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在工业自动化领域，西门子PLC系列得到了广泛的应用。在某些特定的行业，例如：垃圾发电，运输，水处理，食品加工等行业，需要自动化控制系统有较高的可靠性和容错能力，从而避免由于故障导致停机，给工厂造成巨大的经济损失。因此在这些行业中需要使用西门子冗余系统，即西门子PLC S7-400H系列，它属于西门子PLC S7-400系列的一种，用户通过这种冗余型西门子PLC系列，可以有效的保证控制系统稳定可靠运行。本文下面就对西门子PLC S7-400H系列做一个介绍，供用户在使用过程中进行参考。

　　二、西门子PLC S7-400H系统

　　西门子PLC的冗余系统是指当系统中的一台CPU发生故障时，冗余系统自动切换到第二台备用的CPU上继续运行程序而不会导致系统中断。典型的西门子PLC冗余系统是西门子PLC S7-400H系统，它的硬件配置包括下面几部分：

　　1. PS407电源

　　西门子PLC S7-400H系统包含2个PS407电源，由于是冗余系统具有2个CPU，因此同样需要2个PS407为系统提供电源；

　　2. CPU

　　西门子PLC S7-400H系统包含2个西门子PLC 400系列的CPU，用来实现一主一备的配置，这样就可以保证系统在任何时候都至少有一个CPU保持在工作状态；

　　3. 机架

　　西门子PLC S7-400H系统包含1个机架，用来放置所有西门子PLC 400系列的模块；

　　4. 存储卡

　　西门子PLC S7-400H系统包含2个存储卡，分别用来保存2个西门子PLC S7-400CPU中的程序；

　　5. 同步单元

　　西门子PLC S7-400H系统包含2对同步单元，它们的作用是完成程序和数据备份，当主CPU在运行时，里面的程序和数据会通过同步模块复制到备用CPU中。因此，当系统从主CPU切换到备用CPU时，系统中的程序和数据可以保持一致性，从而保证了系统的稳定运行；

　　6. 通讯单元

　　西门子PLC S7-400H系统包含2个通讯模块CP443-1，用户通过它们来实现主、从CPU与其他设备，例如：上位机等之间进行的数据交换工作。

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2.1设备分布

　　同大部分的泵站一样，其设备分布平面图如下（图1）所示。

　　①进出水闸门：用来防止黄浦江江水倒灌和泵站维修。

　　②集水池：地下管道的污水汇集在此集水池，集水池被不锈钢格栅分成内外区，污水由内区流经格栅除污后，到外区排入黄浦江中。集水池内外区边安装有超声波液位仪用来检测内外区水位和水位差。

　　③除污机：泵站装有钢丝绳牵引式格栅除污机2台，除污机用于把附于格栅上的垃圾和污物从集水池中提出来处理。

　　④变压器房：为保证泵站的可靠工作，泵站建有两座800KVA电力变压器。电力变压器安装有温度监控器监测三相温度，当温度超限能自动启动风机降温和报警。

　　⑤水泵房：塘桥泵站安装了六台180 kW的轴流水泵；在存水房装有水位检测器。

　　⑥控制柜房：房内装有进线柜2台（柜1，13）；功率因素补偿柜4台（柜2，3，11，12）；泵开关柜（柜4-6，8-10）和联接柜1台（柜7）。

2.2控制要求

　　以塘桥泵站为设施对象，进行整个泵站的自动化监控和管理的改造。

　　①改造泵站的水泵控制开关柜，使之具有就地和远程控制的功能。

　　②改造泵站的功率因素补偿柜，能实现就地自动补偿和远程电网监控。

　　③改造泵站的变压器房对于变压器A，B，C三相温度进行远程显示，高温报警等功能；

　　④建立泵站的控制室，对泵站实施三级控制，在控制室内设置自动化监控操作台和信号处理柜。

　　⑤采用SIEMENS的S7-300系列PLC，对整个泵站实现自动化监控 ，水泵将根据泵的状态 ，水位，雨量，电网状况，闸门位置等工况自动投切。

　　⑥通过对水位差的检测，提示或自动投切除污机。

　　⑦采用高性能的10英寸真彩LCD触摸式显示屏，对整个泵站进行动态监控管理，故障报警，工况记录和报表打印。

　　⑧预留通信接口，可通过电话线路或DDN网联网进行区域监控和数据传送。

　　3.硬件系统构成

　　根据以上要求，我们开发研制了下述这套塘桥泵站自动化监控系统。系统的结构见图2。 主要 的配置如下。

　　3．1 PLC配置

　　泵站自动化监控系统的PLC采用SIEMENS的S7-300系列。根据系统要求 ，PLC总体配置如下：

　　①中央处理模块（CPU）：选用CPU314，内存RAM扩展到64K。

　　②数字量输入模块（DI）：选用SM321,共8块（16点/块）。处理128点输入信号。

　　③数字量输出模块（DO）：选用SM322,4块为16点/块，4块为8点/块。处理96点输出信号。

　　④模拟量输入模块（AI）：选用SM331,共3块（8点/块）。处理24点输入信号。

　　⑤通信模块：选用CP340,共2块，1块为RS232接口，1块为RS485接口。

　　PLC采用了四个框架，在RTU信号柜内有三个，其中一个为备用扩展框架；另一个在操作台内，通过IM361扩展连接，这样简化了接线，大大地提高可靠性。

　　3．2触摸屏配置

　　触摸屏采用了日本DIGTAL公司的570 HMI（当时SIEMENS还没有此类HMI）来 实 现上述要求。HMI是以RS232接口与PLC的CP340连接，采用SIEMENS的3964R的协议完成 通信。

　　3．3电网监控配置

　　电网监控采用法国SOCOMEC公司的DIRIS M型的电量监控器，可检测三相四线制的相电压，线电压，相电流，零线电流，有功无功功率，功率因素，频率及相应的大值。监控器以RS485接口采用MODBUS协议与PLC的CP340连接，传送电网监控数据。因为泵站是采用双路电网进线，故应用了两套电量监控器，分别安装两侧进线柜上。

　　其他的装置的信号都是通过数字量或模拟量点出点入与PLC连接。

　　4．软件监控实现

　　塘桥泵站自动化监控系统的软件主要有两部分：PLC监控软件和触摸屏图控软件。 PLC监控 软件由几大模块组成。

　　4．1系统检测和故障处理模块

　　系统检测处理所有的输入信号，根据具体情况将作出不同响应。处理的信号有：六台泵电机的温度和振动；进出水闸门状态；存水房液位；防火防盗安全；两台电源变压器温度；雨量；四台功率因素补偿柜工况；电网工况（电压欠压和过压监控；三相电流过载监控；缺相监控；三相不平衡监控；功率过载监控；功率因素监控；电量累计）；污水池水位等。

　　系统故障分类为三级:一级故障定义为。当发生此类故障，将禁止所有控制输出。声光报警，记录打印，在显示屏上显示故障类型和解决方法。只有在排除故障，按人工复位键后系统恢复正常工作。二级故障定义为次级。当发生此类故障时将禁止故障点的控制输出，系统作自动调正继续当前操作。故障报警和恢复同一级故障。三级故障定义位。当发生此类故障时，仅声光预警，不中断当前操作。根据系统中产生的各种故障实施相关的故障声光报警和记录。此刻触摸式显示屏进入故障报警画面，显示故障内容，性质，地点，时刻和解决方案，并打印。

　　4．2除污机和排水泵的运行处理

　　泵站有两台除污机,系统对除污机的工况进行监控。故障信号置位，置二级故障报警，由<系统故障处理>模块处理。根据信号状态点亮或熄灭有关指示灯。机同时在触摸式显示屏上显示。当除污机柜上的选择开关选择远控，操作台在泵自动运行前，先进行排污操作。采用水位差检测，则根据水位差标志实施自动排污。在自动排污时，先在现场声光预警，再运行装置。

　　泵启动柜有六台与操作台相联进行控制。

　　①当故障信号置位，置二级故障报警，由<系统故障处理>模块处理。

　　②根据信号状态点亮或熄灭有关指示灯。 

　　③当泵开关柜上的选择开关选择远控，在操作台上可实施四种泵运行方式：手动方式；自动方式；预抽空方式；检修方式。

　　④在操作台上对每台泵设置有各自的状态指示灯；手动操作按纽和选择开关。

　　⑤单台泵的选择开关有四档：停止；检修；手动和自动。当设置手动档时可实施手动或预抽空操作。在自动档时则允许该泵进入系统自动运行组态。

　　⑥在系统操作上设置有三档的选择开关：停止；自动和预抽空。<停止>禁止所有泵的运行；<自动>允许单台泵选择开关设置在自动档的泵进入自动运行组态。<预抽空>允许单台泵选择开关设置在手动档的泵预抽空运行。

运动控制功能特点
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为了帮助用户开发运动控制方案，STEP 7- Micro/WIN SMART 提供运动控制面板。其中的操作、组态和包络组态的设置使用户在开发过程的启动和测试阶段就能轻松监控运动控制功能的操作。
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　　⑦泵的启动和停止要延时依次投入和退出。

　　⑧泵的基本联锁条件：A.一级故障，电源故障禁止所有泵运行；B.泵电机故障，泵启动柜故障禁止对应泵运行；C.泵的不同运行要附合上述泵启动柜，操作台之间的正确设置；D.水位联锁。

　　⑨当满足上述不同联锁条件，泵可进入手动，检修,预抽空或自动运行。

　　⑩在泵自动运行时,要根据水位点和水位区来确定需运行的泵数；判断能投入自动组态的泵是否满足上述要求，如不满足，则故障报警；如可组态的泵多于所需投入运行的泵，则依据这些泵运行时间累计数小的泵投入运行。随着水位降低，逐步退出当前运行时间长的泵。