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摘要：排水泵站西門子S7-300 自控系统的组成部分、技术特点与分析以及所实现的具体功能。
关键词：西门子S7-300 PLC；输入输出模块；系统监测；人机交互界面
Abstract: This paper described the integral part, automation system, technical features and analysis, and to achieve specific functions of the drainage pumping station Siemens S7-300.Key words: Siemens S7-300 PLC; input and output modules; system monitoring; interactive interface
中图分类号：TU992.25文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）04-0020-02
一.前言
天津市近年来排水泵站建设的自动化监控水平有了长足的进步，以西门子PLC S7-300系列为代表的单片机发挥了重要作用，因其操作简便而受到广泛应用并获得一致好评。我2003年进入单位一直从事工程项目管理工作，至今已担任多个排水泵站的自动化施工管理人员。下面我结合多年泵站的自动化监控改造经验，阐述西门子PLC S7-300系列在排水泵站自动化监控系统中的应用。
二.泵站控制要求
以一般排水泵站为对象，进行整个泵站进行自动化监控和管理改造。
①水泵控制开关柜具有就地和远程控制的功能。
②功率因素补偿柜能实现就地自动补偿和远程电网监控。
③对变压器三相温度进行远程显示，高温报警等功能；
④对泵站实施三级控制，在控制室内设置自动化监控操作台和信号处理柜。
⑤采用SIEMENS的S7-300系列PLC，对泵站实现自动化监控，水泵将根据泵的状态，水位，雨量，电网状况，闸门位置等工况自动投切。
⑥通过对水位差的监测，提示或自动投切除污机。
⑦采用高性能的10英寸真彩LCD触摸式显示屏，对泵站进行动态监控管理，故障报警，工况记录和报表打印。
⑧预留通信接口，可通过电话线路或DDN网联网进行区域监控和数据传送。
三.硬件系统构成
根据以上要求，我们配套完善了这套泵站自动化监控系统。系统的结构见下图，主要配置如下：
1.PLC配置
泵站自动化监控系统的PLC采用SIEMENS的S7-300系列。根据系统要求 ，PLC总体配置如下：
① 中央处理模块（CPU）：选用CPU314，内存RAM扩展到64K。
② 数字量输入模块（DI）：选用SM321,共8块（16点/块）。处理128点输入信号。
③ 数字量输出模块（DO）：选用SM322,4块为16点/块，4块为8点/块。处理96点输出信号。
④ 模拟量输入模块（AI）：选用SM331,共3块（8点/块）。处理24点输入信号。
⑤ 通信模块：选用CP340,共2块，1块为RS232接口，1块为RS485接口。
PLC采用四个框架，在RTU信号柜内有三个，其中一个为备用扩展框架；另一个在操作台内，通过IM361扩展连接，这样简化了接线，大大地提高可靠性。
2.触摸屏配置
触摸屏采用了日本DIGTAL公司的570 HMI来实现上述要求。HMI是以RS232接口与PLC的CP340连接，采用SIEMENS的3964R协议完成通信。
3.电网监控配置
电网监控采用法国SOCOMEC公司的DIRISM型电量监控器，可检测三相四线制的相电压，线电压，相电流，零线电流，有功无功功率，功率因素，频率及相应的最大值。监控器以RS485接口采用MODBUS协议与PLC的CP340连接，传送电网监控数据。因为泵站大多采用双路电网进线，故应用两套电量监控器，分别安装两侧进线柜上。
其他装置信号都是通过数字量或模拟量点出点入与PLC连接。
四．软件监控实现
泵站自动化监控系统的软件主要有两部分：PLC监控软件和触摸屏图控软件。 PLC监控软件由几大模块组成。
1.系统检测和故障处理模块
系统监测处理所有输入信号，根据具体情况作出不同响应。处理信号有：水泵电机的温度和振动；进出水闸门状态；存水房液位；防火防盗安全；变压器温度；雨量；功率因素补偿柜工况；电网工况（电压欠压过压监控；三相电流过载监控；缺相监控；三相不平衡监控；功率过载监控；功率因素监控；电量累计）；污水池水位等。
系统故障分类为三级:一级故障定义为最高级。当发生此类故障，将禁止所有控制输出。声光报警，记录打印，在显示屏上显示故障类型和解决方法。只有在排除故障，按人工复位键后系统恢复正常工作。二级故障定义为次级。当发生此类故障时将禁止故障点的控制输出，系统作自动调正继续当前操作。故障报警和恢复同一级故障。三级故障定义为最低级。当发生此类故障时，仅声光预警，不中断当前操作。根据系统中产生的各种故障实施相关的故障声光报警和记录。此刻触摸式显示屏进入故障报警画面，显示故障内容，性质，地点，时刻和解决方案，并打印。
2.除污机和排水泵的运行处理
系统对泵站除污机的工况进行监控。故障信号置位，置二级故障报警，由<系统故障处理>模块处理。根据信号状态点亮或熄灭有关指示灯，同时在触摸式显示屏上显示。当除污机柜上的选择开关选择远控，操作台在泵自动运行前先进行排污操作。采用水位差检测，则根据水位差实施自动排污。在自动排污时，先在现场声光预警，再运行装置。
泵启动柜与操作台相联进行控制。
①当故障信号置二级故障报警，由<系统故障处理>模块处理。
②根据信号状态点亮或熄灭有关指示灯。
③当泵开关柜上的选择开关选择远控，在操作台上可实施四种泵运行方式：手动方式；自动方式；预抽空方式；检修方式。
④在操作台上对每台泵设置有各自的状态指示灯；手动操作按纽和选择开关。
⑤单台泵的选择开关有四档：停止；检修；手动和自动。当设置手动档时可实施手动或预抽空操作。在自动档时则允许该泵进入系统自动运行组态。
⑥在系统操作上设置有三档的选择开关：停止；自动和预抽空。<停止>禁止所有泵的运行；<自动>允许单台泵选择开关设置在自动档的泵进入自动运行组态。<预抽空>允许单台泵选择开关设置在手动档的泵预抽空运行。
⑦泵的启动和停止要延时依次投入和退出。
⑧泵的基本联锁条件：A.一级故障，电源故障禁止所有泵运行；B.泵电机故障，泵启动柜故障禁止对应泵运行；C.泵的不同运行要附合上述泵启动柜，操作台之间的正确设置；D.水位联锁。
⑨当满足上述不同联锁条件，泵可进入手动，检修,预抽空或自动运行。
⑩在泵自动运行时,要根据水位点和水位区来确定需运行的泵数；判断能投入自动组态的泵是否满足上述要求，如不满足，则故障报警；如可组态的泵多于所需投入运行的泵，则依据这些泵运行时间累计数小的泵投入运行。随着水位降低，逐步退出当前运行时间最长的泵。
3.数据处理和人机界面处理
①数据统计：泵启动柜交流接触器动作计数；泵运行时间累计；泵站排水量累计；降雨量累计；用电量累计。
②数据设置：水位值，水位差值和流量值设置；变压器温度值设置；雨量值设置；泵电机温度和震动值设置；电力参数设置；防盗有效性设置。
③与触摸式显示屏的数据通信：触摸式显示屏采用工业级人机介面。主要完成下列任务：泵站运行监控；故障报警,记录和排除提示；参数设置；模拟键盘操作；数据记录处理；工艺曲线显示；工况模拟显示；泵站概貌显示。
④打印机打印处理：故障随机打印；运行状态打印；参数设置打印；工作报表打印；动态曲线打印；设备状态打印；数据统计打印；显示屏幕打印。
五．结语
西门子S7-300自动化监控系统在全市多个泵站多年运行正常。整个系统设计先进合理、操作简便、可靠性高，完全符合泵站排水的要求，可以推广应用至所有地区。
参考文献
夏德海《现场总线技术》北京中国电力出版社
廖常初《PLC编程及应用》 北京机械工业出版社
赵惠忠《深入浅出西门子》 北京北京航空航天大学出版社
关键词：西门子S7-300 PLC；输入输出模块；系统监测；人机交互界面
Abstract: This paper described the integral part, automation system, technical features and analysis, and to achieve specific functions of the drainage pumping station Siemens S7-300.Key words: Siemens S7-300 PLC; input and output modules; system monitoring; interactive interface
中图分类号：TU992.25文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）04-0020-02
一.前言
天津市近年来排水泵站建设的自动化监控水平有了长足的进步，以西门子PLC S7-300系列为代表的单片机发挥了重要作用，因其操作简便而受到广泛应用并获得一致好评。我2003年进入单位一直从事工程项目管理工作，至今已担任多个排水泵站的自动化施工管理人员。下面我结合多年泵站的自动化监控改造经验，阐述西门子PLC S7-300系列在排水泵站自动化监控系统中的应用。
二.泵站控制要求
以一般排水泵站为对象，进行整个泵站进行自动化监控和管理改造。
①水泵控制开关柜具有就地和远程控制的功能。
②功率因素补偿柜能实现就地自动补偿和远程电网监控。
③对变压器三相温度进行远程显示，高温报警等功能；
④对泵站实施三级控制，在控制室内设置自动化监控操作台和信号处理柜。
⑤采用SIEMENS的S7-300系列PLC，对泵站实现自动化监控，水泵将根据泵的状态，水位，雨量，电网状况，闸门位置等工况自动投切。
⑥通过对水位差的监测，提示或自动投切除污机。
⑦采用高性能的10英寸真彩LCD触摸式显示屏，对泵站进行动态监控管理，故障报警，工况记录和报表打印。
⑧预留通信接口，可通过电话线路或DDN网联网进行区域监控和数据传送。
三.硬件系统构成
根据以上要求，我们配套完善了这套泵站自动化监控系统。系统的结构见下图，主要配置如下：
1.PLC配置
泵站自动化监控系统的PLC采用SIEMENS的S7-300系列。根据系统要求 ，PLC总体配置如下：
① 中央处理模块（CPU）：选用CPU314，内存RAM扩展到64K。
② 数字量输入模块（DI）：选用SM321,共8块（16点/块）。处理128点输入信号。
③ 数字量输出模块（DO）：选用SM322,4块为16点/块，4块为8点/块。处理96点输出信号。
④ 模拟量输入模块（AI）：选用SM331,共3块（8点/块）。处理24点输入信号。
⑤ 通信模块：选用CP340,共2块，1块为RS232接口，1块为RS485接口。
PLC采用四个框架，在RTU信号柜内有三个，其中一个为备用扩展框架；另一个在操作台内，通过IM361扩展连接，这样简化了接线，大大地提高可靠性。
2.触摸屏配置
触摸屏采用了日本DIGTAL公司的570 HMI来实现上述要求。HMI是以RS232接口与PLC的CP340连接，采用SIEMENS的3964R协议完成通信。
3.电网监控配置
电网监控采用法国SOCOMEC公司的DIRISM型电量监控器，可检测三相四线制的相电压，线电压，相电流，零线电流，有功无功功率，功率因素，频率及相应的最大值。监控器以RS485接口采用MODBUS协议与PLC的CP340连接，传送电网监控数据。因为泵站大多采用双路电网进线，故应用两套电量监控器，分别安装两侧进线柜上。
其他装置信号都是通过数字量或模拟量点出点入与PLC连接。
四．软件监控实现
泵站自动化监控系统的软件主要有两部分：PLC监控软件和触摸屏图控软件。 PLC监控软件由几大模块组成。
1.系统检测和故障处理模块
系统监测处理所有输入信号，根据具体情况作出不同响应。处理信号有：水泵电机的温度和振动；进出水闸门状态；存水房液位；防火防盗安全；变压器温度；雨量；功率因素补偿柜工况；电网工况（电压欠压过压监控；三相电流过载监控；缺相监控；三相不平衡监控；功率过载监控；功率因素监控；电量累计）；污水池水位等。
系统故障分类为三级:一级故障定义为最高级。当发生此类故障，将禁止所有控制输出。声光报警，记录打印，在显示屏上显示故障类型和解决方法。只有在排除故障，按人工复位键后系统恢复正常工作。二级故障定义为次级。当发生此类故障时将禁止故障点的控制输出，系统作自动调正继续当前操作。故障报警和恢复同一级故障。三级故障定义为最低级。当发生此类故障时，仅声光预警，不中断当前操作。根据系统中产生的各种故障实施相关的故障声光报警和记录。此刻触摸式显示屏进入故障报警画面，显示故障内容，性质，地点，时刻和解决方案，并打印。
2.除污机和排水泵的运行处理
系统对泵站除污机的工况进行监控。故障信号置位，置二级故障报警，由<系统故障处理>模块处理。根据信号状态点亮或熄灭有关指示灯，同时在触摸式显示屏上显示。当除污机柜上的选择开关选择远控，操作台在泵自动运行前先进行排污操作。采用水位差检测，则根据水位差实施自动排污。在自动排污时，先在现场声光预警，再运行装置。
泵启动柜与操作台相联进行控制。
①当故障信号置二级故障报警，由<系统故障处理>模块处理。
②根据信号状态点亮或熄灭有关指示灯。
③当泵开关柜上的选择开关选择远控，在操作台上可实施四种泵运行方式：手动方式；自动方式；预抽空方式；检修方式。
④在操作台上对每台泵设置有各自的状态指示灯；手动操作按纽和选择开关。
⑤单台泵的选择开关有四档：停止；检修；手动和自动。当设置手动档时可实施手动或预抽空操作。在自动档时则允许该泵进入系统自动运行组态。
⑥在系统操作上设置有三档的选择开关：停止；自动和预抽空。<停止>禁止所有泵的运行；<自动>允许单台泵选择开关设置在自动档的泵进入自动运行组态。<预抽空>允许单台泵选择开关设置在手动档的泵预抽空运行。
⑦泵的启动和停止要延时依次投入和退出。
⑧泵的基本联锁条件：A.一级故障，电源故障禁止所有泵运行；B.泵电机故障，泵启动柜故障禁止对应泵运行；C.泵的不同运行要附合上述泵启动柜，操作台之间的正确设置；D.水位联锁。
⑨当满足上述不同联锁条件，泵可进入手动，检修,预抽空或自动运行。
⑩在泵自动运行时,要根据水位点和水位区来确定需运行的泵数；判断能投入自动组态的泵是否满足上述要求，如不满足，则故障报警；如可组态的泵多于所需投入运行的泵，则依据这些泵运行时间累计数小的泵投入运行。随着水位降低，逐步退出当前运行时间最长的泵。
3.数据处理和人机界面处理
①数据统计：泵启动柜交流接触器动作计数；泵运行时间累计；泵站排水量累计；降雨量累计；用电量累计。
②数据设置：水位值，水位差值和流量值设置；变压器温度值设置；雨量值设置；泵电机温度和震动值设置；电力参数设置；防盗有效性设置。
③与触摸式显示屏的数据通信：触摸式显示屏采用工业级人机介面。主要完成下列任务：泵站运行监控；故障报警,记录和排除提示；参数设置；模拟键盘操作；数据记录处理；工艺曲线显示；工况模拟显示；泵站概貌显示。
④打印机打印处理：故障随机打印；运行状态打印；参数设置打印；工作报表打印；动态曲线打印；设备状态打印；数据统计打印；显示屏幕打印。
五．结语
西门子S7-300自动化监控系统在全市多个泵站多年运行正常。整个系统设计先进合理、操作简便、可靠性高，完全符合泵站排水的要求，可以推广应用至所有地区。
参考文献
夏德海《现场总线技术》北京中国电力出版社
廖常初《PLC编程及应用》 北京机械工业出版社
赵惠忠《深入浅出西门子》 北京北京航空航天大学出版社