浅析PLC控制系统在能源化工的应用.pdf

工业自动 DOh 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 9 - 9 4 9 2 ． 2 0 1 5 ． 1 1 ． 0 2 7 浅析P L C控制系统在能源化工的应用 胡青龙 无锡三良自动化工程有限公司，江苏无锡 2 1 4 1 3 1 摘要 介绍西门子不同型号的P L C 控制系统在能源化工中的应用，详细叙述西门子s 7 2 0 0 P L C 与F S 3 0 0 气体报警控制器之间的 M o d b u s R T U 通讯程序以及西门子s 7 2 0 0 与s 7 3 0 0 之间D P 通讯分批发送程序，系统编程简单方便，运行可靠。 关键词 安全 ；P L C；通讯 ；控 制 中图分类号 T P 2 7 3 文献标识 码 A 文章编号 1 0 0 9 9 4 9 2f 2 0 1 51 1 1 0 1 0 1 0 4 Ap p l i c a t i o n o f PLC Co n t r o l S y s t e m i n t h e En e r g y Ch e mi c a l I n d u s t r y HU Q i n g - l o n g Wu x i S a n l i a n g A u t o ma t i o n E n g i n e e r i n g C o ． ，L t d ，Wu x i 2 1 4 1 3 1 ，C h i n a Ab s t r a c t Di ffe r e n t mo d e l s o f S i e me n s PL C c o n t r o l s y s t e m a r e i n t r o d u c e d i n t h e e n e r g y c h e mi c a l i n d u s t r y， t h e a p p l i c a t i o n o f d e t a i l e d S i e me ns 7 -2 0 0 PLC a n d FS 3 0 0 M o d b u s RTU c o mmu n i c a t i o n p r o g r a m b e t we e n g a s a l a r m c o n t r o l l e r ． a nd S i e me n s 7 - 2 0 0 a n d S 7 3 0 0 DP c o mmu n i c a t i o n be t we e n p a r t i al s e n t p r o c e du r e s ，s i mp l e a n d c o n v e n i e n t s y s t e m p r o g r a mmi n g，r e l i a b l e o p e r a t i o n ． K e y wo r ds s a f e t y； PL C； c o mmu n i c a t i o n； c o n t r o l O 概述 安全 生 产事 关 职工 的生命 安 全 和企业 财 产 的安全 ，事关企业发展和社会稳定 的大事。搞 好安全生产工作 ，是企业生存发展的根本 ，是 体 现 “ 以人 为本 ”的需 要 。特别是 能 源化工 企 业 的安 全 生 产更 不 容 忽视 ，其 现场 存 放 易燃 、 易爆 、有毒气体储罐众多 ，当现场发生泄漏有 毒 、易燃 、易爆气体浓度达到一定程度时 ，会 给企 业财 产安 全和 职工 生命 安全构 成威 胁 ，为 此实时监控现场有毒 、易燃 、易爆气体浓度 ， 成为保障企业财产安全和职工生命安全重要措 施 。本 文 以 陕 西 省 某 能 源 化 有 限公 司 工 程 为 例 ，介绍西门子 P L C控制系统 、气体报警控制 器 等组成 的有 毒 、易燃 、易 爆实 时监 控系统 在 现 场 中 的应 用 。根 据 控 制 系统 的 特 点 可 分 为 P L C 控制系统 、现场气体采集 系统以及气体报 警监测处理系统 。 1 P L C控制系统的组成 P L C 是可编程序控制器 P r o g r a m m a b l e L o g ic C o n t r o l l e r 的简称 ，是 一种 数 字运 算 的 电子 系 统 ，专为在工业环境下应用而设计。其 中德国 西门子公司推出的s 7 系列可编程序控制器能够 适用 于复杂 的工业 环境 ，具有很 强 的抗 干扰 能 力 和 很 高 的 可 靠 性 ，对 工 作 电源 没 有 特 殊要 求。为了降低系统的成本 ，本系统P L C采用西 门子 S 7 2 0 0和 S 7 3 0 0 ，二 者 之 间 通 过 E M2 7 7 P r o fi b u s D P模 块 进 行 通 讯 连 接 ，S 7 2 0 0采 用 C P U为 2 2 4 X P C N的机器作 为 D P 通讯 的从站 以及 Mo d b u s 通讯 主站 ，s 7 3 0 0采用 C P U为 3 1 5 2 P N ／ D P的机器 作 为 D P通讯 的主站 。S 7 2 0 0预 留一 个 Mo d b u s 通讯 从站接 口，便 于业 主 D C S 控 制系 统采集 本 系统 的数 据 。本 控制 系统设 置一 台工 程师站实时采集现场气体报警仪的状态数据 ， 工程 师站采 用 以太 网通讯形 式与 S 7 3 0 0的 P L C 收稿 日期 2 0 1 50 51 9 重墨■ 围 自动化 连接 ，实 现整个 P L C控 制监 控 系统 。系统组 成 表1 M o D B u s R T u通信协议 示意图如图 1 所示 。 工 程师站 图1 P L C控制系统组成示意图 2 现场气体采集系统 现场气体采集 系统组成具体如下 毒性气体 探测器 G D S T O X C O 数量为3 7台；可燃气体探测 器 G D S L E L 一 1 数量为 1 3 0 台 ；毒性气体探测器 G D S T O X P I D数量为 3台；共计 1 7 0台气体检测 仪组成现场气体采集系统 ，实时监测现场 的有毒 、 易燃 、易爆气体的浓度 。它们具有稳定性高 、寿 命长 、单人操作方便 、不开盖远红外标定 、液晶 显示 、防腐防爆 、故障显示 、故障反馈等特点。 3 气体报警监测处理系统 采用 F S 3 0 0 气体报警控制器作为本项 目的气体 报警 监测 处理 系统 的主机 ，负责将 现场 探测 器 4 2 0 mA D C的输入电流转换成对应的被测对象量 的显示 ，用于与多点 G D S L E L、G D S T O X型毒性 气体探测器 、可燃气体探测器组成气体浓度检测系 统 ，在控制室或值班室集中显示 、监测 、报警 ，并 连接启动关联设备 ，确保人身和设备 的安全。 F S 3 0 0气 体 报 警控 制 器 采 用标 准 的 M o d b u s R T U通讯协议与西 门子 C P U 2 2 4 XP C N的P L C进行 通讯 ，采用波特率 为 9 6 0 0 b i t ／ s ，数据位 为 8 ，奇 偶效验 为无校验 ，停止位为 1 ，特殊之 处读取保 持寄存器数据时，寄存器数量不能超过2 O ，具体 通讯协议如表 1 所示I 。 4 P L C程序编 写 4 。 1 S 7 2 0 0中 Mo d b u s 通 讯 程序 西 门子 C P U 2 2 4 X P C N的P L C与 F S 3 0 0 气体报 警控制器采用标准的Mo d b u s R T U通讯协议进行通 讯 。根据 F S 3 0 0气体报警控制器 的通讯协议 ，西 门子 P L C采 用波特 率为 9 6 0 0 b i t ／ s ，数据位 为 8 ， 奇偶效验 为无校验 ，停止位 为 1 的通讯格式进行 编写 西 门子 S 7 2 0 0的 Mo d b u s 通讯 主 站 的程序 ， 因为 C P U 2 2 4 X P C N自带两个 R S 4 8 5 通讯端 口，依 据 西 门子 S 7 2 0 0的指 令库定义 P o r t 1 口为通讯 主 站接 口，用 于连接 F S 3 0 0 气体报警 控制器。具体 通讯程序如图2 所示。 其 中图2 ，图 3 两副 图中的网络 1 、网络 2 以 及 网络 3的作 用是 自定义 Mo d b u s 程序 扫描时问 ， T 3 7 是 1 0 0 ms 的定时器 ，每 当定时器达 到 1 0 0 m s 时，触发一个脉冲使寄存器V W2 0 0 8 加1 。以此类 推 ，当寄存器 V W2 0 0 8 累加到 3 4 时 ，通过 MO V指 令是寄存器 V W2 0 0 8 的值清零 。图3中的网络 4 是 图2 定义Mo d b u s 程序扫描时问 胡青龙浅析P L C控制 系统在能源化工的应用 工业 自动 图3 Mo d b u s 主站程序初始化 初始化 Mo d b u s 主站程序 ，MB U S C T R L _ P 1 指令相 关参数的设置M o d e 为1 时，使能M o d b u s 协议功 能 ；B a u d 为通讯 协议 的波特率 ；P a r i t y 为通 讯协 议 的奇偶 校验 0 一 无 校验 ，1 一 奇校 验 ，2 一 偶 校 验 ；T i m e o u t 为超 时 ；D o n e 为完成位 ，初始化完 成 ，此位 会 自动 置 1 ；E r r o r 为 初 始化 错误 代 码 0 一 无错误 ，1 一 校 验选 择非法 ，2 一 波特率选择非 法 ，3 一 模式选择非法n 。 图 4为 Mo d b u s 指令 库 中的 MB U S MS G P 1 指 令 的读 写 F S 3 0 0 气 体报警控制器 中的数据 ，指令 相关参数的设置F i r s t 读写请求位 ；S l a v e 从站地 址 可选 择的范 围 1 - 2 4 7 ；R W为从站地址 0 一 读命令，l 一 写命令 ；A d d r 为读写从站的数据地 址 0 0 0 0 1 至 0 x x x x 一 开关量输出 ，1 0 0 0 1 至 l x x x x 一 开关 量输入 ，3 0 0 0 1 至 3 x x x x 一 模拟量输入 ，4 0 0 0 1 至4 x x x x 一 保持寄存器 ；C o u n t 为参与通讯的数据 个数 ；D a t a P t r 为数据指针 如果是读指令 ，读 回 的数据放到这个数据区中 ；如果是写指令 ，要 写 出的数据放 到这个 数据 区 中 ；D o n e 为完成位 ， 读写功能完成位 ；E r r o r 为初始化错误代码 ]。使 能开始 ，根据 寄存器 V W2 0 0 8中的数 据与设定 的 常数进行 比较相等时触发读写请求位 ，完成读 写指令 。读取不 同 F S 3 0 0气体报警控制器 的不 同 数据类 型的数据 ，只需要改变 MB U S MS G _ P 1 指 令 的 相 关 参 数 就 可 以 。 至 此 完 成 了 西 门 子 s 7 2 0 0的P L C与 F S 3 0 0 气体报警控制器之间 的 Mo d b u s R T U通 讯 程序 的编写 ，要 实 现 F S 3 0 0气 体报警控制器 中的数据在上位机组态 中的实时 显示 ，还需要编写西 门子 S 7 3 0 0 与 S 7 2 0 0 之 间 的D P通讯程序。 图 4 Mo d b u s 主站分批 读写 4 ． 2 S 7 2 0 0中 D P通讯程序 西 门子 s 7 2 0 0 与S 7 3 0 0 之间采用 E M 2 7 7 P r o ． f i b u s D P模 块进 行 通 讯 连接 ，因 为受 到 E M2 7 7 P r o f i b u s D P 模块输出输入数据量的限制，加上本 项 目参 与通讯的数据量众多 ，s 7 2 0 0 的 P L C无法 一 次 性 完 成 所 有 数 据 发 送 ，为 此 需 要 分 批 向 S 7 3 0 0的P L C发送数据 ，为了区别每次发送的数 据 不 同 ，在每 次发送 数据 时需要发 送一个 标 志 位 ，以供 S 7 3 0 0的 P L C区别 每次发 送 的数 据不 同，具体通讯程序如图5 、图6 所示。 图5 分批发送程序的扫描时间和发送次数 圈羹丑