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摘要探討和介紹S7-300plc的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能特點以及S7-300plc在普梯水電站’>電站自動化’>自動化系統(tǒng)中的應用。關鍵詞S7-300plc自動化’>自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點一、概述普梯水電站’>電站位于興義市小黃泥河上，是以發(fā)電為主的引水式電站，于2006年投產(chǎn)發(fā)電，裝機容量9500kW(2×3500kW 1×2500kW)，是按“無人值班、少人職守”的現(xiàn)代化運行方式設計建設的綜合自動化水電站。普梯水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)采用湖南紫光測控公司的DCAP-3500水電站綜合自動化系統(tǒng)，DCAP-3500水電站綜合自動化系統(tǒng)按分層分布開放式無人值班(少人值守)運行方式設計。整個系統(tǒng)在物理上分為兩層：電站控制層和現(xiàn)地控制層。電站控制層設在中心控制室，負責協(xié)調(diào)和治理各現(xiàn)地控制層的工作，收集有關信息并作相應處理和存儲，迅速、正確、有效地完成對本站被控對象的安全運行實時監(jiān)視及事件報警，設備運行的控制與調(diào)節(jié)，以及電站的生產(chǎn)治理。操縱員可以在主控制臺通過人機接口對數(shù)據(jù)庫和畫面進行在線修改，進行人工設定、設置監(jiān)控狀態(tài)、修改限制、事故處理指導和恢復操縱指導等功能?，F(xiàn)地控制層(LCU)包括機組LCU和公用LCU，現(xiàn)地LCU布置在機組旁，公用LCU布置在控制室，是計算機監(jiān)控系統(tǒng)較底層的控制部分。原始數(shù)據(jù)在此進行采集，各種控制調(diào)節(jié)命令最后都在此發(fā)出，因此LCU可以是整個監(jiān)控系統(tǒng)中重要的、對可靠性要求很高的“一線”控制設備。DCAP-3500水電站綜合自動化系統(tǒng)的LCU主要由工控機和可編程控制器(以下簡稱PLC)構(gòu)成。其中核心部分PLC采用的是西門子公司的高性能模塊化S7-300系列PLC，本文對S7-300PLC的功能特點和S7-300PLC在水電站自動化系統(tǒng)中的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能和應用作一些探討。二、S7-700PLC結(jié)構(gòu)與特點1．S7-300PLC的結(jié)構(gòu)S7-300PLC為模塊化結(jié)構(gòu)，除必配的幾種模塊外，可以根據(jù)實際需要選配其它的模塊。以下是各種模塊的簡介：(1)中心處理單元(CPU)模塊：各種CPU模塊有各種不同的性能，例如，有的CPU上集成有輸進／輸出點，有的CPU上集成有PROFI-BUS-DP通訊接口等：(2)信號模塊(SM)：用于數(shù)字量和模擬量輸進／輸出；(3)通訊處理器(CP)：用于連接網(wǎng)絡和點對點連接；(4)功能模塊(FM)：用于高速計數(shù)，定位操縱(開環(huán)或閉環(huán)控制)和閉環(huán)控制；(5)負載電源模塊(PS)：用于將SIMATICS7-300連接到120／230VAC電源；(6)接口模塊(IM)：用于多機架配置時連接主機架(CR)和擴展機架(ER)；2．S7-300PLC的特點(1)強勁的CUP處理功能。本系統(tǒng)中采用的CPU模塊CPU312的位指令執(zhí)行速度小于0．2μs，字指令執(zhí)行速度小于0．4μS。(2)適合于中大型應用。本系統(tǒng)中采用的CPU模塊CPU312可控制256個DI(輸進開關量)／DO(輸出開關量)和64路AI(輸進模擬量)／AO(輸出模擬量)。(3)豐富的擴展模塊。除基本的數(shù)字量I／O模塊、模擬量I／O模塊外，還可以擴展安裝測溫模塊、通訊擴展模塊、Modem模塊，定位模塊、以太網(wǎng)模塊(IT)等。(4)診斷功能。CPU的智能化診斷系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)的功能是否正常、記錄錯誤和特殊系統(tǒng)事件(例如：超時，模塊更換等等)。(5)支持可選的存儲卡。本系統(tǒng)中采用的CPU模塊CPU312除內(nèi)置16kb的工作存儲器外，還可選可拔插的4Mb(MMC)裝載存儲器，全面?zhèn)浞莩绦?，用戶?shù)據(jù)和組態(tài)信息。(6)集成多點接口(MPI)。MPI用于同時連接編程器、PC機、人機界面系統(tǒng)及其他，SIMATICS7／M7／C7等自動化控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)中采用的CUP模塊CPU312支持6個MPI連接，數(shù)據(jù)傳輸速度187．5kbps。三、S7-300PLC硬件配置根據(jù)系統(tǒng)要求，PlC總體配置如下：中心處理模塊(CPU)：選用CPU312模塊，其中公用LCU一塊，一臺機組LCU一塊；開關量輸進模塊(DI)：選用SM321模塊，其中公用LUC一塊(16點／塊)，一臺機組LCU采用2塊(32點／塊)；開關量輔出模塊(DO)：選用SM322模塊，其中公用LCU采用一塊(16點／塊)一臺機組LCU采用1塊(32點／塊)；模擬量輸進模塊(AI)：選用SM331模塊，一臺機組LCU采用2塊(8點／塊)。四、S7-300PLC與監(jiān)控系統(tǒng)的通訊方式DCAP-3500水電站綜合自動化系統(tǒng)的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)是一個基于以太網(wǎng)聯(lián)接的實時通訊網(wǎng)，在控制層設有兩個上位機，也可稱為值班職員工作站。在現(xiàn)地層(LCU)中共有4臺前置機，其中公用LCU采用一臺工控機作為前置機。每一臺機組采用一臺工控機作為前置機，共三臺。上位機與公用／機組LCU的中的前置機通過100M快速以太網(wǎng)進行連接，網(wǎng)絡交換機采用3COM16口快速以太網(wǎng)交換機，網(wǎng)絡拓補結(jié)構(gòu)為星形結(jié)構(gòu)，采用標準的TCP／IP通訊協(xié)議。在LCU系統(tǒng)中采用研華工控機作為前置機，通過CP5621接口卡使工控機與S7-300PLC相連。將S7-300PLC采集的數(shù)據(jù)進行標度變換、越限報警、數(shù)據(jù)打包等處理后，通過100M快速以太網(wǎng)上傳到上位系統(tǒng)中，同時，上位系統(tǒng)的控制命令也通過100M快速以太網(wǎng)經(jīng)工控機下達給S7-300PLC(如圖1)。也就是說S7-300PLC是通過工控機來與監(jiān)控系統(tǒng)連接從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換的。圖1以工控機為網(wǎng)絡接口的LUC結(jié)構(gòu)五、S7-300軟件編程1．S7-300PLC編程軟件的主要特點編程軟件包為STRP7 SP4，為S7-300PLC提供了方便、友好的編程環(huán)境。具有以下幾個特點：包含了自動化項目中所有階段(從項目組態(tài)到調(diào)試，測試以及服務)的功能；采用模塊化編程方式，把系統(tǒng)的各個工作編成一個個功能塊，在一個OB中調(diào)用，方便易用，便于用戶理解修改；可使用任伺一種編程語言：語句表(STL)，功能塊表(FBD)和標準梯形邏輯(LAD)進行程序的編寫，可為所欲為的從一種語言切換到另一種。同時也提供面向?qū)ο髷?shù)據(jù)治理和功能的圖形賦活SIMATIC-Manager。硬件配置工具和試驗工作方式的切換設備(經(jīng)過按鈕)以及指令集，指令集的指令非常豐富，即使是非常復雜的功能也能簡便地編程。相同用戶接口的同一，只需在一個用戶接口上將數(shù)據(jù)輸進一次即可為每個任務使用相同的功能：從配置和編程到啟動和文件編制。原有程序和新程序可一起使用，可以將由STEP5或TISOFT寫的程序使用轉(zhuǎn)換程序可將原有程序立即轉(zhuǎn)換到STEP7；西門子公司網(wǎng)站提供了大量的編程資料下載，更加方便了程序的編寫工作。2．S7-300PLC編程實例圖在圖2中打開的是1#機組的項目庫，它由組織塊(OB)，功能(FC)，功能塊(FB)三種邏輯塊和數(shù)據(jù)塊(DB)構(gòu)成。OB1為CPU循環(huán)掃描時間內(nèi)唯一掃描的主程序，F(xiàn)C或FB被CPU執(zhí)行的條件是必須是在組織塊(OB)中被調(diào)用，同時FB和FC也能實現(xiàn)子程序的嵌套。FB與FC的區(qū)別在與它們的變量聲明表中能夠定義的參數(shù)類型不同。當FC的程序執(zhí)行完成后，F(xiàn)C的參數(shù)不能被保存；當FB的程序執(zhí)行完成后，F(xiàn)B的參數(shù)能被保存。在OB1中調(diào)用FC時，只需直接調(diào)用，如：CALLFC1；而調(diào)用FB時，必須為其分配一個背景數(shù)據(jù)塊，用宋保存FB的參數(shù)，如：CALLFB1，DB7。背景數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)格式與相應FB的變量聲明表的數(shù)據(jù)格式相同，不答應用戶進行修改。圖2STRP7編程軟件運行界面圖3與圖4所示圖形足在SEP7使用標準梯形邏輯(LAD)編程方式天生的S7程序，其中“—｜｜—”表示常開接點，“—｜/｜—”表示常閉接點，“—()—”表示輸出線圈，“—(R)—”表示復位線圈，“—(P)—”G表示RLO正跳沿檢測。圖3機組開機的梯形邏輯圖(部分)圖4機組件機梯形邏輯圖(部分)六、結(jié)柬語作為LCU中的核心組成部分，西門子S7-300PLC能正確、實時地反映水電站設備的運行狀態(tài)和參數(shù)，可靠地控制現(xiàn)場設備，各項性能指標充分滿足水電站自動化系統(tǒng)的要求，確保了普梯水電站在“無人值班、少人職守”的運行治理方式下的安全、經(jīng)濟運行。