SIMATIC S7-300 PLC 在水处理监控系统中的技术与应用

哈尔滨电气 · 发表于 2007-8-17 11:32:43

山东铝业股份有限公司热电厂  刘清然[摘要]本文根据山东铝业公司热电厂化学水处理工艺要求，采用西门子的DCS监控系统，SIMAGTIC Automation建立过程自动化标准，选择SIMATIC S7-300

LC做控制站主机，通过对控制系统硬件、软件配置和编写程序，完成现场控制和数据采集，取代原传统的电气、仪表监控方式，提高了化学水处理系统的自动化水平和可靠性。[关键词]

LC   水处理    监控系统

ROFIBUS-DP1引言山东铝业股份有限公司热电厂化学水处理系统主要为锅炉提供核合格除盐水，在生产过程中起着重要的作用。其原监控系统由2块控制屏、3块仪表屏以及现场执行元件组成，手动开、停控制电机，利用电磁式电流表和运行指示灯显示电机状态；水箱液位、管道水流量、压力等检测通过分离仪表显示。整个监控系统布线繁琐、操作方式简单，自动化水平较低，灵敏度较差，调试工作量大，运行不稳定，有时严重影响到锅炉的安全、经济运行，为此必须提高自动化水平，对其进行技术改造。2
水处理控制系统的需求结合水处理实际工艺和自动化程度要求，对水处理监控系统提出以下控制要求：（1）实现生产过程控制自动化。7台除盐水泵、2台凝结水泵实现微机操作和工况显示，5台中间泵、2台脱盐泵只电流检测；仪表反冲洗阳床和阴床的液位、混床和阴床的电导率、中间水箱和脱盐水箱的水位、水处理进出口管网的流量压力测量显示等。（2）电机控制方式灵活。除了在上位机正常操作外，还实现现场就地操作，这两种操作方式通过手动/自动开关切换，上位机显示其运行状态，在微机故障情况下，将转换开关切换至手动方式现场操作，不影响系统的正常运行。（3）报警功能。当除盐泵、凝结泵等电机在运行过程中跳闸或除盐水箱水位超过设定值时，系统发出声光报警信号，上位机相应图标变色或闪烁指示。（4）高电磁兼容性和较强的抗振动、冲击性，具有安全的运行工业环境。（5）实施采集电机电流、水流量、压力、电导率等参数数据，在组态画面中能够数字或画面显示，提供统计报表和打印功能。（6）历史纪录。对重要工艺参数进行数据保存，生成历史纪录曲线或波形，以供生产对标和故障分析、查询。

哈尔滨电气 · 发表于 2007-8-17 11:36:17

[Post=100]3监控系统的基本组成和配置在分析、比较国内外几家工控公司产品基础上，考虑到投资费用和自动化程度的要求，本系统采用西门子的DCS监控系统，SIMAGTIC Automation建立过程自动化标准，SIMATIC的过程控制系统自动化选择SIMATIC S7-300

LC做控制站主机，完成现场控制和数据采集。SIMATIC S7-300

LC具有功能性强、运算速度快、通用性强、集成化高等特点，完全能够满足系统控制和工艺改造要求。上位机采用抗干扰性能较强的德国DELL工控机，监控IPC由一台操作员站OC STATION，一台工程师站EC STATION组成。工控机安装DP总线网卡CP5611通讯接口卡及其驱动，连接上、下位机的通讯选用WINCC (Windows Control Center)6.0作为监控组态软件。WINCC6.0是西门子公司最新推出的一种全面开放式软件，它适合任何自动化控制系统，具有流程图绘制、报警纪录、报表打印、趋势曲线等多种功能，通过该软件实现对监控系统的设备控制、数据采集以及提供人机界面。现场控制、测量设备与

LC的输入/输出口连接，本监控系统连接框图如图1所示。<rect id="_x0000_s1026" style="MARGIN-TOP: 7.8pt; Z-INDEX: 1; LEFT: 0px; MARGIN-LEFT: 63pt; WIDTH: 90pt; POSITION: absolute; HEIGHT: 46.8pt; TEXT-ALIGN: left;"><textbox style="mso-next-textbox: #_x0000_s1026;"><table cellspacing="0" cellpadding="0" width="100%"><tbody><tr><td style="BORDER-RIGHT: #ece9d8; BORDER-TOP: #ece9d8; BORDER-LEFT: #ece9d8; BORDER-BOTTOM: #ece9d8; BACKGROUND-COLOR: transparent;"><div>上位联网计算机（操作员站）</div></td></tr></tbody></table></textbox></rect><line id="_x0000_s1043" to="108pt,46.95pt" from="108pt,39.15pt" style="Z-INDEX: 18; LEFT: 0px; POSITION: absolute; TEXT-ALIGN: left;"></line><rect id="_x0000_s1042" style="MARGIN-TOP: 7.8pt; Z-INDEX: 17; LEFT: 0px; MARGIN-LEFT: 252pt; WIDTH: 90pt; POSITION: absolute; HEIGHT: 46.8pt; TEXT-ALIGN: left;"><textbox style="mso-next-textbox: #_x0000_s1042;"><table cellspacing="0" cellpadding="0" width="100%"><tbody><tr><td style="BORDER-RIGHT: #ece9d8; BORDER-TOP: #ece9d8; BORDER-LEFT: #ece9d8; BORDER-BOTTOM: #ece9d8; BACKGROUND-COLOR: transparent;"><div>上位联网计算机（工程师站） </div></td></tr></tbody></table></textbox></rect><line id="_x0000_s1045" to="297pt,46.95pt" from="297pt,39.15pt" style="Z-INDEX: 20; LEFT: 0px; POSITION: absolute; TEXT-ALIGN: left; flip: y;"></line>   <line id="_x0000_s1046" to="207pt,23.4pt" from="207pt,0" style="Z-INDEX: 21; LEFT: 0px; POSITION: absolute; TEXT-ALIGN: left; flip: y;"></line><line id="_x0000_s1044" to="297pt,0" from="108pt,0" style="Z-INDEX: 19; LEFT: 0px; POSITION: absolute; TEXT-ALIGN: left;"></line><rect id="_x0000_s1027" style="MARGIN-TOP: 23.4pt; Z-INDEX: 2; LEFT: 0px; MARGIN-LEFT: 162pt; WIDTH: 90pt; TEXT-INDENT: 0px; POSITION: absolute; HEIGHT: 46.8pt; TEXT-ALIGN: left;"><textbox style="mso-next-textbox: #_x0000_s1027;"></textbox></rect><table cellspacing="0" cellpadding="0" width="100%"><tbody><tr><td style="BORDER-RIGHT: #ece9d8; BORDER-TOP: #ece9d8; BORDER-LEFT: #ece9d8; BORDER-BOTTOM: #ece9d8; BACKGROUND-COLOR: transparent;"><div class="shape" vshape="_x0000_s1027" style="

ADDING-RIGHT: 7.95pt; PADDING-LEFT: 7.95pt; PADDING-BOTTOM: 4.35pt; PADDING-TOP: 4.35pt;">可编程控制器（

LC）S7-300 </div></td></tr></tbody></table>

ROFIBUS-DP          <line id="_x0000_s1041" to="207pt,23.4pt" from="207pt,7.8pt" style="Z-INDEX: 16; LEFT: 0px; POSITION: absolute; TEXT-ALIGN: left; flip: y;"></line><line id="_x0000_s1036" to="333pt,46.8pt" from="333pt,23.4pt" style="Z-INDEX: 11; LEFT: 0px; POSITION: absolute; TEXT-ALIGN: left; flip: y;"></line><line id="_x0000_s1040" to="279pt,46.8pt" from="279pt,23.4pt" style="Z-INDEX: 15; LEFT: 0px; POSITION: absolute; TEXT-ALIGN: left; flip: y;"></line><line id="_x0000_s1039" to="225pt,46.8pt" from="225pt,23.4pt" style="Z-INDEX: 14; LEFT: 0px; POSITION: absolute; TEXT-ALIGN: left; flip: y;"></line><line id="_x0000_s1038" to="171pt,46.8pt" from="171pt,23.4pt" style="Z-INDEX: 13; LEFT: 0px; POSITION: absolute; TEXT-ALIGN: left; flip: y;"></line><line id="_x0000_s1037" to="117pt,46.8pt" from="117pt,23.4pt" style="Z-INDEX: 12; LEFT: 0px; POSITION: absolute; TEXT-ALIGN: left; flip: y;"></line><line id="_x0000_s1034" to="63pt,46.8pt" from="63pt,23.4pt" style="Z-INDEX: 9; LEFT: 0px; POSITION: absolute; TEXT-ALIGN: left; flip: y;"></line><line id="_x0000_s1035" to="333pt,23.4pt" from="63pt,23.4pt" style="Z-INDEX: 10; LEFT: 0px; POSITION: absolute; TEXT-ALIGN: left;"></line>  I/O<rect id="_x0000_s1028" style="MARGIN-TOP: 15.6pt; Z-INDEX: 3; LEFT: 0px; MARGIN-LEFT: 99pt; WIDTH: 36pt; TEXT-INDENT: 0px; POSITION: absolute; HEIGHT: 70.2pt; TEXT-ALIGN: left;"><textbox style="LAYOUT-FLOW: vertical-ideographic; mso-next-textbox: #_x0000_s1028;"></textbox></rect><rect id="_x0000_s1030" style="MARGIN-TOP: 15.6pt; Z-INDEX: 5; LEFT: 0px; MARGIN-LEFT: 207pt; WIDTH: 36pt; TEXT-INDENT: 0px; POSITION: absolute; HEIGHT: 70.2pt; TEXT-ALIGN: left;"><textbox style="LAYOUT-FLOW: vertical-ideographic; mso-next-textbox: #_x0000_s1030;"></textbox></rect><rect id="_x0000_s1032" style="MARGIN-TOP: 15.6pt; Z-INDEX: 7; LEFT: 0px; MARGIN-LEFT: 45pt; WIDTH: 36pt; TEXT-INDENT: 0px; POSITION: absolute; HEIGHT: 70.2pt; TEXT-ALIGN: left;"><textbox style="LAYOUT-FLOW: vertical-ideographic; mso-next-textbox: #_x0000_s1032;"></textbox></rect><rect id="_x0000_s1033" style="MARGIN-TOP: 15.6pt; Z-INDEX: 8; LEFT: 0px; MARGIN-LEFT: 315pt; WIDTH: 36pt; TEXT-INDENT: 0px; POSITION: absolute; HEIGHT: 70.2pt; TEXT-ALIGN: left;"><textbox style="LAYOUT-FLOW: vertical-ideographic; mso-next-textbox: #_x0000_s1033;"></textbox></rect><rect id="_x0000_s1031" style="MARGIN-TOP: 15.6pt; Z-INDEX: 6; LEFT: 0px; MARGIN-LEFT: 261pt; WIDTH: 36pt; TEXT-INDENT: 0px; POSITION: absolute; HEIGHT: 70.2pt; TEXT-ALIGN: left;"><textbox style="LAYOUT-FLOW: vertical-ideographic; mso-next-textbox: #_x0000_s1031;"></textbox></rect><rect id="_x0000_s1029" style="MARGIN-TOP: 15.6pt; Z-INDEX: 4; LEFT: 0px; MARGIN-LEFT: 153pt; WIDTH: 36pt; TEXT-INDENT: 0px; POSITION: absolute; HEIGHT: 70.2pt; TEXT-ALIGN: left;"><textbox style="LAYOUT-FLOW: vertical-ideographic; mso-next-textbox: #_x0000_s1029;"></textbox></rect><img class="shape" height="99" alt="文本框: 电机控制" src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtml1/08/clip_image007.gif" width="54" vdpi="96" vshapes="_x0000_s1032"/><img class="shape" height="99" alt="文本框: 电流测量" src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtml1/08/clip_image008.gif" width="54" vdpi="96" vshapes="_x0000_s1028"/><img class="shape" height="99" alt="文本框: 水位测量" src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtml1/08/clip_image009.gif" width="54" vdpi="96" vshapes="_x0000_s1029"/><img class="shape" height="99" alt="文本框: 水压测量" src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtml1/08/clip_image010.gif" width="54" vdpi="96" vshapes="_x0000_s1030"/><img class="shape" height="99" alt="文本框: 电导率测量" src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtml1/08/clip_image011.gif" width="54" vdpi="96" vshapes="_x0000_s1031"/><img class="shape" height="99" alt="文本框: 水流量测量" src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtml1/08/clip_image012.gif" width="54" vdpi="96" vshapes="_x0000_s1033"/>                    图1水处理监控系统配置图ES站还装有STEP7 V5.0编程组态软件，主要包含编程软件、硬件组态软件、冗余系统配置软件、网络组态软件，通过该软件，可以实现监控系统的编程和配置。系统网络为

ROFIBUS-DP现场总线网络， PROFIBUS-DP通过上位机的CP5611卡和下位机的通讯处理器，实现WINCC6.0和S7-300之间的数据通讯，可以在CPU单元不添加通讯单元的基础上，实现快速通讯，通迅速率最高达到<chmetcnv wst="on" tcsc="0" numbertype="1" negative="False" hasspace="False" sourcevalue="12" unitname="m">12M</chmetcnv>波特率。SIMTIC S7-300可编程控制器包括中央处理器CPU315-2DP 1块， PS307<chmetcnv wst="on" tcsc="0" numbertype="1" negative="True" hasspace="False" sourcevalue="10" unitname="a">-10A</chmetcnv>电源1块，IM360主机接口模块1块，IM361扩展机架接口模块1块，SM321开关量输入模块（32点、16点）各1块，SM331 16通道模拟量输入模块9块，SM322开关量输出模块（32点）一块，共计224点。

LC扩展采用了SIEMENS ET<chmetcnv wst="on" tcsc="0" numbertype="1" negative="False" hasspace="False" sourcevalue="200" unitname="m">200M</chmetcnv>机架，通过其IM361与主机接口模块IM360扩展接口连接通讯，大大简化了接线，提高了可靠性。4组态设计   先进入STEP7 V5.0程序的MANAGER界面，建立山铝热电厂水处理监控系统工程项目，在该项目中插入SIEMENS 300 STETION、OC STATION、EC STATION工作站，然后开始对上、下位机进行组态。<shapetype id="_x0000_t75" stroked="f" filled="f" path="m@4@5l@4@11@9@11@9@5xe" opreferrelative="t" ospt="75" coordsize="21600,21600"><stroke joinstyle="miter"></stroke><formulas><f eqn="if lineDrawn pixelLineWidth 0"></f><f eqn="sum @0 1 0"></f><f eqn="sum 0 0 @1"></f><f eqn="prod @2 1 2"></f><f eqn="prod @3 21600 pixelWidth"></f><f eqn="prod @3 21600 pixelHeight"></f><f eqn="sum @0 0 1"></f><f eqn="prod @6 1 2"></f><f eqn="prod @7 21600 pixelWidth"></f><f eqn="sum @8 21600 0"></f><f eqn="prod @7 21600 pixelHeight"></f><f eqn="sum @10 21600 0"></f></formulas><path oconnecttype="rect" gradientshapeok="t" oextrusionok="f"></path><lock aspectratio="t" vext="edit"></lock></shapetype><shape id="_x0000_i1025" type="#_x0000_t75" style="WIDTH: 414.75pt; HEIGHT: 284.25pt;"><imagedata otitle="" src="file:///C:\DOCUME~1\ADMINI~1\LOCALS~1\Temp\msohtml1\08\clip_image013.png"></imagedata></shape>图2
SIEMENS 300 STETION硬件配置双击MANAGER中SIEMENS 300 STETION的HARDWARE，如图2所示，选择机架、中央处理器CPU315-2DP、IM360主机接口通讯模块、电源以及I/O等模块，对S7-300进行硬件组态配置。网络组态是设计的关键，整个系统是按照两个网络设计，第一层为工业以太网，在此暂不组态，但留有标准接口，以便以后与热电厂局域网连接，实现远程监控和数据管理。第二层为

ROFIBUS-DP网络，将 PROFIBUS-DP网络上位机的CP5611和下位机的通讯处理器分别设置网络地址。最后根据工艺要求，利用梯形图在主程序模块OB中编写程序编写用户程序，并下载到S7-300的CPU，编程中特别注意了程序掉电自复位功能。[/Post]

哈尔滨电气 · 发表于 2007-8-17 11:37:34

[Post=100]5 WINCC5.2组态过程先在标签管理器(Tag Management)中选择添加S7-300驱动程序，配置协议系统参数。由于系统要建立一个

ROFIBUS网络，我们选择支持S7协议的SIMATIC S7 Protocol Suite. CHN通信驱动程序，在其中的

ROFIBUS下位挂接S7-300，设置节点名、MPI地址等参数，而且MPI地址必须与

LC中设置的相同，实现与S7-300的连接和变量的生成。变量分内部变量和外部变量，内部变量主要实现编程数据的传递和画面的动态利用，而外部变量则用来定义WINCC6.0监控程序与

LC内部存储器对应访问对象。然后在S7-300下设置变量，每个变量设置变量名、数据类型和地址，其中最重要的是变量地址设置。在STEP7中配置的变量表中，如设置变量地址为I2.2，则表示S7-300中输出地址I2.2。通过变量地址的设置，来定义变量与S7-300中输入位、输出位的对应关系，从而完成S7-300与WinCC6.0之间数据通信的联接。最后进行图形编辑，制作监控画面，并将变量与每个对象连接，相当于画面中各个对象与现场设备相连。系统监控操作画面多达20多屏，画面上以图形方式表示出当前设备运行工况，如启停、运行、水位和故障告警等信息并以不同颜色、图形表示。如图3所示是水处理系统电机的控制画面，画面形象直观，颜色适宜，适合运行人员监控。建立报警总汇，制作报表、实时曲线画面，为追查事故原因，提供可靠的技术分析信息。<shapetype id="_x0000_t75" stroked="f" filled="f" path="m@4@5l@4@11@9@11@9@5xe" opreferrelative="t" ospt="75" coordsize="21600,21600"><stroke joinstyle="miter"></stroke><formulas><f eqn="if lineDrawn pixelLineWidth 0"></f><f eqn="sum @0 1 0"></f><f eqn="sum 0 0 @1"></f><f eqn="prod @2 1 2"></f><f eqn="prod @3 21600 pixelWidth"></f><f eqn="prod @3 21600 pixelHeight"></f><f eqn="sum @0 0 1"></f><f eqn="prod @6 1 2"></f><f eqn="prod @7 21600 pixelWidth"></f><f eqn="sum @8 21600 0"></f><f eqn="prod @7 21600 pixelHeight"></f><f eqn="sum @10 21600 0"></f></formulas><path oconnecttype="rect" gradientshapeok="t" oextrusionok="f"></path><lock aspectratio="t" vext="edit"></lock></shapetype><shape id="_x0000_i1025" type="#_x0000_t75" style="WIDTH: 354.75pt; HEIGHT: 285pt;"><imagedata otitle="" src="file:///C:\DOCUME~1\ADMINI~1\LOCALS~1\Temp\msohtml1\12\clip_image001.png"></imagedata></shape>            图3水处理系统电机的控制画面6结束语基于SIMTIC S7-300可编程控制器的水处理监控系统，减少了现场布线工作量和维护工作量，规范了软件程序的编制、同时系统具有易于扩展并对整个生产线的工艺参数进行集中管理的优点。运行半年来情况良好，其控制性能达到了系统要求，各种参数设定精确，降低了故障率，实现了集中控制，保证了锅炉的安全供水。同时这次改造，根据实际工艺，自行设计施工，为同类型系统改造提供了技术参考，推广利用价值较高。参考文献[1]Siemens  STEP-7-V5.1编程使用手册[2]陈在平
赵相宾 .可编程控制器技术与应用系统设计.机械工业出版社[3] WINCC 通讯组态手册作者简介：刘清然（1973- ）男，大学学历，工程师，现从事电气专业技术工作。[/Post]

luckfy2005 · 发表于 2007-10-21 23:02:07

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SIMATIC S7-300 PLC 在水处理监控系统中的技术与应用

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