西門(mén)子S7-400在萊鋼工業(yè)除鹽水改造中的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用（上）
| 1 引言 除鹽水站作為萊鋼銀山型鋼公司25MW發(fā)電工程的主要設(shè)施，擔(dān)負(fù)著供應(yīng)三臺(tái)130t鍋爐和四臺(tái)150t除氧器用水的重要任務(wù)。從現(xiàn)場(chǎng)除鹽水生產(chǎn)來(lái)看，自動(dòng)化監(jiān)控程度低，絕大部分的水泵是人工操作控制，在新的改造項(xiàng)目中需要在原先生產(chǎn)工藝上增加多介質(zhì)、活性炭過(guò)濾器以及陰陽(yáng)離子置換器等高新技術(shù)生產(chǎn)設(shè)備，所以更加需要對(duì)整個(gè)除鹽水站進(jìn)行自動(dòng)化控制的改造，從而可以節(jié)約能源，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，大大提高生產(chǎn)水平。 2除鹽水生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)介 除鹽水改造后的生產(chǎn)線(xiàn)主要設(shè)備有6個(gè)多介質(zhì)和6個(gè)活性炭過(guò)濾器，超濾裝置，反滲透裝置，脫碳風(fēng)機(jī)，陰離子和陽(yáng)離子交換器，以及生水泵3臺(tái)（1臺(tái)變頻），高壓泵6臺(tái)，4臺(tái)除鹽水泵（1臺(tái)變頻），反滲透出水泵3臺(tái)（1臺(tái)變頻）等。生產(chǎn)工藝圖見(jiàn)圖1：  3 系統(tǒng)組成及軟件設(shè)計(jì) 根據(jù)工藝的要求，萊鋼銀山型鋼公司25MW發(fā)電工程除鹽水站PLC控制系統(tǒng)采用一套西門(mén)子的SIMATIC的S7-4007-400掛ET200結(jié)構(gòu)，由一個(gè)主站、三個(gè)從站和兩個(gè)PC站（上位機(jī)）組成。用S7-400系列模塊做主站，S7-300系列模塊作從站，主站通過(guò)PROFIBUS總線(xiàn)電纜和接口模塊與從站通訊，這樣的構(gòu)架既保證了PLC系統(tǒng)的先進(jìn)性又為用戶(hù)節(jié)省了成本。主站是由一個(gè)支持冗余的底板和S7-400系列電源模塊、CPU模塊、CP模塊組成，模塊支持熱插拔。從站是ET200M分布式系統(tǒng)，是在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)常使用的PROFIBUS DP現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)上的從站，用于連接工業(yè)控制系統(tǒng)中的各種現(xiàn)場(chǎng)裝置。 3.1 硬件配置 本系統(tǒng)是建立在S7-400控制器、DELL 的Pentium工控機(jī)平臺(tái)之上的分布式系統(tǒng)。S7-400是模塊化PLC系統(tǒng)，采用標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)通訊，每個(gè)控制器可以控制64個(gè)回路，******的可處理131072個(gè)I/O點(diǎn)，其中模擬量I/O點(diǎn)數(shù)為168個(gè)，邏輯掃描率為1.25MB/S。S7-400與上位機(jī)采用工業(yè)以太網(wǎng)，通訊速率為100Mbps。系統(tǒng)主要硬件配置和I/O點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1和表2，系統(tǒng)配置結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2：    除鹽水生產(chǎn)線(xiàn)自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)由兩級(jí)網(wǎng)絡(luò)組成，一級(jí)是過(guò)程控制級(jí)，二級(jí)是基礎(chǔ)控制級(jí)。 第一級(jí)——過(guò)程控制。以S7-400PLC系統(tǒng)作為主要控制核心,由兩臺(tái)上位機(jī)、PLC控制單元加以太網(wǎng)卡等組成工業(yè)以太網(wǎng)，監(jiān)控站利用組態(tài)軟件WinCC實(shí)現(xiàn)對(duì)工作現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)督控制，中央處理器采用CPU416，I/O系統(tǒng)采用ET200M，通過(guò)ET200分布I/O通訊對(duì)流量、液位、pH值、出口壓力等參數(shù)進(jìn)行采集，上位機(jī)將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)送到服務(wù)器的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中，進(jìn)行保存和數(shù)據(jù)處理。過(guò)程控制級(jí)通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)將上位機(jī)系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)與控制點(diǎn)緊密的結(jié)合為一個(gè)整體，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)在線(xiàn)遠(yuǎn)程診斷功能。 第二級(jí)——基礎(chǔ)自動(dòng)化。PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)是網(wǎng)絡(luò)集成的最底層，主要是連接現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。主站S7-400 PLC通過(guò)PROFIBUS-DP網(wǎng)與從站通信，一方面主站將控制數(shù)據(jù)電機(jī)速度設(shè)定、溫度、壓力設(shè)定、接觸器吸合及斷開(kāi)等發(fā)送到傳動(dòng)裝置；另一方面?zhèn)鲃?dòng)裝置的電機(jī)轉(zhuǎn)速、傳感器流量、溫度、壓力、接觸器觸點(diǎn)的通斷等數(shù)據(jù)通過(guò)通信傳送到主站PLC指定的寄存器地址。Profibus-DP主要用于工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的高速數(shù)據(jù)傳送，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)和控制功能，是一種高速低成本通訊，用于設(shè)備級(jí)控制系統(tǒng)與分散式I/O的通訊，是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊向現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的延伸。 3.2 軟件設(shè)計(jì) 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)采用Windows 2000 Professional 中文版本，上位機(jī)監(jiān)控軟件采用Wincc 6.0組態(tài)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。 3.2.1 操作系統(tǒng)軟件Windows 2000 Professional中文版提供了一個(gè)快速、高效的多用戶(hù)、多任務(wù)操作系統(tǒng)環(huán)境，是目前使用廣泛的工控系統(tǒng)。 3.2.2 Wincc 6.0監(jiān)控軟件實(shí)現(xiàn)了對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)量、模擬量的采集和處理，并顯示在監(jiān)控畫(huà)面上，在對(duì)多臺(tái)重要水泵的控制中的物理量如電流、主回路運(yùn)行、頻率設(shè)定，有無(wú)故障等都實(shí)時(shí)顯示在系統(tǒng)畫(huà)面上，方便操作人員及時(shí)掌握系統(tǒng)的運(yùn)行情況。 3.2.3 采用Step7 對(duì)西門(mén)子可編程序控制器進(jìn)行配置、編程，它可以利用IEC-1131標(biāo)準(zhǔn)中八種編程語(yǔ)言中的六種（STL、LAD、FBD、CFC、SFC、SCL）進(jìn)行編程。 4 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn) 根據(jù)除鹽水生產(chǎn)工藝，監(jiān)控系統(tǒng)的功能主要是實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)新水的加藥、過(guò)濾、超濾、反滲透技術(shù)、陰陽(yáng)離子置換、酸堿作用等控制工序，大致可分為過(guò)濾系統(tǒng)、超濾系統(tǒng)、反滲透系統(tǒng)、陰陽(yáng)離子置換系統(tǒng)、與酸或堿結(jié)合系統(tǒng)5個(gè)子系統(tǒng)，系統(tǒng)監(jiān)控主畫(huà)面及分系統(tǒng)畫(huà)面見(jiàn)圖3、圖4、圖5：    4.1 畫(huà)面顯示功能:該畫(huà)面通過(guò)wincc 6.0軟件組態(tài)編輯實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)模擬顯示整個(gè)除鹽水制備的過(guò)程。利用數(shù)據(jù)鏈接技術(shù)使得畫(huà)面上的元件實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)、閃爍、變色等功能,讓畫(huà) |
