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更新時間：2025-06-15
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2.2控制要求
以塘橋泵站為設施對象，進行整個泵站的自動化監控和管理的改造。
①改造泵站的水泵控制開關柜，使之具有就地和遠程控制的功能。
②改造泵站的功率因素補償柜，能實現就地自動補償和遠程電網監控。
③改造泵站的變壓器房對于變壓器A，B，C三相溫度進行遠程顯示，高溫報警等功能；
④建立泵站的控制室，對泵站實施三級控制，在控制室內設置自動化監控操作臺和信號處理柜。
⑤采用SIEMENS的S7-300系列PLC，對整個泵站實現自動化監控 ，水泵將根據泵的狀態 ，水位，雨量，電網狀況，閘門位置等工況自動投切。
⑥通過對水位差的檢測，提示或自動投切除污機。
⑦采用高性能的10英寸真彩LCD觸摸式顯示屏，對整個泵站進行動態監控管理，故障報警，工況記錄和報表打印。
⑧預留通信接口，可通過電話線路或DDN網聯網進行區域監控和數據傳送。
3.硬件系統構成
根據以上要求，我們開發研制了下述這套塘橋泵站自動化監控系統。系統的結構見圖2。 主要 的配置如下。
3．1 PLC配置
泵站自動化監控系統的PLC采用SIEMENS的S7-300系列。根據系統要求 ，PLC總體配置如下：
①中央處理模塊（CPU）：選用CPU314，內存RAM擴展到64K。
②數字量輸入模塊（DI）：選用SM321,共8塊（16點/塊）。處理128點輸入信號。
③數字量輸出模塊（DO）：選用SM322,4塊為16點/塊，4塊為8點/塊。處理96點輸出信號。
④模擬量輸入模塊（AI）：選用SM331,共3塊（8點/塊）。處理24點輸入信號。
⑤通信模塊：選用CP340,共2塊，1塊為RS232接口，1塊為RS485接口。
PLC采用了四個框架，在RTU信號柜內有三個，其中一個為備用擴展框架；另一個在操作臺內，通過IM361擴展連接，這樣簡化了接線，大大地提高可靠性。
3．2觸摸屏配置
觸摸屏采用了日本DIGTAL公司的570 HMI（當時SIEMENS還沒有此類HMI）來 實 現上述要求。HMI是以RS232接口與PLC的CP340連接，采用SIEMENS的3964R的協議完成 通信。
3．3電網監控配置
電網監控采用法國SOCOMEC公司的DIRIS M型的電量監控器，可檢測三相四線制的相電壓，線電壓，相電流，零線電流，有功無功功率，功率因素，頻率及相應的值。監控器以RS485接口采用MODBUS協議與PLC的CP340連接，傳送電網監控數據。因為泵站是采用雙路電網進線，故應用了兩套電量監控器，分別安裝兩側進線柜上。
其他的裝置的信號都是通過數字量或模擬量點出點入與PLC連接。
4．軟件監控實現
塘橋泵站自動化監控系統的軟件主要有兩部分：PLC監控軟件和觸摸屏圖控軟件。 PLC監控 軟件由幾大模塊組成。
4．1系統檢測和故障處理模塊
SIMATIC S7-200, EM223 數字量輸入/輸出模塊，16輸入 24V DC/16輸出繼電器 |
 | 6GK7243-1EX01-0XE0 通訊處理器 CP243-1，用于將 SIMATIC S7-22X 連接至工業以太網；FTP 客戶端通訊；HTTP 服務器；FTP 服務器； 客戶端 |
1.1 引言
自動化領域的當前發展主流趨勢是基于PLC集成的解決方案。在實現若干復雜工藝功能和運動控制的應用中，基于PLC的機電一體化1）解決方案得到了迅速的推廣，它既能為用戶提供更加靈活和更加效能的機械設備，也能大大地節約制造成本。因此，機電一體化的理念正逐漸地貫徹到越來越多的項目規劃和產品設計中。
在機電一體化方案中，注重運動控制的工藝功能在自動化系統和驅動系統中得到了廣泛的應用。西門子的Technology CPU（或稱T CPU）實現了在一個SIMATIC CPU中集成工藝和運動控制功能，它不僅可*地執行開環控制和運動控制的任務，而且能*集成在SIMATIC產品家族和TIA（Totally Integrated Automation，全集成自動化）環境之中。
作為新的SINAMICS驅動家族的一員，SINAMICS S120是滿足機器和工廠框架中高性能要求的模塊化驅動系統。S120提供了高性能的單軸和多軸驅動，憑借其擴展性和靈活性，可廣泛應用在眾多行業。
1）機電一體化（Mechatronics），結合了機械工程、計算機技術和電子技術的綜合性學科，常用于制造業的設計和開發工作。
1.2 Technology CPU產品介紹
目前西門子提供了三款T CPU（如圖1）供用戶選擇：315T-2DP、317T-2DP和317TF-2DP。CPU 315T-2DP/CPU 317T-2DP應用在運動控制和標準控制相結合的典型應用中；CPU317TF-2DP除了包含了以上兩款產品的所有功能，還提供了額外的故障安全功能，可應用在標準控制、運動控制和安全相關控制相結合的綜合應用之中。
圖1 T CPU產品家族
T CPU包括以下部分：
系統提供預編程的符合PLCopen認證的功能塊簡化了用戶的編程工作。STEP 7選件包S7-Technology可用于對所有的工藝功能進行編程和調試。
T CPU可同時處理多達32個（對于315T-2DP）或64個（對于317T（F）-2DP）工藝對象。
更多T CPU產品信息請參考支持中心提供的相關網頁。
1.3 SINAMICS S120產品介紹
Sinamics S120 是西門子公司推出的全新的集 V/F、矢量控制及伺服控制于一體的驅動控制系統，它不僅能控制普通的三相異步電動機，還能控制同步電機、扭矩電機及直線電機。其*的定位功能將實現進給軸的、相對定位。內部集成的 DCC(驅動控制圖表)功能，用 PLC 的 CFC 編程語言來實現邏輯、運算及簡單的工藝等功能。
S120分為兩種，AC/AC（單軸驅動器）和DC/AC（多軸驅動器）。
更多S120產品信息請參考支持中心提供的相關網頁。
2. 準備
2.1 環境要求
2.1.1 本文檔所述實例基于以下硬件環境：
• PS307 5A 6ES7307-1EA00-0AA0
• CPU 317TF-2DP 6ES7317-6TF14-0AB0
• SIMATIC MMC 8M 6ES7953-8LP11-0AA0
• SIMATIC Field PG M3 6ES7715-1BB23-0AA1
• PROFIBUS電纜
• 其他S7 300模塊（如果有，如DI、DO等）
• S120 Training Case 6ZB2480-0BA0，
圖2 S120 Training Case
包括：
（1）CU320 6SL3040-0MA00-0AA1
（2）非調節型電源模塊5kW 6SL3130-6AE15-0AA0
（3）雙電機模塊3A 6SL3120-2TE13-0AA0
（4）同步電機（1FK7022-5AK71-1AG3），通過SMC20（6SL3055-0AA00-5BA1）接增量型編碼器（2048,Sin/Cos，1Vpp）
（5）同步電機（1FK7022-5AK71-1LG3），通過DRIVE-CLIQ接值編碼器（512 ppr，EnDat）
（6）CompactFlash Card 6SL3054-0CG01-1AA0
2.1.2 本文檔所述實例基于以下軟件環境：
• Window XP SP3
• STEP 7 V5.5 SP2
• S7 Technology V4.2 SP1
• S7 Distributed Safety V5.4 SP52)
2）如需使用故障安全功能，則需要此軟件。
2.2 任務
6ES7318-3EL00-0AB0
CPU319-3 PN/DP, 1.4MB
單臺泵選擇開關設置在手動檔的泵預抽空運行。
⑦泵的啟動和停止要延時依次投入和退出。
⑧泵的基本聯鎖條件：A.一級故障，電源故障禁止所有泵運行；B.泵電機故障，泵啟動柜故障禁止對應泵運行；C.泵的不同運行要附合上述泵啟動柜，操作臺之間的正確設置；D.水位聯鎖。
⑨當滿足上述不同聯鎖條件，泵可進入手動，檢修,預抽空或自動運行。
⑩在泵自動運行時,要根據水位點和水位區來確定需運行的泵數；判斷能投入自動組態的泵是否滿足上述要求，如不滿足，則故障報警；如可組態的泵多于所需投入運行的泵，則依據這些泵運行時間累計數小的泵投入運行。隨著水位降低，逐步退出當前運行時間長的泵。
4．3數據處理和人機界面處理
①數據統計：泵啟動柜交流接觸器動作計數；泵運行時間累計；泵站排水量累計；降雨量累計；用電量累計。
②數據設置：水位值，水位差值和流量值設置；變壓器的溫度和瓦斯值設置；雨量值設置；泵電機的溫度和震動值設置；電力參數設置；防盜有效與否設置。
③與觸摸式顯示屏的數據通信：觸摸式顯示屏采用工業級人機介面。主要完成下列任務：泵站運行監控；故障報警,記錄和排除提示；參數設置；模擬鍵盤操作；數據記錄處理；工藝曲線顯示；工況模擬顯示；泵站概貌顯示。
④打印機打印處理：故障隨機打印；運行狀態打印；參數設置打印；工作報表打印；動態曲線打印；設備狀態打印；數據統計打印；顯示屏幕打印。
