的相應(yīng)位,，由此才能與通訊處理器中的變量取得一致。在FB231中調(diào)用兩個STEP5本身提供的標(biāo)準(zhǔn)功能塊FB244（發(fā)送數(shù)據(jù)）,、FB245（接收數(shù)據(jù)）,，再根據(jù)通訊處理器填寫一些必要的參數(shù)如接口、作業(yè)號等,，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊功能,。在FB232內(nèi)按照通訊處理器分配的數(shù)據(jù)位，定義3臺PLC之間需要傳送的數(shù)據(jù),。在FB4內(nèi)根據(jù)生產(chǎn)工藝流程要求及操作規(guī)范,，充分利用其它功能塊及I/O模塊傳送的數(shù)據(jù),，實現(xiàn)系統(tǒng)的自動控制及無擾切換功能；針對多個被控對象相似的特點,，分別編制了幾個有代表性的功能塊FB20,、FB30、FB40,，例如在FB4內(nèi)多次調(diào)用了FB20以便解決PLC內(nèi)某程序步時間和工控機(jī)畫面顯示時間保持一致的問題,，而且FB20內(nèi)又調(diào)用了乘法功能塊FB244。FB3根據(jù)FB4發(fā)出的自動程序步指令去控制氣動門,、電動門及泵等現(xiàn)場設(shè)備,。FB10負(fù)責(zé)所有模擬量的處理，在此調(diào)用了開方功能塊FB5,。FB11根據(jù)FB10轉(zhuǎn)換出來的數(shù)據(jù),，對模擬量進(jìn)行報警處理，在此一定要注意模擬量和PLC內(nèi)部數(shù)字量的對應(yīng)關(guān)系,，以保證模擬量顯示和報警的準(zhǔn)確性,。 

    3、工控機(jī)監(jiān)控管理軟件的設(shè)計 

    工控機(jī)監(jiān)控管理軟件在FIX5.5軟件平臺下完成,，FIX5?5是一個高精度模塊化的軟件系統(tǒng),，包括十幾種軟件模塊，在此主要介紹開發(fā)本應(yīng)用軟件時所用到的幾種軟件模塊,。 

    （1）系統(tǒng)配置模塊（SCU）：它主要完成網(wǎng)絡(luò),、I/O驅(qū)動程序、數(shù)據(jù)庫名稱,、系統(tǒng)啟動參數(shù)及初始啟動任務(wù)等配置,。Inbbblution公司和第三方廠商為PLC、I/O卡編寫了300多種I/O驅(qū)動程序,，如SIEMENS,、OMRON、MODICON,、ABB等公司產(chǎn)品的驅(qū)動程序,，并提供I/O驅(qū)動程序開發(fā)工具包，供用戶開發(fā)自己的I/O驅(qū)動程序,。 

    （2）數(shù)據(jù)掃描,、報警和控制模塊（SAC）：它用來實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的掃描、信號調(diào)理,、數(shù)據(jù)格式和數(shù)據(jù)類型的轉(zhuǎn)換,，報警條件判別及實現(xiàn)遙控輸出等功能，SAC將處理的現(xiàn)場數(shù)據(jù)送入實時數(shù)據(jù)庫，或?qū)⑦b控輸出的數(shù)據(jù)送到I/O驅(qū)動程序,，以便實現(xiàn)遙控輸出功能,。 

    （3）實時數(shù)據(jù)庫管理模塊（DATABASEBUILDER）：它提供以交互方式建立實時數(shù)據(jù)庫和在線顯示/修改實時數(shù)據(jù)庫的功能，它是系統(tǒng)運行的主要數(shù)據(jù)來源,。用戶需要在此做很大一部分工作,，最主要的是填寫變量的標(biāo)簽名，從而將現(xiàn)場數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫中的變量標(biāo)簽一一對應(yīng)起來,，以便在其它模塊中調(diào)用此數(shù)據(jù),。在填寫變量標(biāo)簽名時既要講究規(guī)范性又要有技巧性，首先需要遵循FIX軟件的語法要求,，其次按照一定的分類標(biāo)準(zhǔn)定義標(biāo)簽名,，以便在以后的數(shù)據(jù)查詢及應(yīng)用中提高效率。 

    （4）繪圖模塊（DRAW）：FIX擁有一個直觀的,、基于對象的圖形化用戶接口（GUI）,，它簡化了圖形開發(fā)過程。為了建立畫面,，可以用DRAW提供的工具箱（TOOLBOX）生成某些對象如閥門,、泵、記錄表等,，并定義其動態(tài)特性,，即對象基于現(xiàn)場數(shù)據(jù)改變狀態(tài)、大小,、顏色,、產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)、移動等,，例如閥門的開或關(guān)、泵的轉(zhuǎn)或停,，這些工作可以在一個對話框內(nèi)完成,，主要是將實時數(shù)據(jù)庫中的變量標(biāo)簽與相應(yīng)對象聯(lián)系起來，從而使對象狀態(tài)隨著現(xiàn)場數(shù)據(jù)改變,。為了減少圖形開發(fā)時間,，Inbbblution公司還提供了一個常用設(shè)備對象的圖形庫，其中有多種國際標(biāo)準(zhǔn)圖形,，可隨時粘貼到用戶畫面中,，同時用戶可以把自己畫好的常用圖形保存到圖形庫中，以方便以后使用,。 

    （5）顯示模塊（VIEW）：它的主要功能是動態(tài)顯示由DRAW建立的畫面,，可以在多幅畫面間切換、改變畫面形態(tài)、輸入數(shù)據(jù),、實現(xiàn)監(jiān)控等,，這就是提供給用戶的實際操作畫面。 

    4,、系統(tǒng)功能 

    系統(tǒng)具有上位機(jī)監(jiān)控功能和模擬盤監(jiān)控功能,，兩者互為熱備用方式并列運行。在上位機(jī)畫面上設(shè)有上位機(jī)手動,、上位機(jī)自動,、上位機(jī)監(jiān)視3種工作方式，方式之間的切換是無擾動的,。 

    當(dāng)系統(tǒng)需要由模擬盤監(jiān)控時,，上位機(jī)畫面選擇上位機(jī)監(jiān)視工作方式。此時系統(tǒng)狀態(tài)由模擬盤M/A轉(zhuǎn)換開關(guān)狀態(tài)決定,，M/A置手動,，可利用模擬盤按鍵在模擬盤上進(jìn)行一對一手動操作。當(dāng)M/A置自動時,，系統(tǒng)可由自動程序?qū)崿F(xiàn)水處理的自動控制,。 

    當(dāng)系統(tǒng)需要由上位機(jī)監(jiān)控時，可在上位機(jī)畫面上選擇上位機(jī)手動和上位機(jī)自動功能,。選擇上位機(jī)手動時,，可在上位機(jī)畫面上實現(xiàn)就地設(shè)備的一對一手操。選擇上位機(jī)自動時,，可在上位機(jī)畫面上進(jìn)行自動啟?？刂疲詣涌刂瞥绦蚺c模擬盤自動控制功能相同