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[摘 要]以SIMATIC S7-300PLC在大连马栏河水厂的应用为例，介绍了S7-300的特点、本工程的系统结构及应用软件的开发。S7-300PLC的优良特性得到了充分的体现，为其他的改造项目提供了借鉴。
[关键词]S7-300PLC；STEP7；WinCC；组态
中图分类号：TD357 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）22-0013-02
一、项目简介
大连马栏河水厂系国家863项目“大连市水环境质量改善技术与综合示范”的重点示范工程之一，于2008年末投入运行。马栏河水厂服务范围为马栏河流域，西起孙家沟、台山和大顶山，南临星海湾，东至东北路，并沿莲花山山脊走向，自鞍山路和铁路，顺西山山脊延伸到大西山水库，服务面积33.19km2，其中大部分为生活污水，日处理能力8.0万m3/d，出水达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准。控制系统采用了德国SIEMENS公司提供的STEP7-300自动监控系统，以实现数据采集DAS、模拟量调节MCS和顺序控制SCS功能。
二、S7-300简介
SIMATIC S7-300[1]是一种通用型的PLC，能适合自动化工程中的各种应用场合，具有以下的显著特点：
（1）循环周期短，处理速度高，指令处理时间为0.6-0.1μS。
（2）指令集功能强大，可用于复杂功能。S7-300的指令集包含350多条指令，包括普通STEP5和TISOFT的操作指令。附加的功能不仅省时又省存储器，集成系统功能提供了中断处理和诊断信息之类的功能，并且是集成在操作系统中，因此节省了很多RAM空间。
（3）结构紧凑，可用于空间有限的场合。
（4）模块化结构，适合密集安装，各种单独的模块之间可以进行广泛的组合以用于扩展。
（5）有不同档次的CPU，各種各样的功能模块和I/O模块可供选择。
（6）免维护。
三、系统结构
大连马栏河水厂，其系统结构图如图1所示，系统操作站上运行SIMATIC WINCC工业控制应用软件。
操作站和现场控制站的通讯是通过MPI网络来完成的，操作员站通过CP5611通讯卡与控制器通讯。扩展机架通过IM153接口模块与主机架进行通讯，变频器采用通讯方式进行控制。
SIMATIC过程控制单元（Process Control Units）是MPI网络上的节点。它包括了执行现场过程控制所用到的有关设备。智能控制器（CPU 314）、I/O子系统、接线器、电源模件和机柜及其保护系统。所有部件都安装在放有标准的机柜中。以微处理器为基础的控制模件构成了过程控制单元的核心，用于控制、运算、I/O管理、过程接口和组态调整。模件安装在机柜的DIN导轨上，控制器模件与系统中其他模件通过连接器通讯。CPU是SIMATIC中完成过程控制的主要过程处理器。他长期在线运行，是一个独立的控制计算机，所有功能都在一块模件上实现。本项目配置了两个CPU来完成整个控制过程。过程I/O模件既要与系统通讯，又要与不断变化的现场设备连接。I/O模件主要实现以下功能：（1）接收现场信号，这部分线路与现场直接连接，并实现消振、滤波等功能；（2）信号保护与隔离，通过隔离使信号上的外部电源与系统内部电源分开；（3）基准信号处理，提供基准参考电压，并不断校正以保证信号的精度；（4）模件通讯。
操作员站是以WinXP为运行平台的全功能的人—系统接口， 操作员站由 2台WINCC服务器组成，他们均是MPI网络上的一个站。WINCC为运行维护人员提供监视和控制连接到DCS的现场设备的平台，通过鼠标、键盘及监视器上丰富的流程画面对过程进行控制（工艺流程画面如图二所示）。
在这2台操作员站中，可以同时工作，并且可以互相切换使用，2台操作员站可以互为备用，使人机接口有很高的可靠性。操作员站起着运行员一级的信息管理系统的作用，为过程监视、控制、诊断、维护、优化管理等各个方面的要求提供强有力的支持和实际的运行界面，成为过程管理的核心，把NT的画面技术与过程控制软件结合在一起，与过程控制单元的高效实时运行设备相结合，给使用者以友好的界面展现过程信息。操作员站实现了以下的功能：（1）操作员站为工程师，操作员和维护人员提供所有与过程和系统有关的信息。（2）作员站是在NT环境下运行的软件。使用交互式的运行方式。操作员可以监视和控制所有来自过程控制单元的模拟控制回路及开关量控制设备。满足用户需要的过程画面显示，报警，历史和实时趋势。过程画面为用户提供了对过程状态的即时访问。多优先级报警可以有效地对瞬间的报警情况做出响应。（3）操作员站为工程师提供了组态接口，通过它来组态和修改结构图形画面，标签数据库，过程控制方案。操作员站可以打印报表及设定保密特性。立即在线地对各种参数做修改，下装组态前不需要进行编辑。因此在操作员站上进行画面及数据库的组态时，控制过程不会中断。（4）操作员站为操作员，工程师和维护人员对过程和操作员站操作台提供以窗口为基础的界面，提供了工艺过程画面、趋势画面、过程报警画面、打印画面。
四、控制软件的开发
我们用step7[2]软件对s7-300进行了编程，STEP7运行在WINDOWS XP系统平台下，使用step7软件可以完成一些比较大或比较复杂的应用。SIMATIC管理器用于集中管理所有工具以及自动化项目数据。程序编辑器用于以包括语句表（STL）、梯形图（LAD）、功能块图（FBD）等语言生成用户程序。符号编辑器用于管理全局变量。硬件组态用于组态和参数化硬件。硬件诊断用于诊断自动化系统的状态。NetPro用于组态MPI和PROFIBUS等网络连接。通过编程实现了中格栅、细格栅、旋流沉沙池气提、 水解池排泥、DN池反冲洗、CN池反冲洗、反冲洗废水池、污泥缓冲池等工艺过程的自动控制、自动监测、自动报警和联锁保护等功能。
我们用WINCC[3]软件完成了对人机界面的组态。图形编辑器是一种用于创建过程画面的面向矢量的作图程序，也可以用包含在对象和样式选项板中的众多图形对象来创建复杂的过程画面（如图2）。通过动作编程可以将动态添加到图形对象上。报警记录提供了显示和操作选项以获取和归档结果，可以通过组态消息块、消息类型、消息显示来实现系统的报警功能。变量记录用来从运行过程中采集数据并准备将它们显示和归档，可以自由的选择归档、采集的数据格式以及归档的周期，还可以通过WINCC在线趋势和表格控件显示过程值。报表编辑器是为消息、操作、归档内容和当前或已归档的数据的计时器或事件控制文档的集成的报表系统，可以自由选择用户报表或项目文档的形式，具有多种标准的系统布局和打印作业。全局脚本用于给对象组态动作，通过系统内部C语言编译器来处理。全局脚本动作用于过程执行中，一个触发就可以开始这些动作的执行，根据其不同的类型可用于一个给定的项目或众多项目中。用户管理器用于分配和监控用户对组态和运行系统的单个编辑器的访问权限，方便的实现了操作员与工程师功能的切换。
五、总结
SIMATIC S7-300是一种应用灵活、组态方便、性能优异的可编程控制器，它的模块化、无排风扇结构、易于实现分布式的配置以及易于用户掌握等特点使得S7-300在工业控制中成为一种既经济又切合实际的解决方案。在此次马栏河水厂项目中较好的完成了设计和工艺的要求。
参考文献
[1] 西门子（中国）有限公司.SIMATIC S7-300可编程序控制器产品目录`，西门子（中国）有限公司，2002.
[2] 西门子（中国）有限公司自动化与驱动集团，深入浅出西门子S7-300北京航空航天大学出版社，2004.
[3] 西门子（中国）有限公司，SIMATIC WinCC V5手册，西门子（中国）有限公司，2002.
[关键词]S7-300PLC；STEP7；WinCC；组态
中图分类号：TD357 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）22-0013-02
一、项目简介
大连马栏河水厂系国家863项目“大连市水环境质量改善技术与综合示范”的重点示范工程之一，于2008年末投入运行。马栏河水厂服务范围为马栏河流域，西起孙家沟、台山和大顶山，南临星海湾，东至东北路，并沿莲花山山脊走向，自鞍山路和铁路，顺西山山脊延伸到大西山水库，服务面积33.19km2，其中大部分为生活污水，日处理能力8.0万m3/d，出水达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准。控制系统采用了德国SIEMENS公司提供的STEP7-300自动监控系统，以实现数据采集DAS、模拟量调节MCS和顺序控制SCS功能。
二、S7-300简介
SIMATIC S7-300[1]是一种通用型的PLC，能适合自动化工程中的各种应用场合，具有以下的显著特点：
（1）循环周期短，处理速度高，指令处理时间为0.6-0.1μS。
（2）指令集功能强大，可用于复杂功能。S7-300的指令集包含350多条指令，包括普通STEP5和TISOFT的操作指令。附加的功能不仅省时又省存储器，集成系统功能提供了中断处理和诊断信息之类的功能，并且是集成在操作系统中，因此节省了很多RAM空间。
（3）结构紧凑，可用于空间有限的场合。
（4）模块化结构，适合密集安装，各种单独的模块之间可以进行广泛的组合以用于扩展。
（5）有不同档次的CPU，各種各样的功能模块和I/O模块可供选择。
（6）免维护。
三、系统结构
大连马栏河水厂，其系统结构图如图1所示，系统操作站上运行SIMATIC WINCC工业控制应用软件。
操作站和现场控制站的通讯是通过MPI网络来完成的，操作员站通过CP5611通讯卡与控制器通讯。扩展机架通过IM153接口模块与主机架进行通讯，变频器采用通讯方式进行控制。
SIMATIC过程控制单元（Process Control Units）是MPI网络上的节点。它包括了执行现场过程控制所用到的有关设备。智能控制器（CPU 314）、I/O子系统、接线器、电源模件和机柜及其保护系统。所有部件都安装在放有标准的机柜中。以微处理器为基础的控制模件构成了过程控制单元的核心，用于控制、运算、I/O管理、过程接口和组态调整。模件安装在机柜的DIN导轨上，控制器模件与系统中其他模件通过连接器通讯。CPU是SIMATIC中完成过程控制的主要过程处理器。他长期在线运行，是一个独立的控制计算机，所有功能都在一块模件上实现。本项目配置了两个CPU来完成整个控制过程。过程I/O模件既要与系统通讯，又要与不断变化的现场设备连接。I/O模件主要实现以下功能：（1）接收现场信号，这部分线路与现场直接连接，并实现消振、滤波等功能；（2）信号保护与隔离，通过隔离使信号上的外部电源与系统内部电源分开；（3）基准信号处理，提供基准参考电压，并不断校正以保证信号的精度；（4）模件通讯。
操作员站是以WinXP为运行平台的全功能的人—系统接口， 操作员站由 2台WINCC服务器组成，他们均是MPI网络上的一个站。WINCC为运行维护人员提供监视和控制连接到DCS的现场设备的平台，通过鼠标、键盘及监视器上丰富的流程画面对过程进行控制（工艺流程画面如图二所示）。
在这2台操作员站中，可以同时工作，并且可以互相切换使用，2台操作员站可以互为备用，使人机接口有很高的可靠性。操作员站起着运行员一级的信息管理系统的作用，为过程监视、控制、诊断、维护、优化管理等各个方面的要求提供强有力的支持和实际的运行界面，成为过程管理的核心，把NT的画面技术与过程控制软件结合在一起，与过程控制单元的高效实时运行设备相结合，给使用者以友好的界面展现过程信息。操作员站实现了以下的功能：（1）操作员站为工程师，操作员和维护人员提供所有与过程和系统有关的信息。（2）作员站是在NT环境下运行的软件。使用交互式的运行方式。操作员可以监视和控制所有来自过程控制单元的模拟控制回路及开关量控制设备。满足用户需要的过程画面显示，报警，历史和实时趋势。过程画面为用户提供了对过程状态的即时访问。多优先级报警可以有效地对瞬间的报警情况做出响应。（3）操作员站为工程师提供了组态接口，通过它来组态和修改结构图形画面，标签数据库，过程控制方案。操作员站可以打印报表及设定保密特性。立即在线地对各种参数做修改，下装组态前不需要进行编辑。因此在操作员站上进行画面及数据库的组态时，控制过程不会中断。（4）操作员站为操作员，工程师和维护人员对过程和操作员站操作台提供以窗口为基础的界面，提供了工艺过程画面、趋势画面、过程报警画面、打印画面。
四、控制软件的开发
我们用step7[2]软件对s7-300进行了编程，STEP7运行在WINDOWS XP系统平台下，使用step7软件可以完成一些比较大或比较复杂的应用。SIMATIC管理器用于集中管理所有工具以及自动化项目数据。程序编辑器用于以包括语句表（STL）、梯形图（LAD）、功能块图（FBD）等语言生成用户程序。符号编辑器用于管理全局变量。硬件组态用于组态和参数化硬件。硬件诊断用于诊断自动化系统的状态。NetPro用于组态MPI和PROFIBUS等网络连接。通过编程实现了中格栅、细格栅、旋流沉沙池气提、 水解池排泥、DN池反冲洗、CN池反冲洗、反冲洗废水池、污泥缓冲池等工艺过程的自动控制、自动监测、自动报警和联锁保护等功能。
我们用WINCC[3]软件完成了对人机界面的组态。图形编辑器是一种用于创建过程画面的面向矢量的作图程序，也可以用包含在对象和样式选项板中的众多图形对象来创建复杂的过程画面（如图2）。通过动作编程可以将动态添加到图形对象上。报警记录提供了显示和操作选项以获取和归档结果，可以通过组态消息块、消息类型、消息显示来实现系统的报警功能。变量记录用来从运行过程中采集数据并准备将它们显示和归档，可以自由的选择归档、采集的数据格式以及归档的周期，还可以通过WINCC在线趋势和表格控件显示过程值。报表编辑器是为消息、操作、归档内容和当前或已归档的数据的计时器或事件控制文档的集成的报表系统，可以自由选择用户报表或项目文档的形式，具有多种标准的系统布局和打印作业。全局脚本用于给对象组态动作，通过系统内部C语言编译器来处理。全局脚本动作用于过程执行中，一个触发就可以开始这些动作的执行，根据其不同的类型可用于一个给定的项目或众多项目中。用户管理器用于分配和监控用户对组态和运行系统的单个编辑器的访问权限，方便的实现了操作员与工程师功能的切换。
五、总结
SIMATIC S7-300是一种应用灵活、组态方便、性能优异的可编程控制器，它的模块化、无排风扇结构、易于实现分布式的配置以及易于用户掌握等特点使得S7-300在工业控制中成为一种既经济又切合实际的解决方案。在此次马栏河水厂项目中较好的完成了设计和工艺的要求。
参考文献
[1] 西门子（中国）有限公司.SIMATIC S7-300可编程序控制器产品目录`，西门子（中国）有限公司，2002.
[2] 西门子（中国）有限公司自动化与驱动集团，深入浅出西门子S7-300北京航空航天大学出版社，2004.
[3] 西门子（中国）有限公司，SIMATIC WinCC V5手册，西门子（中国）有限公司，2002.