西门子6ES7315-2FJ14-0AB0性能参数

1、系统组成

    某电厂化学水处理系统基础设备具有良好的可控性，利用PLC和工业控制计算机对其进行实时监控管理，系统基本组成如图1所示。

    采用3台西门子公司的SIMATICS5—115U可编程序控制器控制现场的一次设备，程控系统分为3套，依次为＃1补给水处理单元、＃2补给水处理单元、＃3凝结水处理单元。

图1系统结构图

    操作员站选用两台研华586工控机，软件开发平台选用美国Inbbblution公司的FIX5.5组态软件。FIX5.5是一种能完成数据采集及控制、报警、图形数据显示等功能的完整工业自动化软件，该版本在bbbbbbS或bbbbbbSNT环境下运行，采用了图形用户界面，相应其内部的图形处理是基于第三代图形技术。

    数据通信系统采用SINECL2网，它把SIMATIC系列可编程序控制器以及工控机连成网络。SNECL2是令牌总线网，网络传输介质是双绞线或光缆。每个节点通过总线连接器连到总线网上，在本系统中，三台PLC之间以及与两台工控机之间都实现了数据通讯。

    该方案配置体现了分散控制系统的优点，即控制功能分散，操作管理集中。控制功能分散意味着系统实时响应快和系统危险分散，操作管理集中便于集中管理，方案配置还具有冗余特性。

    2、PLC及其程序设计

    2.1SIMATICS5-115U硬件组成及编程概要

    可编程序控制器SIMATICS5-115U采用标准的模块式结构，电源、CPU、各种I/O模件都插在一块母板上，并可以根据不同的I/O点数增加扩展母板，输入、输出模件和存储器的精细分级，使得这种装置具有较强的配置适应能力；通过通讯处理器和局部网，可方便地实现PLC之间及与计算机的通讯。

    SIMATICS5-115U的编程语言是STEP5，有3种表达方法，即控制系统流程图CSF，梯形图LAD和语句表STL。其中语句表STL于机器内部的控制程序，功能也比前两种方法丰富得多，因此在本系统实际编程应用中全部采用语句表STL。

    STEP5的大特点是采用了结构化编程方法，并提供大量标准功能块如乘法功能块FB242、通讯功能块FB244等，使得编程工作大大简化，而且所编程序条理清晰，易于读懂、修改和测试，这一优点尤其在编制大型复杂程序时更能显现出来。

    要完成复杂任务，可以把整个程序分成一个个独立的程序块，STEP5有5种块类型，即组织块(OB)、程序块(PB)、顺序块(SB)、功能块(FB)和数据块(DB)，其中组织块(OB)用以管理用户程序，形成了操作系统和控制程序之间的接口，所有其它类型块在此被调用执行。功能块(FB)用于实现反复调用或者特别复杂的程序功能，这些功能块可以是系统以标准功能块的形式提供的，也可以由用户自己编制。例如标准功能块FB242就可以实现16位二进制乘法功能、FB244可以实现CPU与通讯处理器之间的数据传送，用到这些功能时可以直接调用这些功能块。

    2.2SIMATICS5-115U大型程序的设计

    以本系统＃1补给水处理单元的控制程序为例，在组织块OB1内主要有下面几条语句，完成各功能块的无条件调用。

    JUFB1(定义PLC1向两台工控机传送的数据)

    JUFB2(定义两台工控机向PLC1传送的数据)

    JUFB231(完成PLC1与两台工控机之间通讯的基本设置)

    JUFB232(完成PLC1与PLC2、PLC3之间通讯的基本设置)

    JUFB4(实现自动控制及无扰切换功能)

    JUFB3(气动门及电动门控制)

    JUFB10(实现模拟量处理功能)

    JUFB11(报警处理)

    在FB1、FB2内主要将需要通讯的数据分别写入某数据块如DB10的相应位，由此才能与通讯处理器中的变量取得一致。在FB231中调用两个STEP5本身提供的标准功能块FB244(发送数据)、FB245(接收数据)，再根据通讯处理器填写一些必要的参数如接口、作业号等，从而实现数据通讯功能。在FB232内按照通讯处理器分配的数据位，定义3台PLC之间需要传送的数据。在FB4内根据生产工艺流程要求及操作规范，充分利用其它功能块及I/O模块传送的数据，实现系统的自动控制及无扰切换功能；针对多个被控对象相似的特点，分别编制了几个有代表性的功能块FB20、FB30、FB40，例如在FB4内多次调用了FB20以便解决PLC内某程序步时间和工控机画面显示时间保持一致的问题，而且FB20内又调用了乘法功能块FB244。FB3根据FB4发出的自动程序步指令去控制气动门、电动门及泵等现场设备。FB10负责所有模拟量的处理，在此调用了开方功能块FB5。FB11根据FB10转换出来的数据，对模拟量进行报警处理，在此一定要注意模拟量和PLC内部数字量的对应关系，以保证模拟量显示和报警的准确性。

    3、工控机监控管理软件的设计

    工控机监控管理软件在FIX5.5软件平台下完成，FIX5?5是一个高精度模块化的软件系统，包括十几种软件模块，在此主要介绍开发本应用软件时所用到的几种软件模块。

    (1)系统配置模块(SCU)：它主要完成网络、I/O驱动程序、数据库名称、系统启动参数及初始启动任务等配置。Inbbblution公司和第三方厂商为PLC、I/O卡编写了300多种I/O驱动程序，如SIEMENS、OMRON、MODICON、ABB等公司产品的驱动程序，并提供I/O驱动程序开发工具包，供用户开发自己的I/O驱动程序。

    (2)数据扫描、报警和控制模块(SAC)：它用来实现现场数据的扫描、信号调理、数据格式和数据类型的转换，报警条件判别及实现遥控输出等功能，SAC将处理的现场数据送入实时数据库，或将遥控输出的数据送到I/O驱动程序，以便实现遥控输出功能。

    (3)实时数据库管理模块(DATAbaseBUILDER)：它提供以交互方式建立实时数据库和在线显示/修改实时数据库的功能，它是系统运行的主要数据来源。用户需要在此做很大一部分工作，主要的是填写变量的标签名，从而将现场数据与数据库中的变量标签一一对应起来，以便在其它模块中调用此数据。在填写变量标签名时既要讲究规范性又要有技巧性，首先需要遵循FIX软件的语法要求，其次按照一定的分类标准定义标签名，以便在以后的数据查询及应用中提高效率。

    (4)绘图模块(DRAW)：FIX拥有一个直观的、基于对象的图形化用户接口(GUI)，它简化了图形开发过程。为了建立画面，可以用DRAW提供的工具箱(TOOLBOX)生成某些对象如阀门、泵、记录表等，并定义其动态特性，即对象基于现场数据改变状态、大小、颜色、产生旋转、移动等，例如阀门的开或关、泵的转或停，这些工作可以在一个对话框内完成，主要是将实时数据库中的变量标签与相应对象联系起来，从而使对象状态随着现场数据改变。为了减少图形开发时间，Inbbblution公司还提供了一个常用设备对象的图形库，其中有多种图形，可随时粘贴到用户画面中，同时用户可以把自己画好的常用图形保存到图形库中，以方便以后使用。

    (5)显示模块(VIEW)：它的主要功能是动态显示由DRAW建立的画面，可以在多幅画面间切换、改变画面形态、输入数据、实现监控等，这就是提供给用户的实际操作画面。

    4、系统功能

    系统具有上位机监控功能和模拟盘监控功能，两者互为热备用方式并列运行。在上位机画面上设有上位机手动、上位机自动、上位机监视3种工作方式，方式之间的切换是无扰动的。

    当系统需要由模拟盘监控时，上位机画面选择上位机监视工作方式。此时系统状态由模拟盘M/A转换开关状态决定，M/A置手动，可利用模拟盘按键在模拟盘上进行一对一手动操作。当M/A置自动时，系统可由自动程序实现水处理的自动控制。

    当系统需要由上位机监控时，可在上位机画面上选择上位机手动和上位机自动功能。选择上位机手动时，可在上位机画面上实现就地设备的一对一手操。选择上位机自动时，可在上位机画面上进行自动启停控制，自动控制程序与模拟盘自动控制功能相同

在所有领域中
　　无论是针对过程工业还是针对生产工业：也不论处于哪个领域，全集成自动化都是实现符合各种具体需要的自动化解决方案的基础。将我们在其它行业应用中不断尝试后获得的经验，连同我们成熟的产品线，直接应用于当前的开发工作中，进而为水工业带来诸多好处。

跨整条过程链
　　全集成自动化可以为在整个工厂内实现统一、高效的自动化奠定基础。针对污水处理工厂的情况：从泵站到活化池，从头到尾，直到排水站。

针对整个工厂生命周期
　　全集成自动化在机器或工厂的整个生命周期（从初的规划阶段、到安装和调试、操作和维护，一直到扩展和现代化）内提供了大量的优势。

　　在全集成自动化的基础上，我们可实施针对水工业特殊要度身定制的、具有集成性能的解决方案。TIA为优化水处理做出了重要的贡献。由于TIA具有面向系统的工程环境以及集成的通讯和诊断选项，因此，工厂在整个生命周期都会从中受益。此外，西门子不断创新，确保您在工厂改造方面的投资安全性。

使用全集成自动化带来的优势

安装和调试
　　在工厂范围内使用相同的通信标准（如 PROFIBUS 和PROFINET），将接口需求降至，同时简化了安装与调试过程。即使是结构十分复杂的工厂，实现起来
也不费吹灰之力。

运行
　　集成通讯可以在整个工厂范围内大限度地提高透明性。这表明，在需求变更时工厂可以更快速灵活地作出响应，并采取十分有效的诊断措施。通过这种方法可以计划外停车事故将至。集成全集成自动化，还意味着：无论是直接操作控制系统还是通过操作面板，对所有站都进行统一操作。

维护
　　智能维护策略使您能够更快地检测、分析和消除可能的错误源，甚至是在使用远程维护的情况下也是如此。在我们的许多系统操作过程中，都可以更换模块。组件的统一也减轻了维修工程师的负担。

现代化和扩展
　　现有工厂很轻松地适应不断变化的要求，通常不用中断运行。由于我们的产品和系统的不断深入开发具有持续性，从而避免了系统中诸多不必要的变更，因此在上确保了投资安全

  在使用portant; text-decoration-line: none !important;">工控软件中，人们经常提到组态一词，组态的英文是“Configuration”，简单地讲，组态就是用应用软件中提供的工具、方法，完成工程中某一具体任务的过程。
    与硬件生产相对照，组态与组装类似。如要组装一台portant; text-decoration-line: none !important;">电脑，事先提供了各种型号的主板、机箱、portant; text-decoration-line: none !important;">电源、CPU、显示器、硬盘及光驱等，我们的工作就是用这些部件拼装成自己需要的电脑。当然软件中的组态要比硬件的组装有更大的发挥空间，因为它一般要比硬件中的“部件”更多，而且每个“部件”都很灵活，因为软件都有内部属性，通过改变属性可以改变其规格（如大小、形状、颜色等）。
    在组态概念出现之前，要实现某一任务，都是通过编写程序（如使用BASIC、C、FORTRAN语言等）来实现的。编写程序不但工作量大、周期长，而且容易犯错误，不能保证工期。组态软件的出现解决了这个问题，对于过去需要几个月的工作，通过组态几天就可以完成。
    组态软件一般有三种，其英文简称分别为portant; text-decoration-line: none !important;">hmi、MMI和SCADA。目前组态软件发展迅猛，已经扩展到企业信息管理系统、管理和控制一体化、远程诊断和维护以及在互联网上的一系列的数据整合。
    组态软件产品于20世纪80年代初出现，并在20世纪80年代末期进入我国。国内外主要的组态软件产品有InTouch、Fix、Citech(CiT)、WinCC、组态王、Controx(开物)、ForceControl(力控)、MCGS等。
    组态王是由国内一家较有影响的组态软件开发公司开发的，功能丰富，操作简单。组态王6.5的Internet功能逼真再现现场画面，在任何时间、任何地点均可实时掌控企业的每一个生产细节，现场的流程画面、过程数据、趋势曲线、生产报表（支持报表打印和数据下载）、操作记录和报警等均可轻松浏览。用户还可以自己编辑发布的网站首页信息和图标，成为真正企业信息化的Internet门户。
    西门子的WinCC是一套完备的组态开发环境，西门子提供类C语言的脚本，包括一个调试环境。WinCC内嵌portant; text-decoration-line: none !important;">opc支持，并可对分布式系统进行组态。但WinCC的结构较复杂，经过西门子的培训可以更好地掌握WinCC的应用。
    使用组态软件WinCC flexible对西门子的portant; text-decoration-line: none !important;">人机界面进行组态和模拟调试的方法包括对变量、画面、动画、报警、用户管理、数据记录、趋势图、配方、报表、运行脚本及以太网通信的组态方法。用WinCC flexible可对人机界面的运行进行离线模拟和在线模拟调试的方法，用WinCC flexible和STEP7可模拟人机界面和S7-300/400组成的控制系统的运行。
    TP070和TP170portant; text-decoration-line: none !important;">触摸屏用专用的组态软件PROTOOL来生成画面，由用户自定义操作接口，例如图形、滚动条、按钮、指示灯、输入框等。