S7-400及PROFIBUS-DP網在電氣控制中的應用

關鍵詞：S7-400 PROFIBUS-DP網 電氣控制 應用

1 引言

　　當前，隨著計算機技術的飛速發展，水泥工業自動化系統也日新夜異。先進的數字控制技術逐漸取代了傳統的模擬控制，自動化設備在設備總投資中的比重已成為工業現代化水平的重要標志。2002年冀東水泥廠在沈陽新建粉磨站工程中，采用了德國西門子公司的PLC控制系統。雖然PLC控制系統已在水泥工業中應用廣泛，筆者在文中介紹了一種優良的適合水泥粉磨系統硬件配置的自動化系統，同時把現場出現的問題及解決方案進行了分析。

2 要求

　　該工程項目由南京水泥設計研究院設計，整個生產系統分成以下幾個子系統：

　?。?） 儲存及輸送，礦渣儲存，水泥磨配料站

　?。?） 礦渣烘干

　?。?） 熟料儲存及輸送

　　（4） 水泥粉磨及輸送

　　（5） 水泥儲存及輸送（庫頂）

　　（6） 水泥儲存及輸送（庫底），包裝及成品庫，汽車散裝站

　　其中水泥粉磨及輸送系統為兩條四米磨，分兩期建成投產。根據設計要求，生產現場不設崗位工，只設幾個巡檢工。這就要求自動化水平相當高。中控室不僅可以啟停設備，而且可以監視設備運行狀態及工藝參數，對生產現場發生的異常情況，中控室操作員能夠及時發現并處理，以提高設備運轉率，這樣才能控制產品的產量和質量。自動化系統構成如下：

　　操作員通過人機界面將控制命令發出，該命令信號通過網絡系統快速傳送到PLC的CPU.CPU將該命令信號與現場設備狀態信號相結合，經過邏輯運算將命令發出，使現場設備產生動作。同時，CPU也可將其檢測到的設備狀態，通過網絡快速傳送到人機界面。這樣操作員可以監視到所有設備的運行狀態及所有工藝參數，對現場發生的異?，F象做出快速反應，做到及時處理，以提高設備運轉率，降低生產成本。

3 硬件配置

　　3.1 PLC選型

　　根據南京設計院的設計，整個生產系統由中空室控制的設備數量如下：

　　二期工程有水泥磨、水泥庫及包裝，加上二期工程所有設備所需的I/O點，然后再將每一類型的點加10%—20%的備用點。因此，該工程I/O點統計如下：

　　因此，CPU必須選用S7—400，我們選用的是CPU414—2DP，由于S7—400的I/O摸板價格比較昂貴，采用了ET200M工作站，通過PROFIBUS—DP網與S7—400的CPU進行數據交換。根據以上統計的點數，選用I/O板類型及數量如下：

　　以上這些模塊共組成22個ET200M工作站，除第22個工作站外，每個站配8塊I/O磨板，每兩個ET200站公用一個工作電源PS307，并且每個站配一個PROFIBUS網卡—IM153-2DP。

　　3.2系統配置

4 程序設計

　　4.1 各設備信號在各網絡中的編址

　　在以太網上，CPU編址為2，工程師站編址為1，兩個操作站編址分別為0（一期工程）和3（二期工程）。

　　在PROFIBUS—DP網上，CPU編址為2，ET200M編址依次為3、4、……、24。對于開關量來講，要占用CPU的I╱O映像區來讀寫數據，為了生產維修、維護方便，設備點號與CPU內存編址一一對應，即編址要反應出站號，板號及點號，如：DI181.0對應輸入點I181.0即18號站第1塊DI板的第0個點;又如：DO187.2對應輸出點Q187.2，即18號站第7塊DO板的第2個點。而對于模擬量來講，通過A╱D或D╱A轉換占用16位的字，但不占用I╱O映像區，編址從500開始連續編址，不反映站號、板號和點號，維護和維修時必須查看硬件組態和點號表方可確定某個模擬量的操作地址。

　　4.2 軟件說明

　　該項目的人機界面由WINCC編寫，操作界面由多幅控制流程圖組成，可自行切換、搬移，操作十分簡便。任意畫面的即開窗口功能使得各項操作控制任務的完成十分便捷，并且有很好的實時性，使各項操作簡化到鼠標的移動和點擊即可完成。另外，系統內的在線幫助系統對操作員的各項控制操作起到指導作用，系統內的多種報表的組態、自動記錄和隨機打印能滿足車間內正常的報表統計、交接班記錄等一系列車間生產管理任務。為了滿足生產的需要，我們在該系統中還開發了系統各控制量的動態曲線分析模塊、報警記錄自動彈出窗口及隨時查詢模塊，對車間生產控制過程的分析起到了積極的指導作用。

5 調試中遇到的問題及處理方法

　　5.1 PLC接地問題及處理

　　PLC要求單獨接地，絕對要與動力地分開。PLC單獨接地不僅僅是為了避雷，而且是為了提高系統的抗干擾能力。由于本項目調試時PLC接地與動力地沒有分開，在下載程序時系統提示PLC容量不夠，檢查PLC的CPU占用率，結果為20%左右，因此CPU并不忙。并且每隔一段時間CPU內存程序丟失。將PLC單獨接地以后，以上兩種異常現象消失。

　　5.2 模擬量處理

　　該工程項目中的所有模擬量普遍采用4—20mA的電流信號，并且傳輸電纜的屏蔽層在PLC側接地，具有較強的抗干擾能力，但在實際中，用FC105處理這些模擬量時，有時仍由于干擾而使FC105報錯，有以下處理方法

　　5.2.1 將四線制的電流信號與二進制的電流信號分開，即不要把這兩種信號同放在一個AI板上。

　　5.2.2 對于四線制4—20mA的電流信號，將其所在AI板的9號和10號端子短封，再與電流信號的負斷短封。

　　5.2.3 對于二進制4—20mA的電流信號，將其所在AI板的11號端子與20號端子短封。

　　5.2.4 加隔離器，將信號隔離。

6 結束語

　　沈陽冀東水泥一期工程投入生產已有幾個月，現場運行中PLC工作狀態良好，故障率低，維護方便，保證了生產的順利進行，預計該工程將為企業帶來可觀的經濟效益。

參考文獻：

　　[1] 王衛兵、高峻山等編. 可編程序控制器原理及應用. 北京：機械電子出版社，1997

　　[2] 崔亞軍編. 可編程序控制器原理及程序設計. 北京：電子工業出版社，1993

　　[3] SIEMENS SIMATIC NET手冊