基于S7－200的發(fā)電廠化學監(jiān)控系統(tǒng)設計
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3．2 下位監(jiān)控部分
考慮到化學監(jiān)控系統(tǒng)受控規(guī)模較小，且大多數(shù)為模擬量輸入點，故系統(tǒng)下位監(jiān)控部分(I／O模塊)選用目前在工業(yè)控制領域應用較普遍的西門子公司的S7-200系列產(chǎn)品。該控制器具有很強的環(huán)境適應能力，適合于現(xiàn)場控制。通過選擇不同的I／O模塊l引接收和發(fā)送各種標準信號，并通過RS-485通訊接口方式與上位工控機實現(xiàn)數(shù)據(jù)雙向通訊?？刂破鳛閷ｉT設計的硬件產(chǎn)品，或直接將控制程序轉移到S7-200 系統(tǒng)，以使控制器有更好的硬件支持及更少的硬件故障率，并實現(xiàn)更多功能。S7-200是基于PC的可獨立完成數(shù)據(jù)采集與控制的可編程控制器，能在惡劣的工業(yè)環(huán)境中可靠運行，還具備通用編程功能，允許運行用C或C++等高級語言編譯的應用程序。系統(tǒng)選用的調(diào)節(jié)設備為進口變頻器，通過調(diào)節(jié)加藥泵交流電機的轉速控制加藥量。該控制系統(tǒng)選用上位機軟件WinCC+西門子PLC的組合方案。PLC系統(tǒng)通過PorfiBus總線與上位機WinCC相連接。這種配置的擴展性強，開放性好，便于實現(xiàn)整個化學監(jiān)控系統(tǒng)。圖3為爐水監(jiān)控系統(tǒng)結構。
3．3 控制器選型
該控制系統(tǒng)CPU模塊自帶數(shù)字量的輸入／輸出，無需單獨的D／A轉換模塊。以西門子的 CPU214作為控制器的核心(CPU模塊)，它具有豐富的指令系統(tǒng)，能夠進行各種復雜的邏輯運算和算術運算以及各種函數(shù)運算，如信號標度變換、信號濾波、PID運算等。在CPU模塊內(nèi)部，由微處理器通過數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線以及輔助電路連接存儲器、接口及I/O單元。借助編程器接收鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；讀取并解釋執(zhí)行用戶程序；按規(guī)定的時序接收輸入狀態(tài)，刷新輸出狀態(tài)，與外部設備交換信息；診斷PC的硬件狀態(tài)等。A／D轉換模塊選用 EM235，該器件是高速12位模擬量模塊，能在149 ms內(nèi)將模擬量轉換成相應的數(shù)字量。輸入電壓信號或電流信號。一般來說，pH值表都有4~20mA信號輸出，因此采用4~20mA標準信號輸入。
4 系統(tǒng)軟件設計
4．1 上位機控制軟件
上位機采用WinCC系統(tǒng)，WindowsNT32具有的搶先多重任務的特性，確保對過程事件的快速反應并提供多種防止數(shù)據(jù)丟失的保護。WinCC是基于WindowsNT32位操作系統(tǒng)，在生產(chǎn)和過程自動化中解決可視化和控制任務的工業(yè)技術中性系統(tǒng)。它提供了適用于工業(yè)的圖形顯示、消息、歸檔以及報表的功能模塊。高性能的過程耦合、快速的畫面更新、以及可靠的數(shù)據(jù)使其具有高度的實用性。
除了這些系統(tǒng)功能外，WinCC還提供開放的界面，用于用戶解決方案。這使得WinCC集成復雜、廣泛的自動控制解決方案成為可能，可集成以ODBC和SQL方式的歸檔數(shù)據(jù)訪問，以及通過OLE2．0和ActiveX控件的對象和文檔鏈接。
4．2 下位機控制軟件
STEP 7-Micro／WIN提供3種編輯器來創(chuàng)建程序：梯形圖(LAD)、語句表(STL)、和功能塊圖(FBD)。用任何一種程序編輯器編寫的程序，都可用另外一種程序編輯器來瀏覽和閱讀，但要遵循一些輸入規(guī)則。STEP 7-Micro／WIN項目窗口為創(chuàng)建控制程序提供了一個便利的工作空間。工具欄為常用菜單命令的快捷方式提供按鈕；操作欄為訪問STEP 7-Micro／WIN不同的程序組件提供一組圖標，指令樹顯示所有項目對象和創(chuàng)建控制程序所需指令；程序編輯器中包括程序邏輯和局部變量表，可以在局部變量表中為臨時的局部變量定義符號名。程序編輯器的底部有子程序和中斷服務程序的標簽。點擊這些標簽可以在主程序、子程序和中斷服務程序之間切換。
4．3下位機控制軟件編程實例
4．3．1 采樣信號軟件濾波
在現(xiàn)場調(diào)試時發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)存在較為嚴重的信號干擾問題，通過查找問題并采用硬件隔離等措施均不見成效，由于工期較短、時間較急，故采用軟件濾波的方法加以處理，這也是工程中常見的處理方式。
4．3．2 比例／積分／微分(PLD)回路控制指令應用
PID回路指令(包含比例、積分、微分回路)用來進行PID運算。S7-200的PID回路未設置控制方式，只要PID塊有效，就可執(zhí)行PID運算。在這種意義上說，PID運算存在一種“自動”運行方式。當PID運算不被執(zhí)行時，稱之為“手動”方式。同計數(shù)器指令相似， PID指令有一個使能位。當該使能位檢測到一個信號的正跳變(從0到1)，PID指令執(zhí)行一系列的動作，使PID指令從手動方式無擾動地切換到自動方式。為了達到無擾動切換，在轉變到自動控制前，必須用手動方式把當前輸出值填入回路表中的Mn欄。
5 結論
基于西門子S7-200可編程控制器的發(fā)電廠化學監(jiān)控系統(tǒng)應用計算機網(wǎng)絡技術，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的控制管理，提高設備運行效率和可靠性。該系統(tǒng)已成功應用于某4x300 WM發(fā)電機組。實踐證明，該系統(tǒng)不僅滿足生產(chǎn)需要，提高化學監(jiān)控診斷及管理水平，而且為企業(yè)創(chuàng)造更高的經(jīng)濟效益。
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