SIEMENS/6ES7211-1HE40-0XB0

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1 引言
　　随着国民经济的发展，对电力系统、电厂的要求越来越高。对于水电厂来说，装备一套结构合理、功能完善、可靠性高的现地控制单元，是水电厂提高安全生产水平，实现“无人值班”的重要环节。
　　
2 原有设备问题分析
2.1 原有现地单元
　　原有现地控制单元包含一面盘柜，柜内安装了Modicon984-145型PLC，参见图1。该PLC属于凑型的PLC，基本的控制和数据采集功能都可以实现;与一体化工控机以及上位机采用了MB+网方式通信，该PLC仅具有一个RS-233口，协议固定为MODBUS，规约只能是MODBUS从站。



图1 原有盘柜布置图
　
　
2.2 原系统存在问题
（1） 整个电站的通信采用一个MB+网，当通信线路一个地方发生故障可能会影响整个电站的运行，对电厂的安全运行形成隐患;
（2） 对外通信扩展不方便，许多外部设备的信息无法采集到PLC中去;
（3） 随着外部控制设备的更新改造，所需测控点数增加，原有配置已无法满足要求;
（4） 当地显示界面即一体化工控机故障率比较高;
（5） 备品备件订货越来越困难。
为此需对现地控制单元进行更新改造。
　　
3 技改方案分析
　　结合水电厂现场改造的经验，提出如下三个现地控制单元改造方案以供比选。
（1） 全部更新
　　把原有设备全部更新，改用Quantum PLC。全部更新，原有设备要全部报废，这样改造的成本较高，同时现场配线、安装等工作量都较大，改造周期较长。
（2） 扩展DI/DO新屏
　　扩展一面屏，增加开关量输入和输出点数，PLC仍采用Modicon984，和上位机通信仍需采用MB+方式。由于仅仅是对原有系统进行扩充，增加了相关的点数，整个系统的功能特点以及可靠性等并没有过提高，这种方案改造的意义不大。
（3） 扩展PLC新屏
　　原有屏柜保持，新扩展一面屏柜，采用Quantum PLC，Quantum PLC与原有PLC采用MB+网进行通信;与上位机通信方式改用以太网通信，即PLC直接上以太网，在新增屏柜上安装一台通信管理机。
　　在充分利用原有设备的基础上，增加了一套Quantum PLC，数据处理能力得到很大的提高，Quantum PLC具有无与伦比的网络连接能力，特别是应用于MODBUS　PLUS网络的站间通讯（Peer Cop）技术，其快速、准确、可靠的性能充分满足功能要求，在新盘柜和旧盘柜之间即采用MB+网进行通迅，高速MB+网络的通讯功能也得到了充分的利用，上位机的通迅改用了以太网方式，提高了速度和可靠性，同时改造过程中工作量也增加的不是很多，具有可行性。
　　
4 系统设计
　　系统配置方案如图2所示。在该方案中，原有Modicon984 PLC配置以及盘柜布置和外部接线不作任何更改;增加了一套盘柜，盘柜内安装了一套Quantum PLC，PLC配置有140CPU 11303S，增加了开入模件、开出模件、模入模件、以太网通信模件。这就弥补配置点数不足的问题，同时解决了与上位机通信的问题。



图2 原配盘柜与扩展盘柜

　　
4.1 数据采集和处理功能
　　原配置Modicon984 PLC和新增Quantum PLC都具数据采集功能，都配有相应的数据采集模件，两套PLC共同完成现地控制单元的数据采集功能;Modicon984 PLC采集到的所有数据通过MB+网络，采用Peer Cop方式送到Quantum PLC中去，Quantum PLC对所有的数据进行处理，即数据处理功能全部由Quantum PLC完成，这就充分利用了Quantum PLC高速的数据处理功能。
4.2 控制和调节功能
　　Modicon984 PLC和新增Quantum PLC都配有开关量输出模件，即都具有控制和调节功能;Modicon984 PLC中的开出点，既可以由Modicon984 CPU控制也可以由Quantum PLC控制，两者是‘或’的关系;Quantum PLC通过MB+网络，采用Peer Cop方式把开出点信息送到Modicon984 PLC中去，同时Modicon984 PLC也编有程序，可以实现对开出点的控制，这主要是用来实现对辅机或自启动流程的控制。

4.3 人机界面
　　在新增盘柜，装有触摸屏，触摸屏与Quantum PLC通迅，这样可以实现所有数据的实时动态显示，同时可以下发相关的控制令给Quantum PLC，Quantum PLC接受到控制命令后进行解释执行。
4.4 对外通信
　　在新增盘柜，安装有以太网通信模件和通信管理机，以太网通信模件用来和上位机系统通信。通信管理机主要是把现场辅助设备的运行信息进行采集，同时把采集到的数据信息送到Quantum CPU里，其自身具有八个RS-232串口，这样整个现地控制单元的外部通信功能大大增强。
4.5 系统结构主要特点
（1） 原有Modicon984 PLC相当于一个智能I/O，自身可以运行PLC程序，这样一些流程就保持不变，而这些控制功能又不受所扩展盘的影响;而对Quantum PLC来说，可以把Modicon984 PLC当一个扩展I/O来处理，它可以处理Modicon984 PLC所有的开关量、模拟量等;
（2） Modicon984 PLC和新增Quantum PLC采用Peer Cop方式，通过高速MB+网络进行通信，实践证明，通信快速、准确、可靠。
　　
5 软件的功能和实现
5.1 Modicon984 PLC程序功能设计
（1） 编写简单的程序，以实现Quantum PLC和Modicon984 PLC可以同时控制Modicon984 PLC的开出点.
（2） 把开关量、模拟量进行处理，送到指定的寄存器，以便通过Peer Cop方式一齐传输到Quantum PLC;
（3） 简单的辅机流程和自启动流程
由于原配置Modicon984CPU不支持Concept编程，所以仍需用MODSOFT组态软件来编写。
5.2 Quantum PLC程序功能设计
（1） 发电机组的开停机流程、功率自动调节流程等;
（2） 对所有采集到数据进行处理分析;
（3） 接受上位机和触摸屏所发的控制命令并解释执行。
　　编程软件采用了组态软件Concept2.6，该软件支持梯形图（LD）、功能块图（FBD）、结构化文本（ST）等多PLC编程语言，能保证系统的各类控制功能的需求。

1 引 言

    钢铁行业煤化工厂焦处理工艺存在着操作点多，设备分布比较松散的特点，在满足工艺要求的前提下，尽量减少劳动定员和劳动强度，是自动化工程技术人员的课题。随着信息技术和网络通讯技术的飞速发展，充分利用自动化及网络技术就可以得到解决。 

2 工艺描述

    在攀钢煤化工厂1#焦炉易地大修项目中，整个焦处理按工艺流程可分为运焦、筛焦和储焦、放焦、焦处理除尘等几部分，运焦主要是完成从新1#焦炉生产处理的焦炭及时运送出来;筛焦主要是将焦炭进行筛选分为小于5mm、5mm～10mm、10～25mm、25～80mm、大于80mm等几种不同规格的焦炭;储焦主要是对筛选后的焦炭按照不同大小分别储存放在不同的储焦仓内，放焦主要是根据炼铁厂的需要，把焦炭从储焦仓内放到皮带运输机上运送到不同的目的地，或者把焦炭从储焦仓内放到火车或汽车等运输工具将不同规格的焦碳输送给客户。另外，由于焦炭在使用皮带运送过程中粉尘较大，为了保护环境和现场工人的身心健康，该系统设计了一套除尘系统。

3 系统配置

    攀钢煤化工焦处理工艺采用了施耐德电气公司的Quantum系列控制柜作为过程控制系统。各控制分站负责现场设备的数据采集和控制，并通过操作员站对现场设备的运行情况进行实时监控管理，可对整个系统的设备进行监视和集中控制。

    3.1 系统硬件配置

    PLC系统的硬件配置如图1所示。

图1 焦处理控制系统硬件配置网络图

    （1） PLC控制柜

    施耐德电气公司Modicon Quantum系列I/O架构可用于三种主要体系结构，以满足控制系统的要求:本地I/O、远程I/O（RIO）和分布式I/O（DIO），本系统采用远程I/O结构。由于所控制的设备比较分散、距离较远，另外，系统还采用光纤中继器的点对点RIO通信方式，这样可以增强整个网络的抗杂波干扰能力，提高整个控制系统数据交换的稳定性。

    攀钢煤化工厂的焦处理控制系统共有5套PLC柜，其中1#主站安装有一块CPU板，其余均为I/O柜，并且1#、2#、5#柜内各有2个分站，所以本系统共有一个主站和7个分站。

    主站有一块CPU板，它可与Concept软件兼容。为了便于与其他设备进行通讯，安装有一块以太网模块是140 NOE 771 11，它使用Ethernet TCP/IP协议与操作员站、工程师站进行通讯，它的传输速率为10/100Mbps。

    系统上的每个分站都安装有一个MA-0185-100分支器进行，由于4＃站和5#之间的距离较远，为了确保通讯顺畅，我们采用光纤、光纤中继器进行通讯。

    （2） 操作员工作站

    考虑到现场情况，本系统为实时监控网络结构，在中控室配有一台操作员站，具体配置如下:

    CPU: pentium 4处理器，主频2.4GHz。硬盘:80G，内存:512Mb，网卡:100M，底板:PBP-13L4工业底板PW-300W，显示器:三星21"CRT纯平，52X光驱，1.44M软驱，带键盘和光电鼠标。

    它与控制系统、工程师站组成以太网，可通过TCP/IP协议与INTERNET网络互连，使用户可以在任何地方，通过INTERNET对监控设备进行维护。

    （3） 工程师站

    工程师站的硬件配置与操作员站完全相同。当操作员站发生故障时，可以马上通过设定操作人员权限，将工程师站转换成为操作员工作站。

    3.2 系统软件配置

    （1） PLC控制系统软件

    本系统采用Concept V2.6版本的软件包，它是基于bbbbbbs 2000平台的工业软件系统，具有功能强大的编程组态功能。Concept非常易于组态，所有地I/O模块均可通过Concept进行配置，在软件中为每个模块指定I/O地址，使得在配置中添加和更改模块极为简单，不必因物理位置更改应用程序。

    具有所有5种IEC61131-3编程语言，分别为顺序功能图表、功能块图、梯形图、结构化文本、指令表。根据工艺需要，我们采用功能块图语言编制应用程序。

    （2） 操作员站软件

    本系统采用悉雅特公司的1500tag服务器版监控软件（带有Schneider Quantum IOServer）制作操作员监控画面。它是基于bbbbbbs 2000平台的工业软件，直接从PLC程序级输入标签定义，可以有效的缩短开发时间，达到快速、便捷、准确的目的，它可以自动更新标签，确保与控制系统同步进行，并保护数据的完整性，并支持当前所有的网络通讯协议，使得站与站之间的过程数据交换畅通无阻