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[摘 要]本文主要介绍了西门子S7-300系列PLC在河南平顶山神马集团塑料一厂2.3万顿间歇聚合控制系统改造中的应用，结合现场生产工艺要求，详细说明了该套控制系统的硬件配置、网络组态和软件设计。
[关键词]硬件配置、软件设计
中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）35-0182-01
1、概述
2.3万顿间歇聚合生产线原来的控制系统是德国西门子公司生产的S5系列PLC，由于西门子公司的S5系列PLC目前已停产，现场没有备品备件，一旦出现故障势必造成停产，给神马集团造成严重的经济损失。2009年5月我们对此套控制系统进行了全面升级改造。对于干燥/固相聚合部分采用的是西门子公司的S7-300系列PLC，利用工业以太网进行网络通讯，并组态上位机画面显示。
2、系统配置
由于原来的控制系统采用的是西门子公司的S5系列PLC，从系统的稳定方面、程序编写和修改方面以及成本方面考虑，还是选择了西门子公司的S7-300系列PLC控制。西门子 S7-300 PLC具有模块化结构、易于实现分布式的配置以及性价比高、电磁兼容性强、抗震动冲击性能好，循环周期短、处理速度、指令集功能强大（包含350多条指令），可用于复杂功能还具有操作简单，免风扇设计功能。硬件和操作系统具有的监视功能，通过编制相应的程序可以确保整个系统正确的运行，并能在发生故障时作出确定的响应，处理相应的故障。
通常一套S7-300 PLC系统有一个主机架，安装有CPU的机架称为主机架，当主机架上的I/O模块（最多8块）上的控制点数不够时，可以再增加1-3个扩展机架，每个扩展机架最多可安装8个I/O模块，装在4到11槽，3个扩展机架最多安装24个I/O模块。由于本系统采用的模板均是原来控制系统中聚合釜D釜的控制模板，原D釜的控制结构是采用扩展电缆连接主机架和扩展机架，为了利用其中的扩展模板和扩展电缆，改造后的07区PLC控制系统采用S7-300PLC作为主机架，通过接口模板和扩展电缆连接另外三個扩展机架。接口模板的作用就是将S7-300背板总线从一个机架扩展到下一个机架，扩展模板分为两种：主机架上需配置发送接口模板IM360，其他扩展机架上需配置接收接口模板IM361。主机架与扩展机架之间采用扩展电缆通讯，PLC系统与上位机WINCC画面之间采用工业以太网通讯。西门子的工业以太网的传输速率为10M /100M Bit /S，最多可以达到1024个网络节点，网络的最大范围为150Km，保证数据传输准确无误。为保证系统运行可靠，防止由于上位机电脑出现故障而影响生产操作，故配置了两台上位机，一台为工程师站、一台为操作员站。下图为控制系统的硬件配置图：
图1 系统硬件配置图
3、控制过程
07区干燥/固相聚合控制系统涉及到现场的设备主要为储仓、阀门、8个调节阀、干燥塔、气体热交换器、洗涤塔、鼓风机、过滤器。下图为干燥系统的上位机画面：
图2 干燥系统的上位机画面
干燥系统在自动控制状态下，当储仓 07-B-01A低液位信号出现时，CV06.20和CV06.21同时开阀，切片通过N2气动分批输送到储仓 07-B-01A内，当储仓 07-B-01A高液位信号出现时，CV06.20和CV06.21同时关阀；同时CV07.01开阀对储仓 07-B-01A进行抽真空处理，完成后，CV07.02开阀，向储罐内不断通氮气进行充氮气处理。抽真空和充氮气处理的次数由操作人员设定，达到设定次数后，CV07.03和CV07.19同时开阀，切片在重力的作用下连续不断进入干燥塔07-T-01A内，在塔内逆向流动， 与温度约为85-90度氮气接触，除去切片表面的水分，使切片含水率降至900-1100PPM，后经冷态氮气冷却至约40-45度，然后进入料仓储存。
这里需要采集07-T-01A干燥塔内上部、中部、下部共六个温度点，现场外部进线经端子进入PLC的温度模板，STEP7 程序调用功能块FC105采集这6个温度并输出显示在上位机画面上；同时还要通过数字量输入模板采集储仓 07-B-01A高液位和低液位报警信号，以及CV06.20、CV06.21、CV07.01、CV07.02、CV07.03、CV07.19这6个阀门的开关状态，参与程序控制并显示在上位机画面上；还要通过数字量输出模板以及继电器发出开阀、关阀指令给上述6个阀门。
下图为氮气循环系统的上位机画面：
图3 氮气循环系统的上位机画面
干燥系统所用的氮气来源于氮气循环系统。氮气循环系统为密闭循环系统，其循环氮气量约为3570Nm3/h，从干燥塔顶部出来的氮气温度约为70-80度，可能夹带其他粉末，故先经过过滤器07-F-01A过滤，再经气体热交换器07-W-01A用流出鼓风机的温度约为40度的冷氮气预冷至70度左右，进入洗涤塔07-K-01A内，在此氮气被低温水喷淋，除去夹带的粉尘、水分等小分子物质，且使温度降至10-12度，从洗涤塔顶部流出进入风机。此风机整体被封闭在容器中，防止吸入空气或氮气泄漏，为确保风机入口非负压，氮气压力也必须保持正压，以免空气进入系统中，在其入口处设置氮气补充部分，出口处设置一放空口，系统由调压阀PVC07.14控制，压力设定值由操作人员在上位机上设置。当吸入口压力低于设定值时，气动阀PCV07.15自动打开补充氮气至设定值后关闭，当出口压力高于设定值时，排空阀PCV07.08自动打开，将氮气排入大气，至压力低于设定值时关闭。
这里需要对4个调节阀进行控制，分别是TRC07.02、TRC07.05、TRC07.17和PIC07.14，其中PIC07.14调节两个阀门的开关，分别是PCV07.08和PCV07.15。现场原工艺要求PVC07.14采集的实际压力大于设定值时排空阀PCV07.08自动打开将氮气排入大气；实际压力小于设定值时气动阀PCV07.15自动打开补充氮气。但是在编程和调试过程中，考虑到现场若实际压力在设定值附近时，PVC07.14频繁调节，不利于达到稳定调节，而且排空阀PCV07.08和气动阀PCV07.15频繁开启和关闭，容易导致阀门故障。解决方法是在程序里定义一个设定值的上限和下限。通过PVC07.14实际采样值与设定值上限比较，大于或等于上限值则排空阀PCV07.08开启、气动阀PCV07.15关闭，即PCV07.08阀根据调节而输出，PCV07.15阀0%输出。再通过PVC07.14实际采样值与设定值下限比较，小于下限值则排空阀PCV07.08关闭、气动阀PCV07.15开启，即PCV07.15阀根据调节输出，PCV07.08阀应关闭即0%输出，但由于PCV07.08阀是个反向阀，所以100%输出。而其他三个调节阀根据采集来的实际温度值也通过PID模块进行调节，但都是对一个阀门进行控制输出。
4、结束语
自生产线停产改造以来，在短时间就内完成了控制柜S5模板的拆卸、S7模板的安装、柜内/外线的配线、打点、程序调试、热负荷试车。系统投入运行后，设备运行安全、可靠、稳定，在充分满足现场生产工艺要求的前提下，大大减轻了操作人员的工作强度，方便了电气、计算机和仪表人员的维护工作，更重要的是解决了系统备件缺乏的难题，为系统可靠运行提供了保障。
参考文献
[1] 西门子S7-300通信基础 2013.
[2] 西门子S7-300可编程控制器 产品样本 2013.
[3] 赵永光，女，工程师，2003年7月毕业于辽宁工业大学，测控技术与仪器专业，工学学士.
[关键词]硬件配置、软件设计
中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）35-0182-01
1、概述
2.3万顿间歇聚合生产线原来的控制系统是德国西门子公司生产的S5系列PLC，由于西门子公司的S5系列PLC目前已停产，现场没有备品备件，一旦出现故障势必造成停产，给神马集团造成严重的经济损失。2009年5月我们对此套控制系统进行了全面升级改造。对于干燥/固相聚合部分采用的是西门子公司的S7-300系列PLC，利用工业以太网进行网络通讯，并组态上位机画面显示。
2、系统配置
由于原来的控制系统采用的是西门子公司的S5系列PLC，从系统的稳定方面、程序编写和修改方面以及成本方面考虑，还是选择了西门子公司的S7-300系列PLC控制。西门子 S7-300 PLC具有模块化结构、易于实现分布式的配置以及性价比高、电磁兼容性强、抗震动冲击性能好，循环周期短、处理速度、指令集功能强大（包含350多条指令），可用于复杂功能还具有操作简单，免风扇设计功能。硬件和操作系统具有的监视功能，通过编制相应的程序可以确保整个系统正确的运行，并能在发生故障时作出确定的响应，处理相应的故障。
通常一套S7-300 PLC系统有一个主机架，安装有CPU的机架称为主机架，当主机架上的I/O模块（最多8块）上的控制点数不够时，可以再增加1-3个扩展机架，每个扩展机架最多可安装8个I/O模块，装在4到11槽，3个扩展机架最多安装24个I/O模块。由于本系统采用的模板均是原来控制系统中聚合釜D釜的控制模板，原D釜的控制结构是采用扩展电缆连接主机架和扩展机架，为了利用其中的扩展模板和扩展电缆，改造后的07区PLC控制系统采用S7-300PLC作为主机架，通过接口模板和扩展电缆连接另外三個扩展机架。接口模板的作用就是将S7-300背板总线从一个机架扩展到下一个机架，扩展模板分为两种：主机架上需配置发送接口模板IM360，其他扩展机架上需配置接收接口模板IM361。主机架与扩展机架之间采用扩展电缆通讯，PLC系统与上位机WINCC画面之间采用工业以太网通讯。西门子的工业以太网的传输速率为10M /100M Bit /S，最多可以达到1024个网络节点，网络的最大范围为150Km，保证数据传输准确无误。为保证系统运行可靠，防止由于上位机电脑出现故障而影响生产操作，故配置了两台上位机，一台为工程师站、一台为操作员站。下图为控制系统的硬件配置图：
图1 系统硬件配置图
3、控制过程
07区干燥/固相聚合控制系统涉及到现场的设备主要为储仓、阀门、8个调节阀、干燥塔、气体热交换器、洗涤塔、鼓风机、过滤器。下图为干燥系统的上位机画面：
图2 干燥系统的上位机画面
干燥系统在自动控制状态下，当储仓 07-B-01A低液位信号出现时，CV06.20和CV06.21同时开阀，切片通过N2气动分批输送到储仓 07-B-01A内，当储仓 07-B-01A高液位信号出现时，CV06.20和CV06.21同时关阀；同时CV07.01开阀对储仓 07-B-01A进行抽真空处理，完成后，CV07.02开阀，向储罐内不断通氮气进行充氮气处理。抽真空和充氮气处理的次数由操作人员设定，达到设定次数后，CV07.03和CV07.19同时开阀，切片在重力的作用下连续不断进入干燥塔07-T-01A内，在塔内逆向流动， 与温度约为85-90度氮气接触，除去切片表面的水分，使切片含水率降至900-1100PPM，后经冷态氮气冷却至约40-45度，然后进入料仓储存。
这里需要采集07-T-01A干燥塔内上部、中部、下部共六个温度点，现场外部进线经端子进入PLC的温度模板，STEP7 程序调用功能块FC105采集这6个温度并输出显示在上位机画面上；同时还要通过数字量输入模板采集储仓 07-B-01A高液位和低液位报警信号，以及CV06.20、CV06.21、CV07.01、CV07.02、CV07.03、CV07.19这6个阀门的开关状态，参与程序控制并显示在上位机画面上；还要通过数字量输出模板以及继电器发出开阀、关阀指令给上述6个阀门。
下图为氮气循环系统的上位机画面：
图3 氮气循环系统的上位机画面
干燥系统所用的氮气来源于氮气循环系统。氮气循环系统为密闭循环系统，其循环氮气量约为3570Nm3/h，从干燥塔顶部出来的氮气温度约为70-80度，可能夹带其他粉末，故先经过过滤器07-F-01A过滤，再经气体热交换器07-W-01A用流出鼓风机的温度约为40度的冷氮气预冷至70度左右，进入洗涤塔07-K-01A内，在此氮气被低温水喷淋，除去夹带的粉尘、水分等小分子物质，且使温度降至10-12度，从洗涤塔顶部流出进入风机。此风机整体被封闭在容器中，防止吸入空气或氮气泄漏，为确保风机入口非负压，氮气压力也必须保持正压，以免空气进入系统中，在其入口处设置氮气补充部分，出口处设置一放空口，系统由调压阀PVC07.14控制，压力设定值由操作人员在上位机上设置。当吸入口压力低于设定值时，气动阀PCV07.15自动打开补充氮气至设定值后关闭，当出口压力高于设定值时，排空阀PCV07.08自动打开，将氮气排入大气，至压力低于设定值时关闭。
这里需要对4个调节阀进行控制，分别是TRC07.02、TRC07.05、TRC07.17和PIC07.14，其中PIC07.14调节两个阀门的开关，分别是PCV07.08和PCV07.15。现场原工艺要求PVC07.14采集的实际压力大于设定值时排空阀PCV07.08自动打开将氮气排入大气；实际压力小于设定值时气动阀PCV07.15自动打开补充氮气。但是在编程和调试过程中，考虑到现场若实际压力在设定值附近时，PVC07.14频繁调节，不利于达到稳定调节，而且排空阀PCV07.08和气动阀PCV07.15频繁开启和关闭，容易导致阀门故障。解决方法是在程序里定义一个设定值的上限和下限。通过PVC07.14实际采样值与设定值上限比较，大于或等于上限值则排空阀PCV07.08开启、气动阀PCV07.15关闭，即PCV07.08阀根据调节而输出，PCV07.15阀0%输出。再通过PVC07.14实际采样值与设定值下限比较，小于下限值则排空阀PCV07.08关闭、气动阀PCV07.15开启，即PCV07.15阀根据调节输出，PCV07.08阀应关闭即0%输出，但由于PCV07.08阀是个反向阀，所以100%输出。而其他三个调节阀根据采集来的实际温度值也通过PID模块进行调节，但都是对一个阀门进行控制输出。
4、结束语
自生产线停产改造以来，在短时间就内完成了控制柜S5模板的拆卸、S7模板的安装、柜内/外线的配线、打点、程序调试、热负荷试车。系统投入运行后，设备运行安全、可靠、稳定，在充分满足现场生产工艺要求的前提下，大大减轻了操作人员的工作强度，方便了电气、计算机和仪表人员的维护工作，更重要的是解决了系统备件缺乏的难题，为系统可靠运行提供了保障。
参考文献
[1] 西门子S7-300通信基础 2013.
[2] 西门子S7-300可编程控制器 产品样本 2013.
[3] 赵永光，女，工程师，2003年7月毕业于辽宁工业大学，测控技术与仪器专业，工学学士.