首钢搬迁支持绿色奥运—西门子提供技术支持
按照国家发改委的要求，首钢要从北京石景山区搬迁到河北唐山曹妃甸地区，这并不是简单地把污染迁出北京，而是要建设一个科技含量高、经济效益好、资源消耗低、环境污染少的新一代钢铁厂，成为具有21世纪国际先进水平的精品板材生产基地、循环经济和自主创新的示范基地。
在首钢曹妃甸项目炼钢、连铸、焦化、热轧及加热炉系统合公辅部分的自动化系统的竞争中，西门子依靠控制系统完整性和先进性以及TIA的控制理念，使整个系统配置的性价比大幅提高。经过多次的技术、商务交流与比较，西门子赢得了客户的信任。自动化系统部所提供的PCS 7+PLC+NET产品总量超过4000万人民币，其中，过程控制系统采用了最新版本的SIMATIC PCS 7 V7.0，大大增强了硬件的性能和系统的整体功能。
首钢京唐公司钢铁厂项目焦化工程A焦炉
数字调速器在乙烯装置中的应用
摘要首先介绍了WOODWARD505E数字调速器的硬件结构和软件功能，然后讲述了抽汽式蒸汽透平的结构和工作原理。最后结合实际应用，详细描述了天津乙烯装置裂解气压缩机透平和丙烯气压缩机透平转速控制中505E的程序组态及应用情况。
关键词 透平转速 控制比例/限制器 蒸汽图 抽汽控制 斜面控制
1 引言
天津石化公司烯烃部乙烯装置是由日本东洋公司总承包建设的14万吨/年乙烯装置，于1995年投料开车并于2001年进行了扩能改造，目前的设计生产能力为20万吨/年。它的关键生产设备三大压缩机组即裂解气压缩机、丙烯制冷压缩机、乙烯制冷压缩机均是由蒸汽透平驱动的。透平转速控制系统采用的是美国伍德沃德(WOODWARD）公司的505（E）电子调速器。
2 WOODWARD电子调速器简介
WOODWARD505/505E电子调速器是以微处理器为基础的控制器，可以控制各种型号的蒸汽透平。其中，505E调速器可控制单抽蒸汽透平及补汽透平，比505调速器多出抽汽控制功能。二者都可以在现场通过内嵌的菜单式软件组态，既可以作为独立控制器使用也可以与DCS等控制系统相结合使用。
2.1伍德沃德505E电子调速器硬件介绍
天津乙烯的505E调速器系列号为：8238— 009，机箱内有电源卡、CPU卡、带输入/输出端子的I/O卡、继电器输出卡。在505E的盘面上有一个带26个双功能键的操作键盘和一个用来显示操作状态和信息的液晶显示屏。505E电子调速器上主要的输入/输出信号如下：
（1）两个转速输入信号。接收转速测量探头输入的频率信号，信号范围：500Hz～12．050kHz。
（2）4个4～20mA输入信号：抽汽压力信号(用于输入透平抽汽/进汽压力测量信号）、千瓦输入信号、串级输入信号和远程输入信号(用于控制转速参考值）。
（3）6个电流输出信号。有两个输出信号用于控制透平的高压缸阀门（HP阀）和低压缸阀门（LP阀）；其余4个电流输出信号可由用户根据需要在505E编程时选择其它输出功能：如转速测量值、转速参考值、抽汽压力输入值/参考值、高/低压阀斜面位置等。
（4）16个状态输入信号。其中有6个是保留的干触点输入信号，分别为：外部紧急停车信号；报警清除信号；发电机断路器/主断路器辅助触点信号；增加/降低转速参考值等。其它10个是由用户编程定义的干触点输入信号，可由用户根据需要从以下15个信号中选择：外部停车信号、外部启动信号、打开/关闭HP阀信号、打开/关闭LP阀信号、增加/降低抽汽压力参考值、转速测量装置故障超驰、超速实验信号、空载/额定切换信号、投用串级控制、投用远程控制、增加/降低串级信号参考值等。
（5）8个继电器输出信号。第1～3个分别用于调速器报警信号输出、电气超速跳闸信号、调速器停车信号输出；其余5个继电器输出信号可由用户根据具体需要在编程时选择其功能输出：如透平转速已达到最大控制转速、转速开关、远程过程控制、抽汽压力信号故障、HP/LP阀斜面开关及用户设定的与系统操作有关的手动设定值等。
2.2伍德沃德505E电子调速器控制软件介绍
以微处理器为基础的505E电子调速器在控制系统软件组态上具有很大的灵活性。用户可以根据现场的实际情况灵活地选择合适的控制功能模块组成各种控制系统来满足不同的控制要求。505E电子调速器提供的控制功能程序模块共有17个，在这17个程序模块中，前6个程序模块必须进行组态编程；其余的11个程序模块根据具体的应用确定必须选用或不能选用。这17个程序模块和它们的基本功能介绍如下。
必须选择的模块：透平启动模块(选择透平启动方式）；转速控制模块(选择与转速控制有关的信息）；转速参考模块(选择与转速参考设定点和超速跳闸点有关的数据）；抽汽控制模块(设置抽汽蒸汽图数据及转速控制优先还是抽汽控制优先等）；触点输入模块和停车逻辑模块。
根据需要可选或不能选的程序模块：阀斜面控制模块、Droop模块(设置不等率）、临界转速模块、空载/额定转速控制模块、单位模块、远程控制模块、串级控制模块、继电器输出模块、手阀继电器输出模块 (用执行机构输出值来控制继电器输出）、模拟读出模块、RS-232通讯模块。
505E调速器的控制系统一旦选定后，除非透平的控制方案需要改变，否则用户不需要再使用编程方式，而选择运行方式去操作透平，启动和停止机组。
3伍德沃德505E电子调速器在天津乙烯装置中的应用
天津乙烯的裂解气压缩机GB201和丙烯制冷压缩机GB501的驱动透平是抽汽凝汽式透平.
抽汽式蒸汽透平具有一个高压缸和一个低压缸，各由一阀门控制。驱动主蒸汽通过高压缸阀门（HP阀）进入透平内。在高压缸的下游端可以向外抽取蒸气，并通过减小低压缸阀门（LP阀）的开度加大抽汽量。也可以让蒸汽进入LP级，由LP阀门控制蒸汽进入,即LP阀打开，让大部分蒸汽进入LP级，而少量的蒸汽被抽出。蒸汽从HP阀进入高压缸后，部分蒸汽被抽出，其余蒸汽通过LP阀到低压缸，经过低压缸从尾部排出后进入凝汽器变成凝结水，从而完成一个完整的做功过程。
在这里，我们使用安装在中央控制室的 WOODWARD505E调速器来控制这两台透平的转速,操作人员可以随时从调速器液晶屏幕上查看转速、抽汽及HP、LP阀等关键数据并进行相应操作，还可在DCS上或通过现场盘按钮实现远程操作，控制透平的运转状态。下面我们以裂解气压缩机透平GBT201和丙烯制冷压缩机透平GBT501为例介绍 505E调速器的使用情况。
3.1裂解气压缩机透平的转速控制
裂解气压缩机透平GBT201是由产自裂解炉的11MPa超高压蒸汽驱动的，中间抽出3.4MPa高压蒸汽的抽汽凝汽式蒸汽透平。505E调速器根据测量到的透平转速信号和进汽压力信号，按照转速控制优先的原则调节透平转速满足压缩机对转速的需要。
我们知道裂解气透平的转速控制主要由505E中的转速控制、抽汽控制、转速参考、比例/限制器、远程控制、阀斜面控制等控制模块组成的控制系统来控制。
这些模块将根据我们所作的控制组态来完成透平转速的控制。
（12）REALAYOUTPUT（继电器输出）：
设置LP≥99.9％，转速≥700rpm及转速≥5057rpm时分别对应1＃、2＃和5＃继电器励磁。
（13）HANDVALVES（手阀）：
启用手动蒸汽阀功能，并设定HP≥30％时4＃继电器带电，关回到25％时断电。现场并未使用余外的手动蒸汽阀，这里仅是为配合ESD紧急停车系统而启用的一项辅助功能。
（14）ANLOGREADOUT（模拟量读出）：
设置1＃模拟量读出为转速输出，且4～20MA对应0～10000rpm。转速输出信号送至DCS系统显示。
3.1.1控制组态
在GBT201透平的转速控制程序中，我们选择的控制组态为：
（1）TURBINESTART（透平启动）：
选择自动方式。打开T&T截止阀后，按调速器键盘上的RUN键，LP阀全开，HP阀将按慢慢打开，直到调速器开始控制透平转速。
（2）SPEEDCONTROL（转速控制）：
选择两个MPU，转速齿轮齿数为60，MPU齿比1：1，执行机构(HP和LP阀）接收信号为4～20mA。
（3）SPEEDREFERENCE（转速参考）：
设定最大转速参考6961rpm，超速跳车转速6545rpm，最大控制转速6248rpm,最小转速参考5057rpm，速度慢变率（正常调节时的速率）4rpm/sec，速度快变率（临界区使用的速率）10rpm/sec。
（4）EXTRACTIONCONTROL（抽汽控制）：
设定抽汽输入取反，给出抽汽数据（用相同的量化单位设定蒸汽图范围），选择转速控制优先，设定最小抽汽输入为0(4mA），最大抽汽输入为18000(20mA）。
（5）CONTACTINPUTS（触点输入）：
选择“外部运行”为4＃触点、“额定/空载”为1＃触点、“启用远程控制”为2＃触点等输入信号。
（6）SHUTDOWNLOGIC（停车逻缉）：
选择HP和LP执行器过流、欠流及抽汽信号丢失等停车逻缉，即当出现其中任一种情况时调速器都将发出停车信号。
（7）VALVERAMPCONTROL(阀门斜面控制）：
设置HP和LP阀门斜面变化率分别为0.5%/sec和1%/sec。
（8）CRITICALSPEEDS（临界转速）：
设置两段临界转速，分别为1680～2900rpm和3100～5000rpm。
（9）IDLE/RATED（空载/额定）：
设置空载转速1000rpm，额定转速5057rpm。当外部的IDLE/RATED开关闭合后，转速将按2rpm/s的速率从1000rpm上升到5057rpm。
（10）UNITS（单位）：
改变压力单位为KPA。
（11）REMOTEPROCESS（远程控制）：
设置4MA和20MA输入时的参考转速及参考转速上下限均为5057rpm和6248rpm，控制速率设定为2rpm/sec。
S7-200CN新样本发布
经过西门子自动化与驱动集团自动化系统部工厂自动化低端组产品经理和来自德国总部ASSMMPMP2的共同努力，新一代S7-200CN产品样本手册已于四月发布。
新一代S7-200CN产品样本大量运用图片及应用方案的方式，形象而生动地向客户介绍S7-200CN的产品特性及技术亮点。与以往的样本相比，此次新样本更加注重以卡通画的方式介绍产品亮点，通俗而形象的方案应用介绍便利了中国客户，尤其新客户对S7-200CN的了解和认识，能够快速而形象地让客户了解S7-200CN的产品主要性能。此次产品样本，更多的考虑到了样本作为售前的一种重要资源的特点，能够让客户在短时间内对S7-200CN有一个深入的认识。
S7-200CN产品久经考验，在中国市场备受好评。此次新样本的发行，将更加有助于S7-200CN在中国的产品宣传和市场推广。
PLC-变频器和软启动器在供水加压站中的应用
随着我国经济的高速发展，城市规模的不断扩大，稳定的水压、优良的水质成了现代人们生活的必需要求。但工业发展对水资源的污染让现代水厂必须远离污染源，都设在了水源的上游，从而导致供水管网过长，在管网的末端水压过低，使得该区域的用户生活受到了影响，于是，设在城市中心或管网末端的供水加压站在城市供水系统中就显得极其重要。另一方面，由于城市人口密集，用水量随机性、变化幅度大，因此，供水加压站的设计即要满足最大负荷（用水量）运行，又要避免负荷变化引起的管网压力骤然增大或减小而破裂的问题。传统控制系统采用频繁地对水泵、电机启停的方法，不但缩短了它们的机械寿命，而且增加了维护和维修的费用，而且造成了电能的浪费。这里介绍一种由PLC-变频器和软启动器的加压供水系统的应用，它能很好地解决了上述的问题。
PLC-变频器和软启动器控制系统由1个PLC控制站、2台变频器、2台软启动器、压力变送器、综合保护器、液位计及4台潜水泵等组成，如图1。4台水泵中2台大泵的流量是5000m3/h，电机为150kW；2台小泵流量3000m3/h；电机为85kW。两台变频器控制1大1小的水泵，两台软启动器控制另外两台水泵。在出水总管上安装有压力变送器探测管网的压力，在清水蓄水池装有液位计，检测水池的液位并将信号送至PLC。每台潜水泵机都配有1台的综合保护器（安装在变频器或软启动机柜内），它收集机组的轴承温度、绕组温度、漏水报警信号、绝缘信号等。
每台变频器柜和软启动柜在面板上都有手动/自动转换按钮，当打在“手动”档时，可通过柜面的控制按钮进行控制，工作人员可以根据实际情况现场决定开/停水泵，并设为最优先控制级，不受PLC或控制室的控制，以保证检修或出现故障时的安全使用。
根据区域供水条件的要求，加压站的常规供水流量按一大一小运行流量设计，即1台大的变频器加1台小软启动器或1台小的变频器加1台大的软启动器，保证有1台的变频器工作。当用水处于高峰时，用水量增时，管网的压力就会降低，安装在出口处的压力变送器就把压力信号传送到变频器，变频器与给定的压力（可通过电位器或PLC给定）相比较，通过内部PID运算，经过一定时间的延时，如压力继续降低，则变频器调节输出频率，提高水泵的转速，直至压力升高到给定值，然后继续稳定工作。如在延时时间内，管网的压力恢复，则输出频率不变。如用水量小，压力上升，同样变频自动调节输出频率，直至达到压力稳定为止。这样，给定压力—变频器—反馈压力—给定压力就形成了单循环闭环控制系统，通过调节变频器输出频率的来调节水泵的转速，达到恒压供水的目的。
2.2多泵或单泵运行方式
当系统在一大一小运行达到满负荷时，即变频器工作在工频50Hz时，PLC即可对其进行计时，若在一定的时间段内，压力仍小于给定的压力，PLC就自动启动另处一台变频器或软启动器，变频器再自动调节输出频率，直到压力达到给定值，如运行的变频器输出频率已在50Hz，压力还达不到要求，则要启动最后一台水泵，直至压力上升到给定值。
而当系统在一大一小的方式运行，而变频器的输出频率低于某一值（一般为30Hz左右）时，管网的压力仍高于给定的压力，PLC也自动启动计时器，在一定的时间段内，如果压力仍高于给定值，PLC就自动停止软启动器的运行，由单台的变频器运行，直至压力降低为止。
2.3PLC的工作
PLC在本系统中主要通过RS485通信接口读取变频器、软启动器上传的频??开/停进行控制，同时记录每台水泵的运行时间，对高低压配电系统如绝缘、过压、过流等监测。
2.4故障的处理
在供水加压站的设备不多，所以最主要的故障来源于潜水泵和变频器或软启动器本身。由于每台的潜水泵都由配有单独的综合保护器，当潜水泵发生故障如轴承温度、绕组温度、漏水、绝缘报警时，综合保护器就会根据故障的类型、或轻重程度决定是否先停止运行该潜水泵，同时将故障信号传到变频器或软启动器，再通过变频器或软启动器RS485接口报知PLC，在PLC系统发出停止信号和发出声光报警，以通知工作人员及时处理。而变频器或软启动器本身故障时，也通过RS485的接口上传故障信号至PLC，PCL发出报警信号并自动发出停止信号。
三、系统主要设备的配置及PLC软件设计
（1）变频器和软启动器的配置
在一般的控制系统中变频器的输出频率是通过PLC来控制，即由PLC采集压力信号，并进行PID运算，然后再输出频率信号，变频器根据此信号来决定输出。在本系统中采用了变频器自身控制的方法，变频器用的是CFC-1000系列产品，软启动器用的也是施耐德CMC-S系列产品，这种型号的变频器内部自带PID调节器采用了优化算法，它可以接受现场压力传感器的4-20mA的标准模拟信号，与给定的压力参数比较，调节输出，平稳地控制了管网的压力。由于PID运算在变频器内部，就可省去了对PLC存储容量和PID算法的编程，降低了成本，提高了生产效率。
（2）PLC控制系统的配置
由于PLC在本系统中只承担“总监总控”的角色，而且PLC与变频器和软启动器的通信是通过RS485接口进行，所以配置较为简单，除CPU模块、通信模块、电源模块外，只配置了16点的开关量输入模块1块，8点模拟量输入模块1块，主要的输入信号来源于配电系统中的开闸合闸、手动/自动、电流、电压、有功功功率、无功功率等，所以对PLC的配置要求不高。
（3）PLC软件的设计
3.1开停泵的程序
根据出水管压力和水池的水位高低来确定开泵台数，实现恒压控制。即当出水管压力低于设定压力时，增加开泵的台数；当出水管压力高于设定压力时，减少开泵的台数。
3.2系统控制和报警记录程序
系统的总控制由PLC来完成，记录每一台机组的运行时间，当达到一定时间段时，按“先投先切”和“先切先投”的方式，自动轮流切换。PLC还接受变频器、软启动器和潜水泵的报警信号，并按情况决定是否停止该机组的运行，并把报警时间、类型等信息记录，以便日后的查询。
四、系统的优点
本系统由于采用了PLC+2变频器+2软启动器的控制方式，与相应的PLC+4台变频器控制的系统相比，用户节省了给每台水泵配置变频器大成本（毕竟变频器比软启动器贵好多），而且PLC配置低，程序简单，也同样也达到由单台运行到多台运行采用变频控制的多种运行方式，达到恒压供水的目的。
由于变频器的运用，也没有了因为电气设备频繁的启停操作而导致的寿命减短的问题。因此，该系统具有了节资、节能、节水的目的。
五、结束语
在供水系统中目前广泛地采用了变频调速的方法，也有很多的控制方法，但最终的目的也是只有一个：即恒压又节资、节能。相信随着技术的不断更新和成熟，也不断有新的方法??应用实例写出，希望借此能同大家共同交流和探讨。
关注变频器行业发展 十大评选风云再起
2008年3月10日，以“绿色环保·节能降耗”为主题的“慧聪网2007第二届中国变频器发展高峰论坛暨中国变频器十大品牌与风云人物评选活动”正式启动，本次活动由慧聪变频器网主办，中国电源学会、中国电工技术学会电气节能专委会及《控制与传动》杂志社协办，将在国家发改委能源研究所、中国电工技术学会、中国电器工业协会的共同指导下，探讨变频器行业发展前景，挖掘变频器行业最具影响力的人物和品牌。
评选投票活动从3月10日起，持续两个月，并将于5月24日在深圳五洲宾馆举行“慧聪网2007第二届中国变频器十大品牌与风云人物评选颁奖盛典”，揭晓“ 2007中国变频器发展年度风云人物”“2007中国低压变频器十大国内品牌”“2007中国低压变频器十大国外品牌”“2007中国高压变频器十大品牌”“2007中国变频器十大经销商”等奖项。
关注变频行业发展 倡导节能环保理念
2007年，变频器行业风起云涌、气象万千！国内变频器行业发展迅速，市场规模不断放大，并且随着中国经济持续增长和节能环保观念的日益普及，发展潜力十分可观。众所周知，电机耗电量占到全国工业用电总量的60％以上，而变频调速技术的应用将实现电机节能20％～30％以上。
为了帮助该行业内的企业更好地理解中国变频器市场现状、发展前景以及目前的市场格局，同时梳理盘点2007年中国变频事业，推动建立行业标准，弘扬表彰2007年对中国变频事业做出重大贡献、具有重大品牌影响力和行业推动力的人物和企业，以全新的中国变频人形象迎接2008北京奥运会。慧聪变频器网于2008年初特组织策划了“慧聪网2007第二届中国变频器发展高峰论坛暨中国变频器十大品牌与风云人物评选活动"。
紧扣时代脉搏 活动内容新颖多样
本次举办的“变频器十大评选”已是由慧聪变频器网主办的第二届变频器行业评选，活动延续一贯的“节能、环保”和“推动行业发展”的理念，紧扣时代脉搏，在形式和内容上又有创新。
据主办方介绍，本次“慧聪网2007第二届中国变频器发展高峰论坛暨中国变频器十大品牌与风云人物评选活动”共由6个系列活动组成：
“电源展风云榜”——100平米慧聪展台牵手第14届中国国际电源展，全面诠释变频器风云榜，同时慧聪网将组织变频器采购团光临现场；
“变频器论文设计大赛”——中国十大高校电气学院莘莘学子联袂打造，传动变频领域新篇章；
“变频器发展高峰论坛”——权威解读国家节能最新政策，分享行业最新研究成果，了解变频领域最新技术；
“2007中国变频器行业十大评选颁奖盛典”——揭晓2007中国变频器行业十大风云人物和十大品牌；
“财富晚宴”——千万元采购定单，近距离接触采购商，层出不穷的刺激抽奖，丰富多彩的文艺表演；
“企业考察游”——考察知名厂家流水线，分享企业成功案例，上下游企业亲密沟通。
公众参与媒体关注 共同见证行业盛典
本次活动将延承首届2006中国变频器十大评选活动的评选规范，坚持“专业、权威、神圣”原则，评选产生2007年对中国变频事业做出重大贡献、具有重大影响力和推动力的十大品牌十大人物。评选结果将通过网络投票、短信投票、专家评审结合的方式产生，从3月10日起到5月5日，公众可以通过慧聪网专题网页，参与此次评选活动。评选结果将于5月底正式公布，届时将在深圳五洲宾馆揭晓并颁发奖项。
本次活动得到了中央电视台等近百家媒体的关注，众多媒体进行全程跟踪报道。并有多家知名媒体通过光盘、网络、杂志、报纸等多方面多渠道对本次活动盛况进行全方位报道。本次活动还将邀请国内最顶级权威的专家团队，全国各地生产企业、营销机构、采购商、供应商、代理服务机构及国内知名媒体近300人云集深圳，共话“和谐”、“节能”、“创新”、与“奥运”等2008中国社会最热点话题，社会影响极其广泛。
怀揣着“影响力、责任、力量、梦想”，这些企业和企业人物站在了候选的舞台上，他们在变频器行业均具有重要影响力，他们为中国变频器的发展直接或间接产生了巨大的推动作用，他们以社会责任感为己任，其年度成就昭示了变频器的发展趋势，其行动引起社会关注和共同思考；其行为引导变频器前行；其行动充分体现自主创新价值。他们，等着您的关注和支持。
PLC及特殊功能模块在玻璃熔窑自控中的应用
1、系统概述
玻璃熔窑各参数的稳定运行非常重要，它直接影响到玻璃的产量和质量。在玻璃生产过程中对窑压和温度的稳定有严格的要求，同时窑压和温度的写急定又涉及到其它环节和参数，比如燃油的压力和温度，雾化介质的压力以及换向过程等等。要想实现这些参数的稳定，并且达到较好地配合有不同的方法可以实现。随着微电子技术的发展，PLC产品在其功能和性能指标上都大大地丰富和完善，因此，我们就应用PLC的一些特殊功能模块和一些普通的I/O模块对玻璃熔窑的各个参数进行自动控制，包括前面提到的各种参数、熔窑的换向控制以及通过PLC和变频器的通讯实现对变频器输出频率的控制。系统投入使用以来运行状况良好。
2、系统构成
本系统上位机部分选用一台上位机配以FIX软件包，PLC部分选用知名品牌的PLC，它具有成本低、运行可靠、功能较强的特点。执行机构主要有变频器、电磁阀、薄膜调节阀、三相异步电动机等。
3、PLC实现的功能
本系统大致可以分为三个部分；1、PID调节部分，2、熔窑的换向系统，3、PLC和变频器的通讯部分。其中PID调节部分包括油压、油温、油流（1-6号）、雾化介质、窑压等参数的控制。
3.1PlD调节部分
PID控制主要通过PID控制单元，该单元主要有以下特性；1、l00ms高速采样周期，实现了高速PID控制。2、数字滤波器衰减输入噪音，控制输入意外干扰，使PID控制成为有效的快速响应系统。3、多种输出规格可供选择。4、八组数据设置，八个数值（如设定点（SP）和报警设置值）可以预置在八个数据组中。5、可以用数据设定器输入和显示当前值。6、先行PID控制，利用先行PID控制器及自动调谐的特性获得稳定的PID控制。7、可以用PLC程序输入和检索数据。同时我们通过PLC的程序实现双 PID控制，从而实现了窑压和油流的稳定运行。
PID控制可以分为本地控制和远程控制两种模式，远程控制即通过PLC实现的控制，又有自动和手动两种方式，自动控制即由PLC进行全自动控制，不需要进行人工干预。手动控制即在上位机上给定一个阀位输出值，通过PLC对阀位进行控制。在正常情况下都是在远程控制模式下的自动状态进行，并且每个PID控制回路的SV值、PV值、OUT值都可以在上位机上用棒图显示出来，非常直观。
同时在上位机上可以很方便地修改油温、油压、油流、雾化介质、窑压等每个控制回路的PID参数，如设定值（SV）、“P”值、“I”值、“D”值，并且操作界面非常友好，操作方便。
3.2熔窑的换向部分
熔窑的换向分为手动、半自动、和自动三种方式，手动即在控制柜上进行操作；半自动和自动都是通过PLC进行控制的，正常情况下都是在全自动换向状态下运行，不需要进行人工干预，只要在上位机上设定换向时间，PLC就会按给定的时间进行自动换向。并且PLC能自动地识别方向，在上位机上显示
时还能保证在于动/半自动/自动三种状态之间无扰动切换。
3.3PLC与变频器的通讯（现场总线DeviceNet）
现场总线是近年来进入工业现场控制领域的一项先进的技术，在本项目中我们采用了DeviceNet开放式的现场总线来实现PLC与变频器之间的通讯。DeviceNet有很多特点；1、它为开放式现场总线网络，符合DeviceNet总线标准的国内外各生产厂商的机器均可连接。2、它支持广泛的数据处理操作，从通常的ON/OFF数据处理到条形码读入器的数据位操作。3、DeviceNet保证了波特率为125kbps，节点间最大500m的数据传输距离，因而在较长的生产线上应用简单方便。当采用某种 PLC机型时它可以使用多达2048个I/O点和63个从站。过去我们都是利用一个模拟量信号（4-2OmA或0-10v）来控制变频器的输出频率，从而实现节能或调速的要求。但是模拟量信号不管是4-20mA的电流信号或者是0-l0v的电压信号，即使采用数字化处理，但在传输过程中仍然是以模拟量信号进行传输，容易受到干扰，同时模拟量信号精度较低，只能用于精度要求不高的系统中，在精度要求较高的系统中，模拟量信号还易受干扰，造成系统的不稳定，而我们采用通讯的方式来控制变频器的输出频率，是一种纯数字化的控制，即数字的处理采用数字化处理，传输是纯数字化的传输，精度很高，这就能够使变频器的输出频率非常稳定。同时还可以把变频器的运行状态，故障信息在上位机上显示出来。
4、结束语
该系统应用于某玻璃生产线后运行稳定，也降低操作者的劳动强度，受到生产分厂的好评。由于该系统在改造前，油流量的控制一直不能技入自动，长期处于手动控制状态，需要很频繁地调节流量阀的开度大小，工作量很大。改造后能完全实现自动控制。而且该系统的操作也非常方便，凡是需要修改的参数都可以在上位机上直接输入，如变频器的起/停、基准频率、每个PID控制回路的参数值等。另外，该系统价格低，投资少，降低了产品成本，效益显著。
台达运动控制型PLC应用技术
1 引言
随着自动化设备对控制的高精度、高响应性需求的不断增加，自动化控制技术不断提高，精确的高速定位控制得到广泛应用，PLC这一工业控制产品也从早期的逻辑控制领域不断扩展到运动控制领域，实现了以往PLC无法完成的运动控制功能。
在运动控制中大多数采用我们熟悉的数控系统或者是计算机运动板卡来完成，虽然作为专门的产品能够实现复杂的运动轨迹控制，但同时要完成一些逻辑动作的控制就不如PLC灵活方便。台达DVP20PM系列PLC 高速定位、双轴线性及圆弧插补多功能可编程控制器，结合了PLC逻辑动作控制和数控系统运动控制的各自优点，在功能上满足双轴插补的高速定位需求。
2 台达运动控制型PLC硬件结构
DVP20PM是台达运动控制型PLC。 DVP20PM通过前后两个扩展口既可作为PLC主机执行也可作为EH2型主机的扩展模块使用，具有X0-X7、Y0-Y7数字量输入输出各八点，并配置了手摇轮、零点信号、原点信号、极限信号、启动、停止等各种信号接口满足应用需求。
DVP20PM主机包含64K超大程序容量内存（Flash），可支持100段运动程序，脉冲输出最高可达500KHz，并具备电子原点返回模式，支持PLC顺序语言及定位语言(G码与M码），下面先由硬件部分简单介绍20PM组成。
2.1电源
DVP20PM电源规格参见表1。
表1电源规格
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项目
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内容
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电源电压
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100~240VAC（-15%~10%）, 50/60Hz ± 5%
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电源保险丝容量
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2A/250VAC
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消耗电力
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60 VA
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DC24V供应电流
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500 mA
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电源保护
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DC24V输出具短路保护
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突波电压耐受量
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1500VAC（Primary-secondary），1500VAC（Primary-PE），500VAC（Secondary-PE）
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绝缘阻抗
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5 MΩ以上（所有输出/入点对地之间 500VDC）
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噪声免疫力
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ESD: 8KV Air Discharge，EFT: Power Line: 2KV, Digital I/O: 1KV, Analog & Communication I/O: 250V
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接地
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接地配线之线径不得小于电源端L, N之线径（多台20PM同时使用时，请务必单点接地）
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操作/储存环境
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操作：0°C~55°C（温度)，50~95%（湿度），污染等级 2；储存：-25°C ~70°C（温度），5~95%（湿度）
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耐振动/冲击
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国际标准规范 IEC61131-2, IEC 68-2-6（TEST Fc）/IEC61131-2 & IEC 68-2-27（TEST Ea）
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重量（约g）
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478/688
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2.2I/O点规格
参见图1，DVP20PM提供的数字量输入输出点规格与台达通用PLC规格基本相同，输入点支持SINK（漏极）和SOURCE（源极）两种方式，输出点也有继电器输出和晶体管输出可选。
图1
需要提到的是其在运动控制中的特殊输入输出点，简述如下：
START0、START1：启动输入
STOP0、STOP1：停止输入
LSP0/LSN0、LSP1/LSN1：右极限输入/左极限输入
A0+、A0-、A1+、A1-：手摇轮A相脉波输入+,-（差动信号输入）
B0+、B0-、B1+、B1-：手摇轮B相脉波输入+,-（差动信号输入）
PG0+、PG0-、PG1+、PG1-：零点讯号输入+,-(差动信号输入)
DOG0、DOG1：原点回归的近点信号输入或多段运动的启动信号
CLR0+、CLR0-、CLR1+、CLR1-：清除信号（Servo驱动器内部偏差计数器清除信号）
FP0+、FP0-、FP1+、FP1-：脉冲输出端口
RP0+、RP0-、RP1+、RP1-：脉冲输出端口
（注：0表示第一轴，1表示第二轴，如START0表示启动第一轴，START1表示启动第二轴，其他信号依次类推）
从端子分布可以看到，除了常用的极限和启动停止信号外，配置了过零脉冲PG和手摇轮功能输入端，手摇轮是机床应用中常用而必备功能，而利用过零信号在精确控制场合往往会用到，当然更不用说定位控制中都会用到的DOG原点信号。
2.3配线规格
一般I/O点配线就不再赘言了，可以关注一下PLC比较少用到的差分输入输出方式，在信号中有一部分是这样的，一定要注意否则将不能正确完成，参见图2、图3。
3 台达运动控制型PLC软件结构
3.1DVP20PM程序结构
由于20PM主机结合了PLC顺序逻辑控制及双轴插补定位控制的功能，因此在程序架构上主要分为O100主程序、Ox运动子程序及Pn子程序等三大类，结合了基本指令、应用指令、运动指令及GCode指令，使程序设计更多元化，结构更清晰；程序采用PMSOFT软件进行编辑。
（1）主程序。主程序以O100作为起始记，M102作为结束标记，是PLC顺序控制程序，主要为控制主机动作执行，在O100主程序区域中，可以使用基本指令及应用指令，或在程序中启动 Ox0~Ox99运动子程序及调用Pn子程序。主要提供主控制程序的建立，以及运动子程序的设定及启动控制。
（3）运动子程序。Ox0～Ox99运动子程序为运动控制程序，主要为控制20PM系列主机进行X-Y轴双轴运动之子程序，于Ox0～Ox99运动子程序区段中，有支持基本指令、应用指令、运动指令及G码指令，并在程序中可规划呼叫Pn指针子程序，通过PLC提供的内部特D特M进行子程序的控制。主要提供运动子程序的建立，以及运动子程序的运动控制，在架构上可算是20PM的运动指令及G码指令规划区域。
（4）子程序。这里所说的子程序是指以Pn开头的一般用子程序，主要是被O100主程序及Ox运动子程序调用的子程序。如在O100主程序调用Pn指针，则Pn指针子程序支持基本指令及应用指令；若在 Ox0~Ox99运动子程序中调用Pn指针时，则Pn指针子程序区段可支持基本指令、应用指令、运动指令及G码指令。
3.2PMSOFT软件介绍
与台达PLC的WPLSoft软件相似，DVP20PM的编程软件PMSOFT按照IEC61131标准设计，具有梯形图和语句表两种编程方式，且具有G码汇入、错误提示、区段注释、装置注释、标尺、完善的监控窗口、运动指令追踪等便利工具提供给用户，特别值得一提的是该软件具有运动轨迹仿真功能，当您编辑好程序后可利用此功能对加工轨迹进行模拟演示，参见图5。
为方便切换阶梯窗口，只要点选系统信息列中的树枝状对应的程序编号，自动切换对应的程序编辑窗口，在PMSoft编辑环境中同时只能有一个阶梯图窗口，这是为了在庞大复杂程序中找寻程序方便，同时将主程序、运动子程序、一般子程序这三种程序模块化处理，O100主程序只有一个编辑窗口，Oxn运动程序有100个编辑窗口，Pm子程序有256个编辑窗口，总共有357个窗口，每个窗口未编辑都有10network。程序编辑由网络区段组成，每个网络区段是由输入与输出编辑区域所组成，在编辑过程中，自动产生逻辑结构正确的阶梯图，使用者无须再做额外补线的动作，网络区段编辑并具有错误提示功能。
轧钢自动化 让数据说话
当前，原料价格及人力成本在高速增长，为有效提高生产效益和降低生产成本，计算机自动化已成为轧钢企业管理的重要手段之一。它充分利用现场采集的实时数据信息,为生产管理服务，进一步加强现场工艺设备状况的监控和控制，帮助管理人员迅速做出决策，实现管理、控制的一体化，在节能降耗方面得到很大提升，可增强企业的竞争力。
在韶关钢铁的计算机自动化系统中，以计算机Window2000系统为平台，使用Siemens v5.3和SQL Server 2000及Wincc 6.0软件,实现了对轧钢现场实时数据管理。该系统以计算机自动化为核心，对轧钢过程中每条钢坯的质量数据和工艺数据进行跟踪，实现对数据的收集、存储、查询、更新和统计等功能，并生成符合工艺要求的报表。自2005年投入使用以来，近3年期间，系统运行良好、性能稳定，实现了轧制生产和管理的自动化。
系统通过对现场各种数据的采集，借助网络通信上送至PLC（可编程逻辑控制器）的数据模块，经过内部程序完成实时数据处理，上送至上位机的操作室和服务器，同时下传上位机的控制命令到现场各个控制单元，上位机上显示控制单元的动作过程和各种实时数据。在整个过程中，生产线上所有的网络、控制、模块单元的数据处于高速传输状态，每100ms刷新一次，并不断发送和接收数据。
四层结构紧密集合
该轧制自动化控制系统也像所有典型的分级控制系统一样，在网络结构上可以分为四层，即数据采集层、过程监控层、数据管理层和信息服务层，如图所示。
数据采集层由两套德国西门子公司的Simatic S7-400系列PLC、各种传感器以及一些采集板卡组成，实时检测轧机、活套以及操作箱等现场数据。同时，系统将轧制压力、张力、活套传感器、热金属检测器等模拟量或数字量信号以及运行、停止等开关量信号，分别通过硬线和profibus-DP网送入PLC系统的I/O扩展模块，经过放大、隔离、滤波处理后，转换成数字信号，通过计算机网络向上层传送，完成对生产轧制的数据采集。
过程监控层即上位机监控站，布置在操作室，负责读取PLC传送来的数据流，并进行分析和处理，然后送到数据管理层的服务器，分别绑定在数据表单的各个字段上。此时，系统也负责向传输控制单元发送数据，并在前台实时显示关键数据，完成工艺的监控。
数据管理层包含两台计算机，一台作为数据库服务器，完成轧制过程中实时数据和工艺数据的存储、录入、监控、备份和维护等工作; 另一台作为优化计算机，完成数据的处理以及轧制过程的优化、自适应及自学习。
信息服务层计算机分布在不同的工段和科室。它们都安装有前台数据库应用程序，以数据库服务器为中心，采用C/S结构组成星形计算机局域网（LAN）。网内每一台计算机都可以访问数据库，完成浏览、查询、统计、报表打印等操作。如果用户有足够的权限，可以通过登录框更改登录口令并对数据进行修改。
PLC的自动化控制系统的优化设计
1 引言
在现代化的工业生产设备中，有大量的数字量及模拟量的控制装置，例如电机的启停，电磁阀的开闭，产品的计数，温度、压力、流量的设定与控制等，而PLC技术是解决上述问题的最有效、最便捷的工具，因此PLC 在工业控制领域得到了广泛的应用。下面就PLC工业控制系统设计中的问题进行探讨。
2 PLC系统设备选型
PLC最主要的目的是控制外部系统。这个系统可能是单个机器，机群或一个生产过程。不同型号的PLC有不同的适用范围。根据生产工艺要求，分析被控对象的复杂程度，进行I/O点数和I/O点的类型（数字量、模拟量等）统计，列出清单。适当进行内存容量的估计，确定适当的留有余量而不浪费资源的机型（小、中、大形机器）。并且结合市场情况，考察PLC生产厂家的产品及其售后服务、技术支持、网络通信等综合情况，选定价格性能比较好的PLC机型。
目前市场上的PLC产品众多，国外知名品牌有德国的SIEMENS;日本的OMRON、MITSUBISHI、FUJI、Panasonic;美国的GE;韩国的LG等。国产品牌有研华、研祥、合力时等。近几年，PLC产品的价格有较大的下降，其性价比越来越高。PLC的选型应从以下几个方面入手。
2.1确定PLC控制系统的规模
依据工厂生产工艺流程和复杂程度确定系统规模的大小。可分为大、中、小三种规模。
小规模PLC控制系统:单机或者小规模生产过程，控制过程主要是条件、顺序控制，以开关量为主，并且I/O点数小于128点。一般选用微型PLC,如SIEMENSS7-200等。
中等规模PLC控制系统:生产过程是复杂逻辑控制和闭环控制，I/O点数在128——512点之间。应该选用具有模拟量控制、PID控制等功能的PLC，如SIEMENSS7-300等。
大规模PLC控制系统:生产过程是大规模过程控制、DCS系统和工厂自动化网络控制，I/O点数在512点以上。应该选用具有通信联网、智能控制、数据库、中断控制、函数运算的高档PLC,如SIEMENSS7-400等,再和工业现场总线结合实现工厂工业网络的通讯和控制。
2.2确定PLCI/O点的类型
根据生产工艺要求，分析被控对象的复杂程度，进行I/O点数和I/O点的类型（数字量、模拟量等）统计，列出清单。适当进行内存容量的估计，确定适当的留有软硬件资源余量而不浪费资源的机型（小、中、大型机器）。
根据PLC输出端所带的负载是直流型还是交流型，是大电流还是小电流，以及PLC输出点动作的频率等，从而确定输出端采用继电器输出，还是晶体管输出，或品闸管输出。不同的负载选用不同的输出方式，对系统的稳定运行是很重要的。
电磁阀的开闭、大电感负载、动作频率低的设备，PLC输出端采用继电器输出或者固态继电器输出;各种指示灯、变频器/数字直流调速器的启动/停止应采用晶体管输出。
2.3确定PLC编程工具
（1）一般的手持编程器编程。手持编程器只能用商家规定语句表中的语句表（STL）编程。这种方式效率低，但对于系统容量小、用量小的产品比较适宜，具有体积小、价格低、易于现场调试等优点。这主要用于微型PLC的编程。
（2）图形编程器编程。图形编程器采用梯形图（LAD）编程，方便直观，一般的电气人员短期内就可应用自如，但该编程器价格较高,主要用于微型PLC和中档PLC。
（3）计算机加PLC软件包编程。这种方式是效率最高的一种方式，但大部分公司的PLC开发软件包价格昂贵，并且该方式不易于现场调试，主要用于中高档PLC系统的硬件组态和软件编程。
3 PLC控制系统的设计
PLC控制系统设计包括硬件设计和软件设计。
3.1PLC控制系统的硬件设计
硬件设计是PLC控制系统的至关重要的一个环节，这关系着PLC控制系统运行的可靠性、安全性、稳定性。主要包括输入和输出电路两部分。
（1）PLC控制系统的输入电路设计。PLC供电电源一般为AC85—240V，适应电源范围较宽，但为了抗干扰，应加装电源净化元件（如电源滤波器、1:1隔离变压器等）;隔离变压器也可以采用双隔离技术，即变压器的初、次级线圈屏蔽层与初级电气中性点接大地，次级线圈屏蔽层接PLC输入电路的地，以减小高低频脉冲干扰。
PLC输入电路电源一般应采用DC24V,同时其带负载时要注意容量，并作好防短路措施，这对系统供电安全和PLC安全至关重要，因为该电源的过载或短路都将影响PLC的运行，一般选用电源的容量为输入电路功率的两倍，PLC输入电路电源支路加装适宜的熔丝，防止短路。
（2）PLC控制系统的输出电路设计。依据生产工艺要求，各种指示灯、变频器/数字直流调速器的启动停止应采用晶体管输出，它适应于高频动作，并且响应时间短;如果PLC系统输出频率为每分钟6次以下，应首选继电器输出，采用这种方法，输出电路的设计简单，抗干扰和带负载能力强。
如果PLC输出带电磁线圈等感性负载，负载断电时会对PLC的输出造成浪涌电流的冲击，为此，对直流感性负载应在其旁边并接续流二极管，对交流感性负载应并接浪涌吸收电路，可有效保护PLC。
当PLC扫描频率为10次／min以下时，既可以采用继电器输出方式，也可以采用PLC输出驱动中间继电器或者固态继电器（SSR），再驱动负载。
对于两个重要输出量，不仅在PLC内部互锁，建议在PLC外部也进行硬件上的互锁，以加强PLC系统运行的安全性、可靠性。
对于常见的AC220V交流开关类负载，例如交流接触器、电磁阀等，应该通过DC24V微小型中间继电器驱动，避免PLC的DO接点直接驱动，尽管PLC手册标称具有AC220V交流开关类负载驱动能力。
（3）PLC控制系统的抗干扰设计。随着工业自动化技术的日新月异的发展，晶闸管可控整流和变频调速装置使用日益广泛，这带来了交流电网的污染，也给控制系统带来了许多干扰问题，防干扰是PLC控制系统设计时必须考虑的问题。一般采用以下几种方式:
隔离:由于电网中的高频干扰主要是原副边绕组之间的分布电容耦合而成，所以建议采用1:1超隔离变压器，并将中性点经电容接地。
屏蔽:一般采用金属外壳屏蔽，将PLC系统内置于金属柜之内。金属柜外壳可靠接地，能起到良好的静电、磁场屏蔽作用，防止空间辐射干扰。
布线:强电动力线路、弱电信号线分开走线，并且要有一定的间隔;模拟信号传输线采用双绞线屏蔽电缆。
3.2PLC控制系统的软件设计
在进行硬件设计的同时可以着手软件的设计工作。软件设计的主要任务是根据控制要求将工艺流程图转换为梯形图，这是PLC应用的最关键的问题，程序的编写是软件设计的具体表现。在控制工程的应用中，良好的软件设计思想是关键，优秀的软件设计便于工程技术人员理解掌握、调试系统与日常系统维护。
（1）PLC控制系统的程序设计思想。由于生产过程控制要求的复杂程度不同，可将程序按结构形式分为基本程序和模块化程序。
基本程序:既可以作为独立程序控制简单的生产工艺过程，也可以作为组合模块结构中的单元程序;依据计算机程序的设计思想，基本程序的结构方式只有三种:顺序结构、条件分支结构和循环结构。
模块化程序:把一个总的控制目标程序分成多个具有明确子任务的程序模块，分别编写和调试，最后组合成一个完成总任务的完整程序。这种方法叫做模块化程序设计。我们建议经常采用这种程序设计思想，因为各模块具有相对独立性，相互连接关系简单，程序易于调试修改。特别是用于复杂控制要求的生产过程。
（2）PLC控制系统的程序设计要点。PLC控制系统I/O分配，依据生产流水线从前至后，I/O点数由小到大;尽可能把一个系统、设备或部件的I/O信号集中编址，以利于维护。定时器、计数器要统一编号，不可重复使用同一编号，以确保PLC工作运行的可靠性。
程序中大量使用的内部继电器或者中间标志位（不是I/O位），也要统一编号，进行分配。
在地址分配完成后，应列出I/O分配表和内部继电器或者中间标志位分配表。
彼此有关的输出器件，如电机的正/反转等，其输出地址应连续安排，如Q2.0/Q2.1等。
（3）PLC控制系统编程技巧。PLC程序设计的原则是逻辑关系简单明了，易于编程输入，少占内存，减少扫描时间，这是PLC编程必须遵循的原则。下面介绍几点技巧。
PLC各种触点可以多次重复使用，无需用复杂的程序来减少触点使用次数。
同一个继电器线圈在同一个程序中使用两次称为双线圈输出，双线圈输出容易引起误动作，在程序中尽量要避免线圈重复使用。
如果必须是双线圈输出，可以采用置位和复位操作（以S7-300为例如SQ4.0或者RQ4.0）。
如果要使PLC多个输出为固定值1（常闭），可以采用字传送指令完成，例如Q2.0、Q2.3、Q2.5、Q2.7同时都为1，可以使用一条指令将十六进制的数据0A9H直接传送QW2即可。
对于非重要设备，可以通过硬件上多个触点串联后再接入PLC输入端，或者通过PLC编程来减少I/O点数，节约资源。例如:我们使用一个按钮来控制设备的启动/停止，就可以采用二分频来实现。
模块化编程思想的应用:我们可以把正反自锁互锁转程序封装成为一个模块，正反转点动封装成为一个模块，在PLC程序中我们可以重复调用该模块，不但减少编程量，而且减少内存占用量,有利于大型PLC程序的编制。
4 PLC控制系统程序的调试
PLC控制系统程序的调试一般包括I/O端子测试和系统调试两部分内容，良好的调试步骤有利于加速总装调试的过程。
4.1I/O端子测试
用手动开关暂时代替现场输入信号，以手动方式逐一对PLC输入端子进行检查、验证，PLC输入端子的指示灯点亮，表示正常;反之，应检查接线或者是I/O点坏。
我们可以编写一个小程序，在输出电源良好的情况下，检查所有PLC输出端子指示灯是否全亮。PLC输入端子的指示灯点亮，表示正常。反之，应检查接线或者是I/O点坏。
4.2系统调试
系统调试应首先按控制要求将电源、外部电路与输入输出端子连接好，然后装载程序于PLC中，运行PLC进行调试。将PLC与现场设备连接。在正式调试前全面检查整个PLC控制系统，包括电源、接地线、设备连接线、I/O连线等。在保证整个硬件连接正确无误的情况下即可送电。
把PLC控制单元的工作方式设置为“RUN”开始运行。反复调试消除可能出现的各种问题。在调试过程中也可以根据实际需求对硬件作适当修改以配合软件的调试。应保持足够长的运行时间使问题充分暴露并加以纠正。调试中多数是控制程序问题。一般分以下几步进行:
（1）对每一个现场信号和控制量做单独测试;
（2）检查硬件/修改程序;
（3）对现场信号和控制量做综合测试;
（4）带设备调试;
（5）调试结束。
5 结束语
PLC控制系统的设计是一个步骤有序的系统工程，要想做到熟练自如，需要反复设计和实践。本文是PLC控制系统的设计和实践经验的总结，在实际应用中具有良好的效果。
PLC可编程控制器在过程控制系统实验装置中的应用
1 引言
随着现代科学技术的飞速发展，不仅对生产过程自动化，也对生产管理提出了更高的要求。通过计算机网络技术把自动控制与计算机管理系统结合起来，集管理和过程控制为一体是当今工业自动控制发展的趋势。复杂的过程控制系统，常采用两级网络拓扑结构，底层用现场总线以便控制装置尽可能靠近被控生产过程现场，上层采用工业以太网，监控级相对集中于主控室内，从而实现对生产过程的集中管理和分散控制。这样构成的控制系统具有实时性好、可靠性高、抗干扰能力强等优点，比传统DCS系统更经济，更可靠。为了适应这一形式的发展要求，提高实验教学质量，使工科学生在校期间就能受到良好的工程实践锻炼，因此开发了基于工业以太网及现场总线的过程控制系统实验装置。
2 系统配置及网络结构
实验装置控制系统由上位机监控系统和下位机PLC控制系统两部分构成。整个网络采用两层网络拓扑结构，上层为工业以太网，用于上位机PC之间以及上位机和下位机PLC之间的通讯，底层为PROFIBUS-DP现场总线，用于下位机PLC主站(DPM1)和四个从站(DPS1-DPS4)之间的通讯，其中，PLC主站和从站控制液位、压力和温度流量等过程控制实验装置。系统用 SIMATIC STEP 7软件进行网络组态、硬件组态以及PLC控制程序的编写，并用组态软件SIMATIC WinCC实现了上位机与PLC的动态连结。整个系统组成如图1所示:
图1 过程控制系统实验装置结构图
2.1 现场部分
现场部分是所需控制的液位、温度流量和压力实验装置，变送器将采样数据转换成 4～20mA的电流信号，直接接入SM334模块(模拟量输入/输出模块)，经模/数转换变成0～27648的数字量。开关量的输入输出接入SM323模块(数字量输入／输出模块)。
2.2 控制单元
控制单元采用西门子PLC,S7-300系列PLC功能强大，采用模块化设计，有中央处理单元(CPU)、各种信号模块(SM)、通信模块(CP)、功能模块(FM)、电源模块(PS)、接口模块(IM)等，有多种规格的CPU可供选择。通过CPU上集成有PROFIBUS-DP接口、 MPI接口或通信模块可以连接 AS-I接口、PROFIBUS总线和工业以太网系统。
本系统主站采用西门子S7-300系列PLC，其CPU为315-2DP。它执行指令时间短，扫描1000条指令不需10ms，足以满足控制的时间要求。主站还带2个信号处理模块(DI 16/DO 16、AI 4/AO 2)和一个通讯模块CP343-1(用于上位机和PLC之间通过工业以太网进行通讯)。从站选用PROFIBUS-DP分布式I/O ET 200M，带2个信号处理模块(DI 16/DO 16和AI 4/AO 2)，从站没有中央处理器单元，各从站之间经IM153接口模块通过DP总线进行连接。组态之后，添加的分布式I/O与PLC站中的本地I/O具有统一的编址。
2.3 上位机
上位机为四台工控机，主机界面设计采用西门子的WinCC组态软件，保证了与工控机的完全兼容。软件集成了组态、脚本语言、OPC等先进技术，提供了Windows操作系统环境下使用各种通用软件的功能。该软件具有适用于工业生产过程的图形显示、控制和报警画面、实时和历史趋势曲线、归档以及报表打印等功能模块。另外WinCC还有对SIMATIC PLC进行系统诊断的选项，给硬件的维护提供了方便。
系统应用程序的开发和运行软件为STEP7 V5.2，它是适用于S7-300/400 PLC系列的编程、组态标准软件包。通过STEP 7 V5.2用户可以完成以下任务:
(1) 网络组态，设置连接和接口;
(2) 组态硬件;
(3) 编写和调试用户程序。
3 网络系统原理
PROFIBUS-DP是一种国际性、开放式的现场总线标准，主要用在工业过程控制领域。参照ISO/OSI参考模型，PROFIBUS-DP中没有第3层到第7层，直接数据链路映像(DDLM)提供易于进入第2层的用户接口，用户接口规定了用户及系统以及不同设备可以调用的应用功能。它是专为工业控制系统和设备级分散I/O之间的通信设计，用于分布式控制系统的高速数据传输,其模块可取代价格昂贵的24V或4～20mA并行信号线。中央控制器通过高速串行线同分散的现场设备进行通讯，多数数据交换过程是周期的, 主站周期地读取从站的输入信息并向从站发送输出信息。除周期性用户数据外，PROFIBUS-DP还提供智能化设备所需的非周期性通信，以进行配置、诊断和报警处。
SIMATIC工业以太网是基于国际标准的网络，专为工业应用而优化设计，支持ISO和TCP/IP协议，通过它可快速地建立PLC与PC/PG之间的通讯。产品的开发遵循分布式的“开放式控制结构”，使其具有网络组态简便(即插即用)、通信可靠、网络故障恢复时间短(小于0.3秒)等优点。由于采取全双工共担负荷方式工作，适用于对性能要求高的工业网络，通过切换技术能够可以实现非常庞大的网络结构。
4 网络系统组态
组态之前先要建立一个项目(如Project1)，在项目中插入SIMATIC 300站。
4.1 硬件组态
在HW Config中为 SIMATIC 300站组态硬件，包括机架、电源(槽1)、CPU(槽2)、通信模块(槽4)和输入输出模块。设置集成在CPU上的DP主站接口的参数，并建立要连接到DP主站接口的PROFIBUS网络。
4.2 DP从站组态
以ET 200M站连入DP主站为例。先从硬件中选择接口模块IM153-l，连入DP主站接口的PROFIBUS网络，如图2所示，并设置此DP从站的PROFIBUS地址。地址要和IM153模块上的地址选择开关设定的地址相一致。
ET 200M从站配置有2个信号模块，从ET 200M的DI/DO中找到相应型号模块并加入从站的相应槽中，如图3所示。在使用硬件目录时要确认你是在正确的文件夹中,例如，为ET 200M选择模块应在ET 200M文件夹中查找。添加的分布式I/O与PLC主站中的本地I/O具有统一的编址，因此在程序中可以像访问本地I/O一样方便地访问分布式I/O，在编程时完全不必考虑一个I/O地址在物理上是通过何种方式连接的。
图2 ET200M从站与DP主站的组态
图3 ET20M从站的信号模块组态
4.3 端口设置
(1) PG/PC接口是PG/PC和PLC之间进行通讯的接口，要实现PG/PC和PLC设备之间的通讯连接，必须正确的设置该接口。在控制面板中打开“ Set PG/PC Interface”，选中“S7 OnLine( STEP7)”，再选择网卡类型。然后进入 STEP 7的硬件组态 HWConfig中设置通讯模块的MAC地址，地址为CP343-1标签上给出的物理地址，其格式是一个12位的16进制数 (如:08-00-06-00-44-AE)。另外还需给 PLC分配唯一的IP地址(如:192.168.0. 130 ) 及子网掩码(如:255.255.255.0 )。
(2) 设置PROFIBUS网络:利用图形组态工具NetPro设置括PROFIBUS总线的传输速率、最高站地址、总线行规、总线参数等。
系统组态完成后，应下载到PLC，并调试使硬件之间连通。
4.4 程序的编写和调试
STEP 7是用于S7-300/400创建控制程序的标准软件，编程语言主要有:梯形图、语句表和功能块图。
通常用户程序由组织块(OB)、功能块(FB)。
功能(FC)和数据块(DB)构成。OB1为主程序循环块，是必需的。根据控制程序的复杂程度，对简单程序可将所有的程序放入OB1中进行线性编程，如果程序比较复杂应进行结构化编程，将程序用不
同的逻辑块加以结构化，通过OB1调用这些逻辑块。
对一个实际的过程控制，按照所采用的控制策略编写用户程序，模拟调试后下载到PLC，与实际系统联调，完成相应的控制功能。
5 WinCC监控通讯组态
WinCC提供SIMATIC S7 Protocol suite. CHN驱动程序，此驱动程序支持多种类型的网络协议，通过它的通道单元可以与各种SIMATIC S7-300/400 PLC进行通讯，具体选择通道单元的类型要看WinCC与自动化系统的连接类型。本系统选择工业以太网通道单元，工业以太网是工业环境中最有效的一种子网，它适用与管理层和现场层通讯。
首先添加SIMATIC S7 Protocol suite．CHN 驱动程序，然后在“SIMATIC S7 Protocol Sute”下选择“Industrial Ethemet” 通道单元，打开“连接属性”输入连接名称，在连接参数中输入所要连接的PLC的通讯模块CP343-1的MAC地址， PLC中CPU所在的机架号和插槽号。此处的插槽号应是CPU所在的插槽号，不是通讯模块所在的插槽号。
然后，用户根据具体的过程控制任务，在新建的连接下建立变量，把变量和PLC中所要连接的地址对应起来，与PLC建立连接。最后利用WinCC完成各种显示画面和数据的组态。
6 结束语
本文所建立的现场总线控制网络，通过接入标准以太网，还可以实现远程监控。
该实验装置是根据自动化专业及相关专业教学的特点，基于过程控制基础上集PLC技术、网络技术为一体的先进的实验装置，采用了多种常用控制算法和理论，除包含常见的PID算法外，还增加了模糊控制、人工神经网络控制等先进的控制策略。
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