西门子S7系列PLC在自控系统中的应用

2019-12-02吕贇

电子技术与软件工程 2019年22期

文/吕贇

首先应当明确一点，在自控系统中得到有效应用的西门子S7 系列PLC，包括S7-300、S7-400、S7-1200 和作为S7-300/S7-400 替换机种而存在的S7-1500，其中，S7-1500PLC 的优势，主要在于其能够在方便操作的前提下，对用户友好性进行最大限度的实现，使提高自动控制系统有效性的设想成为现实。

1 S7-1500PLC系统的概述

西门子S7-1500PLC 在系统性能、信号处理方面具有的优势，使其在诸多领域得到了广泛应用，实践证明，对其进行合理应用不仅能够缩短花费在系统响应上的时间，还可以起到加强控制能力的效果。这是因为该系统配有高波特率、高效传输协议和高速背板总线，所应用服务器也支持对非本地系统数据进行查询，诊断的准确性自然可以得到保证。

2 S7-1500PLC系统的特点

S7 系列是以S5 系列为基础所研发的PLC系统，可以对不同行业所提出的要求加以满足，S7-1500PLC 具有以下特点：首先，在工艺方面，运动控制功能上具有的优势，使该系统具备无需其他模块就能够将PROFIDRIVE 和模拟量进行连接的功能，另外，该系统还支持编码器、速度及定位轴，PIC 控制功能的存在，为控制质量提供了保证。其次，在故障安全方面，该系统对故障安全功能进行了优化，实现了故障安全的自动化，用户在对安全参数进行定义或修改时，可以由安全管理编辑器处获取图形支持，降低操作难度。接下来，在信息安全方面，该系统不仅能够为通讯的完整性提供保障，还可以提高用户应用具有的安全性，通过将单个关块和存储卡序列号进行绑定的方式，达到防拷贝的效果，换句话说，程序只能够在存储卡的支持下运行，而不具备被复制的可能。最后，在设计处理方面，标准前连接器，缩短了用户在接线上花费的时间，配件存储得到简化；集成短接片的存在，使电位组桥接变得更加灵活；以继电器、自动断路器为代表的辅助配件，为集成DIN 导轨的安装提供了便利；所设计预接线位置，将初始接线和重新连接的过程加以简化；集成屏蔽为模拟信号所具有的屏蔽性提供了保证。

3 S7-1500PLC系统的具体应用

3.1 系统构成

某大空间的消防给水泵组，由2 台喷淋泵和2 台消防泵组成，其中，喷淋泵的作用是为喷淋系统供水，消防泵的作用是为消火栓供水，以水泵功率为依据确定启动消防泵的方式，即通过带旁路接触器的启动器，对消防泵进行启动，变频器在巡检时对水泵进行轮流驱动，保证4 台水泵均处于低频运行状态，这样做的目的是避免管道水压由于巡检而在短时间内快速升高的情况出现。负责控制泵组巡检、启停的系统为S7-1500PLC，在变频器和该系统间对总线通讯加以应用，在控制变频器启停、切换水泵参数时，该系统所依托的工具即为总线通讯，另外，利用PROFINET 网络，将该系统与总监控室进行连接，可以达到远程监控的效果。综上，作为消防给水系统所不可或缺的组成部分，保证消防泵充分发挥自身作用的关键，则是日常巡检和维护基本性能，传统的人工巡检，不仅需要经过复杂的流程，监管的难度也相对较大，除此之外，自动巡检设备所依托系统不具备良好的可扩展性、自动化程度较低、无法及时对数据进行归档等问题的存在，也在无形中给日常巡检的有效性带来了影响，对S7-1500PLC 系统加以应用，可以使上述问题从根本上得到解决。

3.2 系统设计与应用

3.2.1 控制方式

巡检系统所采用控制方式有两种，分别是手动控制和自动控制，其中，手动控制为首选控制方式。首先是手动巡检，将巡检控制柜的按钮开关，旋转至“手动”，则代表手动巡检，工作人员可以通过对柜面启动按钮进行操作的方式，完成巡检的任务；其次是手动启动和停止消防泵/喷洒泵，将消防泵/喷洒泵控制柜的旋钮开关，旋转至“手动”，同时，将巡检控制柜的旋钮开关，旋转至“自动”，此时，工作人员就可以通过手动的方式，对消防泵/喷洒泵进行启动或停止操作；接下来是自动运行，将喷洒泵控制柜和巡检控制柜的旋钮开关，旋转至“自动”，代表的是自动运行，如果对消防启泵没有确切要求，则以10 天为循环，完成定时巡检的工作，如果对消防启泵具有确切要求，则根据要求对消防泵/喷洒泵进行启动，如果正在使用的消防泵/喷洒泵出现故障，应及时启动备用泵，避免不必要问题的出现；最后是灯测试，每个控制柜都有用来进行灯测试的按钮，按下该按钮，控制柜的指示灯亮起，同时，蜂鸣器发出鸣叫。

3.2.2 网络通信

西门子的常用通信方式，包括基于工业以太网的通信、自由口通信、MPI 通信等，不同通信方式均具有相应的优势，例如，MPI 通信适合在小点数、小范围现场进行通信，或在CPU 间对数据进行传递。现阶段，PROFIBUS通信已经成为获得众多厂商支持的应用行规和最佳解决方案，这是因为该通信方式具有严格的规范、独特的技术和开放的标准，S7-1500PLC 系统便对该通信方式进行了运用，另外，还配有MPI 接口，无需再对DP 通信模块进行购买，就可以完成DP 网络的组建工作，所组建网络具备良好的可扩展性，能够支持多个状态采集点、监控站展开工作。除此之外，该系统还具备对主从站数据进行读写的功能，在输出/输入模块中，利用组态报文对最大数据区域进行制定，为数据的交换提供支持。

3.2.3 程序切换

负责发出火灾信息的部分为消防控制中心，如果控制系统发现建筑内有火灾发生，控制中心需要立即向S7-1500PLC 系统发出火灾信号指令，该系统在接收到控制中心发出的信号后，退出当前任务，对控制子程序进行调用，启动消防泵，如果没有火灾信息，该系统的工作则是控制水泵，定期展开巡检。一般情况下，水泵巡检的周期为10 天，工作人员可以根据实际需求，远程对间隔时间进行设置，巡检过程中，该系统的任务是对变频器加以控制，保证变频器逐一对水泵进行低频驱动，以此来达到节能的目的，另外，处于低速运行状态下的水泵，达不到出水速度，自然也不会增加管网的压力。

巡检工作结束后，该系统需要对巡检程序进行调用,具体流程如下：首先，将变频器向消防泵参数进行切换，随后控制接触器吸合并启动变频器，在变频器运行的同时开始计时，到达计划时间后，停止变频器并分开接触器，变频器停止前，消防泵受变频器驱动，始终处于低频运行的状态。结束消防泵的巡检后，工作人员应通过S7-1500PLC 系统，将变换器向喷淋泵参数进行切换，再对接触器吸合加以控制，驱动喷淋泵低频运行，到达定时的时间后，将变频器停止，最后分开接触器即可。如果在巡检的过程中，发现存在水泵无法正常运行的情况，该系统应通过发出报警信息的方式，将故障及时、准确的向工作人员进行告知；如果在巡检的过程中，收到建筑内有火灾发生的信息，该系统需要立即停止巡检工作，将程序向火灾控制进行切换，保证消防泵能够在最快的时间内被启动。

3.2.4 上位机的应用

西门子WinCC 又被称为视窗控制中心，所依托技术包括OPC、组态、SCADA 和人机界面等，通常被用来对过程自动化进行显示以及辅助控制任务的完成，S7-1500PLC 系统所应用上位机，即为WinCC，在计算机环境中运行的WinCC，在开放性方面具有突出的表现，例如，工作人员可以利用WinCC，完成对自动设备和软件进行集成的工作，另外，WinCC 还具备丰富的菜单选项和设置项目，以及快速更新画面、安全归档等功能，由此可见，WinCC 具备良好的安全性与可靠性，工作人员可以在友好界面下，完成编程、组态、数据管理等任务，根据实际需求，形成相应的报警画面、监控画面、操作画面，当然，WinCC 还可以用来打印历史趋势曲线及实时趋势曲线，通过上文的叙述可以看出，WinCC具有极高的自动化程度。