西门子6ES7518-4TP00-0AB0性能参数

一 前言

水制备系统包括纯化水处理(二级反渗透)和注射水制备系统。随着科学技术的发展，人们对水质(包括医用水和饮用水)的要求也越来越高。因此，近几年净水及制水设备的更新和改造的步伐发展非常快，为了得到合格的纯化水，对水处理设备的自动化要求也越来越高。本文介绍一种以软PLC为主站，以S7-200系列的PLC为从站的全自动水制备控制系统，这是西门子WinAC和Profibus现场总线在纯化水处理和制备领域中的应用实例。

二 系统简介

1. 控制对象
该水制备系统由两部分组成：反渗透纯水系统和注射水制备系统。

反渗透纯水系统包括一级反渗透、二级反渗透。主要控制对象有原水阀、原水泵、砂滤后水控温阀、一级RO进水阀、一级高压泵、一级RO冲洗阀、一级PW回流/出水阀、二级高压泵、二级RO冲洗阀、二级PW回流/出水阀、纯水泵、药洗泵、计量泵等。输入监控点有2个电导率(水质监测)、2个流量、1个pH值、3个水箱液位、2个温度点以及故障信号等。

注射水制备系统包括1个蒸馏水机、2个PID调节回路。主要控制对象有原料水进口阀、注射水出口阀、纯蒸汽出口阀、注射水泵、原料水泵、冷却水泵、回收冷凝水泵、蒸汽调节阀和冷却水调节阀等。输入监控点有1个电导率(水质监测)、1个流量、3个水箱液位、8个温度点以及故障信号等。

2.控制流程
系统分5个控制回路：(1)原水控制回路：自来水通过原水阀进入原水箱，原水阀的开/关由原水箱的高低液位来控制；(2)一级纯化水控制回路：原水箱的水通过原水泵进入砂滤、碳滤和精滤，再由一级高压泵送入一级RO装置，经过一级RO处理过的纯化水检验合格进入中间水箱，不合格则回到原水箱；(3)二级纯化水控制回路：中间水箱的水通过二级高压泵送入二级RO装置，经过二级RO处理过的纯化水经检验合格后进入纯水箱，不合格则回到中间水箱；(4)纯化水使用点控制回路：纯水箱中的纯化水通过纯水泵送到各使用点和原料水箱，根据各使用点的用水量和原料水箱的液位控制纯水泵；(5)注射用水控制回路：原料水箱中的纯化水通过原料水泵送入蒸馏水机，生成注射用水，经电导仪检验，合格的进入注射用水水箱，不合格的则流到回收水箱。

三 控制系统的构成

1. 系统配置框图
控制系统由一台工控机配CP5613通信卡和WinAC软PLC为主站，以S7-200 系列的PLC为从站。该系统的配置框图如图1所示。

2. 系统配置特点
根据这种水制备系统的技术要求，现场实时控制采用S7-200系列PLC——CPU226和CPU224，再加扩展模块EM222、EM231和EM232，通过EM277从站模块，作为从站上挂到Profibus-DP现场总线。这样的配置成本较低，从站可以不依赖于主站独立运行。上位机监控采用WinAC软PLC作主站，用微软的Visual Basic(VB)或西门子的ProTool/Pro软件开发监控画面，这符合水制备系统的实时控制和动态监视要求，实现过程也比较容易，因为主从PLC之间的通信接口可通过WinAC实现，而无须费力去开发。

四 控制系统的功能与自动化的实现

1. 系统功能

运行方式：自动运行和手动操作。用户界面：系统提供友好的用户界面和方便的操作按钮。实时监控：动态显示水箱的液位、泵阀的开关状态、模拟水流、水质、温度、pH值、液位、瞬时流量和积算流量等，并根据液位、流量和水质的情况自动控制泵阀的开关、流量的大小和出口回流等。报警功能：系统有自动报警功能，并能记录故障的时间、原因等信息。打印输出：系统能定时或实时打印出故障信息、水箱液位、流量、水质、温度等信息。保存数据：系统具有保存数据和与其他应用程序交换数据的功能。在线帮助：系统提供完备的在线帮助信息，操作员遇到问题时能及时得到帮助和指导。

2. WinLC组态及编程

用STEP编程软件组态软PLC主站和EM277从站的配置，并对主机编程。该程序主要是处理主站的应用程序(用户界面)与实时控制的从站PLC之间的数据信息交换、报警事件的处理、两个从站之间的运行协调和一些运行参数的存储等，WinLC主机配置组态如图2所示。

a. 上位机应用程序

用Visual Basic语言或ProTool/Pro组态软件设计友好的用户界面和监控画面，通过WinLC主机，向Profibus-DP上的EM277从站(S7-200系列PLC)发送命令，同时读取从站PLC监测到的设备运行状态、模拟量采样数据和报警信息等。根据这些实时数据，系统在屏幕上动态显示整个水制备装置的运行情况，包括水流方向、水箱液位、电导率、pH值、流量、温度和泵阀的开/关状态等。一旦发现故障报警信息，系统即显示明显的警示画面，通过WinLC主机向各从站PLC发出停机命令，保存并记录故障发生的时间、方位和原因等原始数据。上述程序还可以根据用户要求保存所需要的历史数据，定时、实时(如故障信息)或按操作键打印所需的数据和信息，如电导率、pH值、流量、温度和有无故障发生等。用ProTool/Pro设计的水制备系统的用户监控画面如图3所示。

b. 从站PLC程序

用STEP7 Micro/WIN软件设计从站PLC(S7-200系列)程序。该主程序由自动运行程序、手动操作程序、状态及故障检测程序、初始化子程序、模拟量处理子程序、总线数据交换子程序和PID回路调节中断程序等组成。由于采用Profibus-DP总线结构，因此从站PLC程序无须考虑与主站的通信问题，只需在已指定的输入/输出缓冲区中交换数据即可。同时，该从站PLC还可以脱离主站而单独运行。

c. 系统的可扩展性

通过OPC，系统可以与其他应用程序连接，也可以实现数据共享。从站数量可以扩展，从站PLC的模块亦可以根据要求扩展，甚至还可以扩展一些新的功能，如利用从站PLC上的编程口(按自由口通信协议)接打印机、变频器或其他智能仪表等。

五 结束语
该系统是根据纯化水处理的特点，利用WinAC可替代硬件作为主站这一特性，并使用S7-200系列的PLC作为从站。这种设计方便地解决了上位机应用程序在Profibus现场总线上的通信问题，从站也可以单独运行。该系统设计合理、技术**、可靠性高、硬件成本低，便于推广和应用。

  在自动化控制项目中，经常会遇到分布在不同地方的plc之间需要进行远程通讯，实现**控制，常规方式是采取现场拉线的方式。但有时由于现场条件的限制，布设通讯线路很不方便，例如山上与山下，或者横跨马路的情况，尤其对于工程改造项目二次布线可能会要影响到已有设备运行，甲方可能应为停运造成经济损失。无线通讯方式可以很好的弥补这些不足。
现在市场上有很多plc无线DTU产品，这种无线传输方式基本上是点对点透传，两台plc之间直接通讯没有问题，或则一主对多从也可以，但是无法解决从机之间的互相通讯，且普通市面透传模块效率低，无法实现PPI,MPI之类的要求实时响应的通讯协议。长沙聚控的GRM102智能工业控制器内置多种工控通讯协议，并够进行编程实现数据**，能满足现场主机和从机、从机和从机之间组网无线通讯。

在本次试验测试中采用了三台西门子200的plc进行组网无线通讯，试验结果表明GRM102能够稳定实现多台plc之间的组网无线通讯。
一、测试实现的功能：
测试项目为三个西门子S7-200之间的相互通讯，即一个PLC的输入，通过无线控制另一个远端PLC的输出，三个plc之间要互相实现控制。具体实验控制方式见下表：

图1：原理框图
二、无线通讯的实现方法
无线通讯模组采用中心频率为433MHz开放的ISM频段。GRM无线通讯协议是基于MODBUS开发的，分为主机协议和从机协议，协议名称为GRM-ADV，从机按从站号设置不同进行区分。GRM102通讯设置通过巨控模块配套的开发配置环境GRMDEV3进行.
实验设置采用一个主机两个从机的方式，与S7-200连接的GRM102为主机，其他两个GRM102为从机，主机和从机可以直接双向通讯，从机之间的通讯可以通过主机进行转发。主机通讯设置见图2。从机通讯设置见图3

图2：主机设置图
图2中红色框为GRM102的com1口和西门子200有线485连接，协议为ppi。蓝色的框为无线接口，通讯协议为巨控的433-ADV主机通讯协议,和两个GRM102从机进行无线通讯。PPI协议和ADV的通讯可以通过GRM102的事件控制功能实现数据**，两个从机的数据**也是通过GRM102的事件控制功能实现。数据**详见GRM102的操作手册。

图3：从机与plc的通讯设置
图3中红色框为GRM102从机通讯设置，通讯协议为巨控的433-ADV-SERVER从机通讯协议，两个从机通讯设置一样，但是从站地址有区别，从站地址设置见图4。两个从机之间的通讯如下，从机将plc发送过来的命令转发到主机，通过主机进行数据**，主机再将命令发送到另一个从机，实现从机到从机的控制。

图4：从机协议从站地址设置
三、GRM102智能工业控制器支持的plc的通讯协议
西门子 S7-200 PLC：PPI 协议
西门子 S7-300、 400 PLC：MPI 协议
三菱 FX 全系列 PLC：通过 485-BD 支持 FX1N,FX2N ,FX3U 等 PLC
三菱 Q 系列 PLC：MELSEC 通讯协议
欧姆龙系列 PLC：HOSTlink 协议(C-MODE 和 FINS 指令)
台达系列 PLC：台达协议
国产各类 PLC：MODBUS 协议