西门子6ES7221-1BF22-0XA8安装方法

浔之漫智控技术(上海)有限公司

西门子6ES7221-1BF22-0XA8安装方法

一．功能介绍
    英威腾CHV系列矢量变频器内置标准的MODBUS（从站）通信协议，配合CHV系列变频器通讯卡，可非常方便的实现远程通讯控制功能。通讯卡上提供RS232及RS485两种物理通讯端口，用户可通过设置卡上的跳线选择。
    下面以西门子S7-200系列PLC为例，介绍PLC与CHV矢量变频器建立通讯并实现对变频器起停、频率给定、监控等功能的控制。
变频器作为MODBUS协议从站接收来自CPU224 PLC的通信指令，。
CHV系列矢量变频器在与CPU224通信前须做好以下准备工作：
1．确认已安装好CHV系列矢量变频器的通讯卡，并将卡上的端口跳线置于RS485端；
2．用一根带9针阳性插头的串口通信电缆连接在CPU224 PLC的自由通信口端，电缆另一端的5、3、8线分别接在CHV变频器RS485通讯卡的GND、485+、485－端子上，其余线屏蔽不用；
3．预先设置变频器以下参数：
PC0.0=1                  //变频器通讯地址为1
PC0.1=3                  //通讯波特率9.6K
PC0.2=1                  //通讯数据偶校验
P0.01=2                  //变频器的运行指令采用通讯方式
P0.03=7                  //变频器的A频率设定采用通讯方式
二．PLC内存使用说明
    西门子S7-200系列PLC的自由通讯端口编程必定会用到两个指令，即XMT(发送)指令和RCV（接收）指令。编写程序时需要为这两个指令数据缓冲区，一般以位数为0的地址作为数据缓冲区的起始地址。
    1．发送指令XMT缓冲区(写/读)
VB100     //xmt指令要发送的字节个数
VB101     //变频器通讯地址(01)
VB102     //modbus功能码(06/03)
VB103     //变频器被写地址高位/变频器被读起始地址高位
VB104     //变频器被写地址低位/变频器被读起始地址低位
VB105     //被写数据高位/被读数据字个数高位
VB106     //被写数据低位/被读数据字个数低位
VB107     //被发送数据CRC低位
VB108     //被发送数据CRC高位
2．接收指令RCV缓冲区
VB200     //rcv指令要接收的字节个数
VB201     //变频器地址(01)
VB202     //modbus功能码(06/03)
VB203     //变频器被写地址高位/被读数据字节个数高位
VB204     //变频器被写地址低位/被读数据字节个数低位
VB205     //被写数据高位/被读数据高位
VB206     //被写数据低位/被读数据低位
VB207     //被接收数据CRC低位
VB208     //被接收数据CRC高位
VB217       //被接收数据CRC验算低位
VB218       //被接收数据CRC验算高位
2．CRC校程序（SBR0）
    英威腾CHV系列矢量变频器内置的MODBUS协议采用RTU传输格式，该格式使用CRC校验方式对每次发出或接收的数据帧进行校验。因此，该子程序使用了多个局部变量，以方便其它子程序调用。

（1）输入型局部变量（VAR_bbbbb）
1d_0:DWORD; // 待发送数据地址指针变量
lw_4:WORD;  // 待发送数据字节个数变量
（2）输出型局部变量（VAR_OUTPUT）
lb_6:BYTE;  // CRC校验值高位变量
lb_7:BYTE;  // CRC校验值低位变量
（3）临时局部变量（VAR）
lw_8:WORD;     // 待发送数据字节个数计数变量
lw_10:WORD;    // 待发送数据每字节8位二进制数计数变量

Network 1
LD     SM0.0
MOVW   16#FFFF, LW6                //将16位CRC校验寄存器LW6全置为1
Network 2
LD     SM0.0
FOR    LW8, +1, LW4                //对待发送数据字节个数(LW4)计数(LW8)循环
Network 3
LD     SM0.0
XORB   *LD0, LB7                   //使待发送数据的个字节(*LD0)与

                                   //CRC校验寄存器低位字节(LB7)进行异或运算
Network 4
LD     SM0.0
INCD   LD0                         //ld_0指向待发送数据的下一个地址
Network 5
LD     SM0.0
FOR    LW10, +1, +8                //对每字节8位二进制数计数(LW10)循环

Network 6
LD    SM0.0
SRW    LW6, 1                      //CRC校验寄存器LW6右移一位
Network 7
LD     SM1.1                       //若移位后的溢出值SM1.1为1
XORW   16#A001, LW6                //则使值16#A001与LW6进行异或运算
Network 8
NEXT                               //结束每字节8位二进制数计数循环
Network 9
NEXT                               //结束每数据帧字节个数计数循环

3．初始化子程序（SBR1）
    该程序在PLC的个扫描周期运行，主要是设置CPU224自由端口的通信格式、数据接收格式及复位各寄存区
    通信格式内容包括：波特率9.6K、每字节位数8位、偶校验等（注意与变频器一致）。
    数据接收格式参照MODBUS RTU格式设定，以不少于3.5个字节传输时间的通信口空闲间隔作为数据接收的开始及结束信号。根据协议，PLC在准备接收数据前会先监测通信口是否空闲，如连续空闲时间过了3.5个字节的传输时间，则PLC默认数据接收开始，此后通讯口上出现的信息即被认为是一个数据帧的内容。同理，随着一个数据帧的后一个字节传输完成，又会出现一个3.5字节传输时间的空闲间隔，来表示一个数据帧传输的结束。（参见MODBUS协议标准及CHV系列矢量变频器通讯卡使用说明书）
    对9.6K的通信波特率来说，3.5个字节传输时间约为5ms左右。因该程式的每个指令只准备接收一个数据帧的回馈信息，所以接收数据前的空闲检测时间可设为0，即PLC在发出数据后立即开始接收数据，但一个数据帧的传输结束空闲检测时间仍需设为5ms以上。

Network 1
LD     SM0.0
MOVB   16#49, SMB30                //设置自由通信口格式
MOVW   +0, SMW90                   //空闲行间隔检测时间0ms
MOVW   +5, SMW92                   //字符间定时器时检测时间5ms
MOVB   20, SMB94                   //接收信息的大缓冲区20字节
MOVB   148, SMB87                  //设置自由通信口的数据接收格式
FILL   +0, QW0, 1                  //输出印象寄存区复位
FILL   +0, MW0, 1                  //标志寄存区复位
FILL   +0, VW100, 5                //发送缓冲区复位
FILL   +0, VW200, 5                //接收缓冲区复位
ATCH   INT_0, 23                   //接收完成中断
ATCH   INT_1, 9                    //发送完成中断
ENI                                //在全局启用中断

概述
本例说明如何以自由协议。可实现的功能为：当M20收到GSM短信息时，可以自动向发送方回发一条短信息，信息的内容由用户自行定义。
AT指令：
本例中使用的AT指令主要有四个：
1.短信息格式选择指令CMGF
M20支持两种格式的短信息，PDU格式和TEXT格式。
AT+CMGF=0 设置短信为PDU格式（默认）
AT+CMGF=1 设置短信为TEXT格式
本例中将使用TEXT格式，因此对M20进行初始化。
2.读短信息指令CMGR
指令格式为：AT+CMGR=< index >，index一般为1到15的整数，视SIM卡的容量而定，它表示所要阅读的短信息在SIM卡中的存储位置。在本例中，由于收到的短信息在阅读后都会被删除，因此每次收到的短信息都会被保存到个存储位置，在收到短信息后，用AT+CMGR=1即可阅读。
3.发送短信息指令CMGS
指令格式为：AT+CMGS=< da >，da为目标手机号，如。M20接到指令后返回一个〉提示输入短信内容，短信内容以CHR（26）结束。
4.删除息指令CMGD
指令格式为：AT+CMGD=< index >，index与读指令中的index含义相同。本例中使用AT+CMGD=1来删除收到的息。
注：所有的指令都以CHR（13）作为结束
PLC程序执行过程：
PLC在次扫描时执行初始化子程序，对端口及RCV指令进行初始化，并向M20发送AT+CMGF=1设置短信息格式为TEXT格式。初始化完成后，运行RCV指令使端口处于接受状态。
当M20收到短信息时，会发送 +CMTI: SM, 1 在PLC的接收完成中断中判断CMTI这四个字符来对M1.0进行置位，在主程序中通过该标志位调用ReadSMS子程序。
ReadSMS子程序中执行的操作为：复位子程序的触发条件（复位M1.0），置位M0.0，停止端口的接收，然后向M20发送AT+CMGR=1阅读收到的短信息。置位M0.0的目的是在发送完成中断中判断是哪个子程序执行了发送操作，从而重新对RCV指令进行设置，以接收Modem返回的信息（其他的子程序也采用了相同的做法：SendSM1的触发位为M1.1，子程序执行时置位M0.1；SendSM2的触发位为M1.2，子程序执行时置位M0.2；DelSM的触发位为M1.3，子程序执行时置位M0.3；ReSend的触发位为M1.4，子程序执行时置位M0.4）。Modem在接收到AT+CMGR=1后会将收到短信息的内容发送给PLC，信息的格式为：
+CMGR: REC UNREAD,+86,,02/03/05,13:44:12+32
CALL ME
OK
其中CALL ME为短信息的实际内容，该信息转换为十六进制的形式为：
0D 0A 2B 43 4D 47 52 3A 20 22 52 45 43 20 55 4E 52 45 41 44 22 2C 22 2B 38 36 31 33 38 30 31 31 38 34 32 38 36 22 2C 2C 22 30 32 2F 30 33 2F 30 35 2C 31 33 3A 34 34 3A 31 32 2B 33 32 22 0D 0A 43 41 4C 4C 20 4D 45 0D 0A 0D 0A 4F 4B 0D 0A
这样，在发送完成中断中，以M0.0为条件，将RCV指令的接收的起始字符设置为空格符CHR（32）（十六进制的20）用以接受M20发送的短信息内容。在接收完成中断中，用接受缓冲的个字节等于CHR（32）来触发SendSMS1子程序。
SendSMS1子程序将从收到短信息的内容中提取出发送方的电话号码，并向M20发送AT+CMGS=发送方号码，Modem在接到该指令后返回的信息为：
>
对应的十六进制形式为：
0D 0A 3E 20
其中0D 0A为不可显示字符，20为空格符
这样，在发送完成中断中以M0.1位条件设置接收的起始字符为〉CHR（62）用以接受M20发送的提示信息。在接收完成中断中，用接受缓冲的个字节等于CHR（62）来触发SendSMS2子程序。
SendSMS2子程序将所要发送的内容加上结束字符CHR（26）发送个给M20。如果短信息正确发送，M20返回 +CMGS: xxx（xxx为该SIM卡已发送的数量）；如果信息未能正确发送，则M20返回 +CMS ERROR。在接收完成中断中，用CMGS来触发DelSMS子程序，用ERROR来触发ReSend子程序。

改造主要目的：
对粗轧区域油库控制设备进行升级。
主要问题：
1.系统抗环境干扰能力差。
2.系统本身的固有缺陷难以克服，S5-115U的位故障不断发生，而始终不能找到根本的原因，而且故障一旦发生根本无法准确地找到故障点，只能逐块换模板直到故障排除。
3.L1网是西门子公司开发的低速网，扩展性差，速率低。
4.VIDEO 2000监控系统组态复杂，维护困难，备件已无法供应,出现问题很难解决。
改造方案
航星公司对系统的改造采用西门子的S7-400产品来替代原有的S5-115U，并将这两个系统上连入西门子的开放性好、扩展性强、速度快的PROFIBUS 网络上。原有ProfiBus网因当时站点少、通讯距离短，从经济上考虑采用电缆作为通讯媒介。
本次改造后，通讯距离大大加长，考虑到将来整个系统都将逐步改造升级连入ProfiBus网络，通讯速度、网络的抗干扰能力及网络通讯的性也改善，所以这次改造将原有的ProfiBus 电网络改为光网，以提高网络的通讯速度和性。
具体方案：
1.控制设备采用西门子公司的S7-400，分别用作换辊平衡液压系统、E1 AWC液压系统等七个系统。
2.四个换辊的操作台，操作站改为系统通过PROFIBUS-DP网与西门子的液晶操作面板相连。
3.监控采用WinCC。
4.在SHC电气室放置与BA相连的操作站用于监视基础自动化的状态和工程师站用于维护和临时修改程序。
改造特点：
1.此次S5升级S7系统，柜内接线上基本不变，模板的选型也基本与原设计保持一致,这样可以给年修提供多的调试时间。
2.此次改造将原西门子低速网L1网改造为西门子开发的开放性好的PROFIBUS网,保了现场设备的快速性并提高了系统的抗干扰性。通过该网将新改造的油库控制系统和已有的R3、R4换辊控制系统及WINCC操作系统组成的ProfiBus 现场总线（为提高其性和通讯能力，将现有的ProfiBus 电网络改为光网）相连接, 使它们之间进行的数据交换 。
3.该改造后的系统增加上位监视功能,，监控该系统的运行状况。
4.改善后的系统在每套150U中加一块网卡，使新老系统的信息可相互传送。
5.增加4个操作箱站，可以就地进行换辊操作。
6.将使以前立的阀手动调节控制改为S7-400内部的闭环自动控制系统，操作加方便，性大大提高。
7.将多套系统并入改造后的PROFIBUS网内，进行统一的集中监控

本文介绍了焦炉煤气（高炉煤气）发电厂控制系统的特点及相应的控制系统的组态、逻辑控制及PID控制回路。
1 引言
利用燃烧焦炉煤气（高炉煤气）的余热发电，变废为宝，将是今后环保技术的一个重要发展方向。这种余热锅炉的热容量小，发电机组小，一般为20兆瓦以内。因此，燃烧焦炉煤气（高炉煤气）发电厂的控制系统比大型电厂简单得多。一般来说，大型电厂的主机控制系统是无法采用PLC来控制的，只有一些辅机系统才能够使用PLC。但是，随着现场总线技术及微处理器性能的突飞猛进，PLC集散控制系统已经成功应用在中型及较复杂的控制领域中，例如，燃烧焦炉煤气（高炉煤气）发电厂就可以使用PLC控制系统，这样可以大大降低控制系统的成本。
本文将介绍安钢集团信钢公司2×6000kw 焦炉煤气发电PLC控制系统，此控制系统由北京天拓四方公司成功开发，并一次成功投入生产运行。
2 控制系统总体方案介绍
该集散控制系统采用Siemens S7-400系列PLC，Siemens公司的S7-400系列PLC是90年代推出的S7系列中的大型机型，具有完善的功能和强大的通讯能力，特别是总线标准之一的Profibus，得到很多厂家的支持，非常有利于分布式控制系统的使用，Profibus-DP总线的通讯速率可达12Mbps。S7-414-4H双机热备系统和ET200分布式I/O组成的Profibus-DP总线网构成切换结构，实现故障时的无扰动自动切换，上位机采用STEP7组态软件进行系统组态。
(1) 工作原理
焦炉煤气（高炉煤气）与鼓风机经空气预热器加热的助燃空气混合燃烧，燃烧产生的热量由余热锅炉回收。余热锅炉产生的高温高压水蒸汽推动汽机发电，
(2) 环保发电厂主要设备
① 余热锅炉二台，每台主要的技术参数如下:
产生蒸汽量: 35t/h
过热蒸汽压力: 3.82MPa
过热蒸汽温度: 450℃
炉膛温度: 980℃
给水温度: 105℃
② 汽轮机发电机组二套，主要的技术参数如下:
主蒸汽压力: 3.43MPa
主蒸汽温度: 435℃
③ 发电机主要的技术参数如下:
功率: 6000kW
出线电压: 6.3kV
频率: 50Hz
额定转速: 3000r/min
功率因数: 0.8
励磁方式: 无刷励磁系统
④ 配套电气供配电系统
该PLC集散控制系统I/O点数有2000余点，其中模拟量300余个。全厂的PLC集散控制系统图如附图所示。
3 上位机监控系统配置
系统共设6台操作员站，2台工程师站。其中2台操作员站用于炉侧设备的监控，2台操作员站用于机侧设备的监控，包括汽机系统、制给水系统、2台操作员站用于电气设备的监控。所有操作员站之间经受权后可互换操作。工程师工作站，进行系统软件开发组态，工程师站将能够作为任一操作员站完成相关控制监测功能。工程师站、操作员站及PLC之间采用OSM/ESM环形100兆工业以太网进行互连通讯。操作系统采用中文bbbbbbs xp 窗口操作系统。
上位机采用STEP7组态软件进行系统组态。人机界面主要设计有以下内容:
(1) 系统工艺流程显示:依据设备系统工艺流程图，按照功能组区域划分;
(2) 调节系统、调节画面:回路手操站，调节参数与参数趋势的集中显示;
(3) 重要参数趋势显示:有实时趋势与历史趋势两种显示;
(4) 全局报警显示:系统按照功能区分为若干个报警组，各个报警组的报警窗口分布于相应功能显示窗口的上方，全局报警显示提供集中查看系统所有报警的能力，或按级、报警组过滤查看，并具有全局报警确认。

4 PLC控制系统配置
整个PLC控制系统系统的由S7-400H构成，其中包含S7-400H的安装机架和PS407，10A电源。一对冗余CPU，采用CPU414-4H，每个CPU都含有2个扩展插槽，可用于插入同步模板。同步子模板用于两套CPU之间冗余切换，它们已放置在CPU内部并由光缆完成互连任务。同时每个CPU带一对以太网处理器CP443-1，是和作为服务器的以太网上位机通讯发电机组以及汽轮机系统均采用ET200M作为PROFIBUS上的从站和S7-400H系统相连，ET200M本身不具备本地处理信息的能力，它作为远程I/O交由S7-400H集中处理。ET200M远程I/O有实现方式，本系统采用具有增强可用性的单通道切换式配置模式。采用单通道切换式配置模式的单输入/输出模板，该模板可以由两个子系统中的任何一个进行寻址。每个ET200M分别有两块IM153-2通信模块，分别挂在DP总线上，组成冗余的DP总线。ET200M采用是Siemens 300系列分布式I/O模块，价格低廉。每个ET200M可扩展8个I/O模块，容量可高达128字输入/128字输出，大传输速率为12Mbps。
本控制系统由西门子400系列的CPU414-4H组成双机热备，进行数据冗余，300系列分布式I/O组成双冗余的DP总线，是的集散控制系统，在今后的各种环保电厂主机控制及大型发电机组的辅机控制领域中具有大的推广。
CPU414具有非凡的性能，它二进制指令的执行时间为0.08μs(CPU417H为0.12μs)，大的数字量IO或模拟量IO高达65536或4096点。本集散控制系统有8000余条逻辑控制语句，6个PID控制回路，其中三冲量调节回路2个，单冲量调节回路4个。系统实时性性要求较高。
本集散控制系统中，PLC完成全厂逻辑顺序控制及所有PID回路控制。其中, 逻辑顺序控制分以下几个部分:
(1) 吹扫:其目的是为了确保燃烧室风烟系统相关设备正常且信道畅通，是炉膛保护要求的重要操作之一; (2) 风机启动; (3) 锅炉吹扫:其目的是为了确保锅炉整个风烟系统相关设备正常且信道畅通，是炉膛保护要求的重要操作之一; (4) 锅炉保护; (5) 燃料跳闸; (15) 正常发电模式; (16) 孤立运行模式; (17) 汽轮机故障模式; (18) 化学水处理控制; (19) 污水处理控制。
5 主要PID控制回路
(1) 炉膛压力调节系统
此系统为单冲量调节回路。按系统工艺，炉膛应保持一定的负压值(PT101)，故需对引风机(PV101)进行PI 调节。为防止引风机变频器运行过大或过小，造成锅炉熄火，调节系统中引入高、低限幅模块。
(2) 锅炉汽包水位调节系统
此系统为三冲量调节回路。通过采用给水流量(FT101)、蒸汽流量(FT103)和汽包水位(LT102)主信号一起对给水调节阀(LV102)进行PI调节，使汽包水位保持在设定范围内，以适应锅炉的蒸发量。
(3) 过热蒸汽温度调节系统
系统将减温器后蒸汽温度(TE116)作为前馈信号引入调节，与过热蒸汽温度(TE119)主信号一起对减温水调节阀(TV119)进行PI调节。
6 结束语
该PLC集散控制系统经运行证明，各项技术指标均达到水平，主要表现如下:
(1) 燃烧效: 焦炉煤气（高炉煤气）与空气混合均匀燃烧充分，燃尽;
(2) 回热效:余热锅炉分布在主炉膛和烟道中，可充分吸收焦炉煤气（高炉煤气）燃烧热量，正常燃烧热效率80%以上，
(3) 运行维护:自动控制水平高，运行人员少;
（4）该系统如果增加一个历史站，主要提供主要监控参数的历史趋势；SOE功能，即事故掉闸的开关量打印功能对事故时的分析有一定帮助。