SIMTIC S7-300 PLC在水处理监控系统中的应用.pdf

2 0 1 0 年第 1 期 总 第 1 3 7期 冶 金 动 力 ME T A L L U R G I C A L P O WE R 7 5 暑 劫 嗓 自动化 口 签 S I MT I C S 7 3 0 0 P L C在水处理监控系统中的应用 刘清然 中国铝业公司山东分公司热 电厂 ， 山东淄博 2 5 5 0 5 1 【 摘要 】 根据热电厂化学水处理工艺要求， 采用西门子的监控系统进行技术改造， 形成了可靠的自动化 监控系统 ， 提高了化学水处理系统的 自动化水平和可靠性 。 【 关键词 】P L C ；水处理； 监控系统； P R O F I B U S D P 【 0 Il t ff 类号】T P 2 7 【 文献标识码】B 【 文章编号】 1 0 0 6 - 6 7 6 4 2 0 1 0 0 1 0 0 7 5 0 3 App l i c a t i o n o f SI M TI C 7 - 3 0 0 PLC i n M o n i t o r S y s t e m o f W a t e r Tr e a t m e n t L I U Q i n g - r a n H e m P o w e r P l a n t ． B r a n c h C o ． Al u mi n u m C o r p o r a t i o n o fC h i n a , Z ib o S h a n d o n g 2 5 5 0 5 1 C h i n a 【 A b s t r a c t ] I n a c c o r d a n c e w i th p r o c e s s r e q u ir e m e n t s o f c h e m i c a l w a t e r t r e a t m e n t o f t h e h e a t p o we r p l an t ， t h e t e c h n i c a l r e c o n s t r u c t i o n wa s c o n d u c t e d b y t h e S I EMENS mo ni t o r s y s t e m． I t h a s f o r me d a r e l i a b l e a u t o ma t i o n mo n i t o r s y s t e m a n d h a s i n c r e a s e d a u t o ma t i o n l e v e l a n d r e l i a b i l i t y o f the c h e mi c a l wa t e r t r e a t me n t s y s t e m． 【 K e y w o r d s ] P L C ； w a t e r t r e a t m e n t； m o n i t o r s y s t e m ； P R O F I B U S - D P 1 引言 中国铝业山东分公司热 电厂化学水处理系统 ， 主要为锅炉生产和提供合格 的除盐水 ， 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 ， 设备操作采用手动操作方式 ， 水箱液位 、 管网流 量 、 压力等检测通过分离仪表显示 ， 整个监控系统 布线繁琐 、 操作方式落后 ， 自动化水平较低 ， 灵敏度 较差 ， 检修维护工作量大 ， 运行不稳定 ， 甚至影响到 锅炉 的安全 和经济运行 ，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 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 电动机控制方式灵活。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 告警功能。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 不 o 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。 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 D C S监控系统 ， S I MA G T I C A u t o ma t i o n 建立过程自动化标准， S I M A T I C的过程控制系统 自 动化选择 S I MA T I C S 7 3 0 0 P L C做控制站主机 ， 完 成现场控制和数据采集。 S I MA T I C S 7 3 0 0 P L C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 D E L L工控 机 ，监控 I P C由一台 O C S T A T I O N操作员站，一台 7 6 冶 金 动 力 MET AL L URGI cA L P O W E R 2 0 1 0 第 1 期 总 第 1 3 7期 E C S T A T I O N工程师站组成 。 工控机安装 D P总线网 卡 C P 5 6 1 1 通讯接 口卡及其驱动 ， 连接上 、 下位机的 通讯选用 WI N C C Wi n d o w s C o n t r o l C e n t e r 6 ． 0作为 监控组态软件。WI N C C 6 ． 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P L C的输入 ／ 输出口连 接 ， 本监控系统连接见 图 1 。 电 机 控 制 电 流 测 量 水 位 测 量 水 压 测 量 电 导 窒 测 量 水 流 量 测 量 图 1 水处理监控 系统配置图 E S 站装有 S T E P 7 V 5 ． 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 P R O F I B U S D P现场 总线 网 络， P R O F I B U S D P通过上位机的 C P 5 6 1 1 卡和下位 机的通讯处理器 ， 实现 wI N C C 6 ． 0和 S 7 3 0 0之间的 数据通讯 ， 可以在 C P U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 1 2 M波特率。 S I MT I C S 7 3 0 0可编程控制器包括中央处理器 C P U 3 1 5 2 D P 1 块 ， P S 3 0 7 1 0 A电源 1 块 ， I M 3 6 0主 机接 口模块 1块 ， I M3 6 1扩展机架接 口模块 1 块 ， S M 3 2 1 开关量输入模块 3 2 点、 l 6点 各 1 块 ， S M3 3 1 1 6通道模拟量输入模块 9块 ， S M3 2 2开关量 输出模块 3 2点 一块 ， 共计 2 2 4点。P L C扩展采用 了 S I E ME N S E T 2 O O M机架 ， 通过其 I M3 6 1与主机接 口模块 I M3 6 0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 先进人 S T E P 7 V 5 ． 0程 序 的 MA N A G E R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 S I E ME N S 3 0 0 S T E T I O N、 O C S T A TIO N、 E C S T A T I O N工作站， 然后开始对上、 下位机进行组态。 双击 MA N A G E R中 S I E ME N S 3 0 0 S T E T I O N的 H A R D WA R E， 如图 2所示 ， 选择机架 、 中央处理器 C P U 3 1 5 2 D P 、 I M 3 6 0 主机接口 通讯模块、电源以及 I／ O等模块， 对 S 7 3 0 0 进行硬件组态配置。 嘲 磊l 囊 l l 。 誓 I j 一 l ll l 誓。 叠 0 _ -； 一 旦 墼 ．j 蚓 l l 1 DP m ster system 1 l 一百 2 l 2 } 3 I IM 380 l 3 TM 361 4 I X I 8 x l 6 I 4 |K I 8 x l 6 t 5 J K I B x 1 6 t 5 I A I S x l 6 t 6 g ． I B x1 6t 6 J k I 8 xl 6 t 骶 ● m0． ． n r 要 ≮ { ● 蹄 1 l I R S M 。 姐 e ⋯ O r d e r n u m b e r F i r m w a r e M I I d d r e s I a d d Q d d r e c 帆n e n t i l 2 3 j I M 3 6l 5 1 7 3 61 3C 3 1 0 k／ t 0 9 0 0 4 4 b ．I8 xl 6B it 6 E S丁 3 3l 一 7N F 0 0 0 B0 3 84． 3 9 9 S I I 8 x 1 8 B i t 6 E S 7 3 3 l 一 7 】 i F O 0 0 A B 0 4 0 0 ． ． 4 l 5 6 j I8 xl 6B it 6 E sT 3 3卜 7 1 1 Y 3 o_ 0 B0 4l 6 ． ． 4 3l 7 l D I 3 2 x D C 2 4 V 6 1 7 3 2 f 一 1 B L 0 0 0 0 4 4． 4 7 8 D 工1 6 x 3C 2 4 V 5 E S 7 3 21 1 B’ 1 0 2 0 从 0 4 8． 4 9 9 B O 3 2 x 1 C 2 4 V ／ 0 ． 5 A 5 E S 7 3 2 2 - 1 B L 0 0 0 0 5 2 ． ． ． 5 5 1 0 ll 图 2 S I E ME N S 3 0 0 S T E T IoN硬件配置 冶 金 动 力 T A L L 己 刀 R G 】 C A L P o WE R 7 7 网络组态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 P R O F I B U S D P网络 ，将 P R O F I B U S D P 网络上位机的 C P 5 6 1 1 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 O B中编写程序编写用户程序 ， 并下载到 S 7 3 0 0的 C P U， 编程中特别注意了程序掉电 自复位功能。 5 WI N C C 5 -2组态过程 先在标签管理器 T a g Ma n a g e me n t 中选择添加 s 7 3 0 0 驱动程序， 配置协议系统参数。由于系统要 建立一个 P R O F I B U S网络 ，我们选择支持 s 7协议 的 S I MA T I C s 7 P r o t o c o l S u i t e C H N通信驱动程序 ， 在 其 中的 P R O F I B U S 下位挂接 S 7 3 0 0 ，设置节点名 、 MP I 地址等参数 ， 而且 M P I 地址必须与 P L C中设置 的相同， 实现与 s 7 3 0 0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 WI N C C 6 ． 0监控程序与 P L C内部存储器对应访 问对象。 然后在 S 7 3 0 0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 S T E P 7中配置的变量表中， 如设置变量地 址为 I 2 ． 2 ， 则表示 s 7 3 0 0中输出地址 I 2 ． 2 。通过变 量地址 的设置 ， 来定义变量与 s 7 3 0 0中输入位 、 输 出位的对应关 系， 从而完成 S 7 3 0 0与 Wj n C C 6 ． 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 2 O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 [， 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。 图 3水处理系统电机的控制画面 6 结束语 基于 S I M T I C S 7 3 0 0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。 运行一年来情况 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 】 陈在平 赵相宾 ． 可编程控制器技术与应用系统设计[ M 1 ． 北京 机械 工业出版社． 收 稿 日期 2 0 0 9 - 0 7 1 5 作者简介 刘清 1 9 7 3 一 ， 男， 大学本科学历， 工程师， 现从事电气运 行检修维 护工作 。