摘要 介紹了西門子S7-300系列CPU 315¬-2DP和CPU 313C¬-2DP的PLC控制系統(tǒng)在五強溪電廠泄洪系統(tǒng)集中控制系統(tǒng)改造中的應(yīng)用，探討基于SIMATIC WinCC的人機界面系統(tǒng)。 關(guān)鍵詞 五強溪電廠 集控 WinCC 人機界面 上位機 　　 0 引言 1998年，五強溪水電廠對泄洪弧門集中控制系統(tǒng)進(jìn)行過改造，完成了集中控制系統(tǒng)與現(xiàn)地9個表孔的通信聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)了對現(xiàn)地表孔啟閉機的集中控制。泄洪弧門集中控制系統(tǒng)原采用西門子S5-135U的PLC控制系統(tǒng)，在設(shè)計上通過L2網(wǎng)與9個表孔、中央控制室OP35操作面板實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)，以實現(xiàn)對現(xiàn)地表孔的啟閉控制。當(dāng)時由于中、底孔啟閉機采用常規(guī)繼電器控制，并沒有對中、底孔的集中控制進(jìn)行改造。 表孔弧門集中控制系統(tǒng)在改造完畢投入運行不久，程序方面出現(xiàn)故障，造成與現(xiàn)地設(shè)備的通信聯(lián)網(wǎng)中斷，無法實現(xiàn)對表孔弧門啟閉機的集中控制，至今無法正常投運。 　　 1 項目改造PLC硬件系統(tǒng)概述 為了確保泄洪弧門的正常運行，真正實現(xiàn)“無人值班”（少人值守）的自動化控制體系，五強溪水電廠自2000年始，對泄洪系統(tǒng)進(jìn)行了集中控制改造的系列工作。 　　 1.1 中孔和底孔閘門系統(tǒng) 2000年將中、底孔啟閉機的常規(guī)繼電器控制模式改造成PLC S7-300+電阻器調(diào)速控制，電機轉(zhuǎn)子繞組串電阻四級啟動。 PLC控制系統(tǒng)采用核心CPU 315¬-2DP，48K字節(jié)RAM，集成具有用于數(shù)據(jù)通信的分散式外設(shè)PROFIBUS-DP主/從接口和用于編程器上裝程序的多點MPI接口，PLC的I/O接口為2通道模擬量輸入模塊SM331，32點數(shù)字量輸入模塊SM321，8點數(shù)字量輸出模塊SM322。PLC控制系統(tǒng)DI、DO模塊實現(xiàn)中、底孔弧門的啟門、閉門的自動控制，并對啟、閉門過程中出現(xiàn)的故障進(jìn)行監(jiān)控。此外通過模擬量輸入AI模塊SM331處理閘門開度傳感器轉(zhuǎn)變的模擬量輸入信號，模擬量輸入模塊采用四線制4-20mA電流輸入。 　　 1.2 表孔閘門系統(tǒng) 2003年始，開始對表孔S5-135U的PLC控制系統(tǒng)改造成PLC S7-300控制系統(tǒng)，同時將SL16-01絕對式編碼器改造成帶SSI接口的絕對型多轉(zhuǎn)輸出編碼器，編碼器可以達(dá)到25位（213＊212）串行數(shù)據(jù)輸出，即閘門的位置參數(shù)對應(yīng)編碼器上固定的某點。 PLC控制系統(tǒng)采用核心CPU 313C¬-2DP，32K字節(jié)RAM，集成具有用于數(shù)據(jù)通信的分散式外設(shè)PROFIBUS-DP主/從接口和用于編程器上裝程序的多點MPI接口，PLC的I/O接口為8通道模擬量輸入模塊SM331，4通道模擬量輸出模塊SM332，32點數(shù)字量輸入模塊SM321，32點和8點數(shù)字量輸出模塊SM322，3通道位置輸入模塊SM338（POS-INPUT）。 PLC控制系統(tǒng)DI、DO模塊實現(xiàn)表孔弧門啟門、閉門的自動控制，并對啟、閉門過程中出現(xiàn)的故障進(jìn)行監(jiān)控，同時通過模擬量輸入AI模塊SM331處理開、關(guān)門時液壓系統(tǒng)油缸無桿腔和有桿腔的油壓模擬量輸入信號，以供上位機監(jiān)控液壓系統(tǒng)運行情況。SM338（POS-INPUT）內(nèi)集成有閉環(huán)控制功能模塊PID控制器，通過SSI接口將絕對型多轉(zhuǎn)輸出編碼器輸出的閘門左右側(cè)位置信號進(jìn)行計算處理，并通過模擬量輸出AO模塊SM332將閘門實際位置以及閘門左右側(cè)位置偏差傳輸至閘門位置和閘門偏差的顯示儀表，同時AO模塊SM332將處理的位置信號輸出到VICKERS的P1、P2兩塊功率放大板，功放板根據(jù)閘門左右側(cè)位置信號，輸出相應(yīng)的0-10VDC電壓信號，從而到達(dá)控制相應(yīng)油缸的電磁比例閥閥芯位置，用以實現(xiàn)閘門左右油缸的同步運行。VICKERS功放板輸出電壓值的整定主要是通過調(diào)節(jié)死區(qū)補償電位器，輔調(diào)節(jié)增益電位器，微調(diào)節(jié)閥芯加速/減速電位器。 　　 1.3 集控計算機功能描述 集控上位機在此次集控改造系統(tǒng)中所起的作用主要如下： （1） 數(shù)據(jù)采集 接收各現(xiàn)地控制單元發(fā)送的有關(guān)數(shù)據(jù)并存入數(shù)據(jù)庫，用于顯示器畫面更新、控制調(diào)節(jié)、記錄檢索、操作指導(dǎo)及故障記錄分析。故障報警信號優(yōu)先傳送，并登錄故障發(fā)生的時間。 　　 （2） 數(shù)據(jù)處理 　　• 數(shù)據(jù)變碼、校驗傳遞誤差、誤碼分析及數(shù)據(jù)傳輸誤差控制； 　　• 生成各種數(shù)據(jù)庫，供顯示、刷新、打印、檢索使用； 　　• 事件順序記錄，及時處理生產(chǎn)過程中發(fā)生的每一個事件，記錄每個事件發(fā)生的時間和事件性質(zhì)，事件包括正常操作和故障； 　　• 將相關(guān)數(shù)據(jù)送至電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)以及水情自動測報系統(tǒng)。 　　 （3）運行監(jiān)視、控制和調(diào)節(jié) 水工樓集中控制室設(shè)置1臺21′LCD顯示器，用于監(jiān)視各表孔弧門液壓啟閉機和中、底孔設(shè)備的運行工況。運行操作人員能通過上位機，對閘門開度和啟閉機進(jìn)行控制和監(jiān)視。主要內(nèi)容如下： 　　•閘門啟閉控制，可編程設(shè)定； 　　•閘門開度整定值和限值的設(shè)定； 　　•圖形、表格、參數(shù)限值、報警信息、狀態(tài)量變化等畫面和表格的選擇與調(diào)用； 　　•在主控制級進(jìn)行操作時，在屏幕上可顯示整個操作過程中的每一個步驟和執(zhí)行情況。 　　 （4） 記錄、報告、統(tǒng)計制表 對所有監(jiān)控對象的操作、報警事件及實時參數(shù)報表等進(jìn)行記錄，對故障信號進(jìn)行事件順序記錄，并能在LCD上顯示，打印機上按預(yù)定表格打印出來。打印記錄分為定時打印、事件故障打印、操作及參數(shù)修改記錄打印、工作日程修改打印、越限打印、維修報告記錄及召喚打印記錄等工作方式。 　　 記錄、報告的內(nèi)容包括： 　　• 操作事件記錄：自動順序記錄所有的操作過程，包括操作對象、操作指令、操作開始時間、執(zhí)行過程、執(zhí)行結(jié)果及操作完成的時間、操作員的姓名等。 　　•報警事件記錄：自動將各種報警事件按時間順序記錄其發(fā)生的時間、內(nèi)容和項目，生成報警事件匯總表。 　　• 歷史數(shù)據(jù)記錄 　　 （5） 通信控制 與各現(xiàn)地控制單元通信，向各現(xiàn)地控制單元發(fā)送指令，并接受現(xiàn)地控制單元上送的各種信息。 　　 （6） 系統(tǒng)自診斷 系統(tǒng)設(shè)備硬件故障診斷包括對計算機、外圍設(shè)備、通信接口、通道等的運行情況進(jìn)行在線和離線診斷，故障點可診斷到各模板。在系統(tǒng)進(jìn)行在線診斷時，不應(yīng)影響計算機系統(tǒng)對各設(shè)備的監(jiān)控功能。 公司CP5611網(wǎng)卡，通過表孔各現(xiàn)地站已有的PROFIBUS總線電纜與9個表孔現(xiàn)地站PLC CPU 313C¬-2DP聯(lián)網(wǎng)通信，監(jiān)控和操作控制各表孔弧門運行。并從#1表孔向中孔和底孔敷設(shè)一條PROFIBUS電纜，把底孔和中孔的PLC CPU 315¬-2DP通信口與監(jiān)控計算機連接，加入網(wǎng)絡(luò)中，用以監(jiān)控和操作控制中孔和底孔弧門的運行。 同時，電廠中控室與泄洪閘門集控系統(tǒng)之間，除了通過PROFIBUS-DP總線電纜從表孔#1弧門的RS485-Repeater（中繼器）與9個表孔、5個底孔和1個中孔工作站進(jìn)行通信聯(lián)網(wǎng)，并能對泄洪閘門系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控和操作。此外，從水工樓上位機到電廠中控室之間，還敷設(shè)了通信光纜，建立了工業(yè)以太網(wǎng)，用以系統(tǒng)數(shù)據(jù)資源的共享。 　　 2 項目改造軟件系統(tǒng)概述 　　 2.1 監(jiān)控軟件 監(jiān)控軟件采用西門子公司先進(jìn)的人機界面系統(tǒng)SIMATIC WinCC，WinCC 是在 Windows 操作系統(tǒng)下運行的基于 PC 的人機界面系統(tǒng)。WinCC 提供廣泛的特性以用于實現(xiàn)自動化解決方案，比如：通過冗余技術(shù)保證過程控制的可靠性與數(shù)據(jù)完整性；基本系統(tǒng)組態(tài)包括滿足事件信號發(fā)送，測量數(shù)據(jù)歸檔，所有過程與組態(tài)數(shù)據(jù)記錄，用戶管理和可視化等工業(yè)需求的功能。 該系統(tǒng)與其他 SIMATIC 元件共同提供附加的功能，如過程診斷與維護(hù)。當(dāng)組態(tài)這些功能時，所有的 SIMATIC 工程工具都可以相互作用。WinCC 提供許多其功能允許為相關(guān)應(yīng)用進(jìn)行單獨組態(tài)的編輯器與接口，如WinCC Explorer用于快速存取所有項目數(shù)據(jù)和中央設(shè)定值的中央項目管理；圖形編輯器圖形系統(tǒng)用于通過像素圖形對象的可自由設(shè)計可視化與操作，其所有的性能是動態(tài)的等。 集控計算機通過WinCC人機界面系統(tǒng)的圖形編輯器，在上位機設(shè)計模擬泄洪閘門系統(tǒng)畫面，WinCC CS（Configuration Software）和RS（Runtime Software）根據(jù)現(xiàn)地工作站PLC I/O地址分配，于上位機模擬系統(tǒng)畫面分配相應(yīng)操作鍵的對應(yīng)地址，通過PROFIBUS-DP總線用以實現(xiàn)上位機對現(xiàn)地工作站的監(jiān)測和控制功能。 　　 2.2 工具軟件 PLC標(biāo)準(zhǔn)工具軟件是STEP7可編程序控制器標(biāo)準(zhǔn)軟件，它的主要功能是： 　　• 對系統(tǒng)硬件配置進(jìn)行組態(tài)和參數(shù)設(shè)置。例如，S7-300的I/O模板的地址分配，完全用STEP 7來進(jìn)行自由組態(tài)的，既不依賴于槽位，板上也沒有硬件跳線開關(guān)； 　　• 編程，使用的編程語言有語句表（STL），梯形圖（LAD）和功能塊圖（FBD）?？梢噪x線編程，以及在線修改程序； 　　• 進(jìn)行文件和建檔處理，生成符號地址表及程序的交叉地址表；在調(diào)試程序中實現(xiàn)操作和診斷，進(jìn)行程序測試和維護(hù)功能；對通信進(jìn)行定義及設(shè)置參數(shù)。 STEP7是一種模塊化編程的軟件。它將所有用戶編寫的程序和程序所需的數(shù)據(jù)放置在模塊中。在一個模塊內(nèi)，在塊與塊之間，有進(jìn)行子程序調(diào)用的功能，這樣使用戶程序結(jié)構(gòu)化成為可能。這將顯著增加PLC程序的組織透明性、可理解性和易維護(hù)性。 五強溪水電廠泄洪閘門PLC控制系統(tǒng)綜合STEP7工具軟件的梯形圖、語句表和功能塊圖來實現(xiàn)閘門系統(tǒng)的控制功能要求，并建立DB10數(shù)據(jù)塊，用以上位機的遠(yuǎn)程監(jiān)測和控制。 　　 3 結(jié)束語 2005年五強溪水電廠對泄洪系統(tǒng)進(jìn)行了全面的更新改造，改造除了將原有PLC S5控制系統(tǒng)改造成PLC S7-300外，還針對表孔弧門開度儀傳感器的低分辨率問題進(jìn)行了技術(shù)改進(jìn)。在集中控制技術(shù)上首次采用透明度及組態(tài)功能強大的SIMATIC WinCC人機界面系統(tǒng)，并將此集控系統(tǒng)接入五凌公司水情梯調(diào)自動測報系統(tǒng)，為公司實現(xiàn)梯級調(diào)度提供了技術(shù)支持。本次系統(tǒng)改造自4月20日投入運行，從2005年汛期系統(tǒng)運行檢測分析，運行工況穩(wěn)定性達(dá)到設(shè)計要求。