S7-300 PLC在變電站中的應用
某油田有150多座變電站， 承擔著油田整個油區、社區及生活區部分居民的用電， 油田電網的安全運行對於保證原油產量持續上升和居民安居樂業起著至關重要的作用。
油田變電站中的AEUD-WIII全自動智慧免維護直流屏採用模組化設計、數位化控制， 智慧化程度高。 該直流電源具有先進的系統監控功能， 著重電池線上管理、接地選線、“四遙”通信、告警顯示和事故追憶等功能進行開發， 使得系統安全性、可靠性更高。
該系列全自動智慧免維護直流屏採用SEIMENS公司生產的OP170B型人機界面,該監控模組具有結構緊湊、顯示解析度高、可靠性高、壽命長等優點。
硬體系統構成
1.PLC配置
變電站直流監控系統的PLC採用西門子公司的S7-300 PLC。 根據系統要求， PLC總體配置如下：
①中央處理模組（CPU）：選用CPU 314。
②數位量輸入模組（DI）：選用SM321， 共1塊（16點/塊）， 處理4點輸入信號。
③數位量輸出模組（DO）：選用SM322, 共4 塊（16 點/塊）， 處理56 點輸入信號。
④類比量輸入模組（AI）：選用SM331,共1 塊（8 點/塊）， 處理8點輸入信號。
⑤類比量輸入、出模組（AI）：選用SM334，
2.操作屏配置
操作屏採用兩個OP170B， 一個安裝在控制櫃；一個安裝在監控中心。
監控系統軟體
變電站直流監控系統的軟體主要有兩部分：顯示單元和軟體單元。
1.顯示單元
操作屏採用工業級人機界面， 主要完成直流系統運行監控、故障報警、記錄和排除提示、參數設置、類比鍵盤操作、資料記錄處理、累計執行時間控制等任務。
顯示單元包括主畫面、電池巡檢畫面、電池組電壓記錄畫面、絕緣監察、當前報警畫面、歷史報警畫面、累計運行畫面等畫面。
2.控制軟體單元（只給出部分功能軟體）
軟體單元由系統時鐘讀取、整流器控制、電池巡檢、絕緣監察、接地選線、限流電阻控制、累計執行時間、當前報警處理、歷史報警資訊處理、報警試驗等程式構成。
1) 整流器控制。
給定延時
A “F1_k1”
AN “F1_k2”
= “DO_k1”
主充電機給定
A “DI_k1”
JNB _001
CALL FB21， DB21
_001: NOP 0
主充電機給定復位
AN “DI_k1”
AN “DI_k2”
= L0.0
A L0.0
BLD 102
S “float_charge”
A L0.0
JNB _004
L 0
T “ug_hm0”
_004: NOP 0
A L0.0
JNB _005
L 0
T “ug_hm1”
_005: NOP 0
A L0.0
JNB _006
L 0
T DB66.DBD580
_006: NOP 0
主浮充轉換
A(
O “DI_k1”
O “DI_k2”
)
JNB _003
CALL FB20， DB20
_003: NOP 0
2) 巡檢：能夠自動（每天定時）和手動進行電池巡檢（部分程式）。
每天10 點自動電池巡檢
A(
L MW22
L 10
==I
)
FP M15.2
AN “scan_end”
S “scan_start”
按下面板電池巡檢鍵， 手動進行電池巡檢
A(
A “F3_bat_scan”
FP M15.3
O(
A “F3_bat_scan”
FN M15.4
)
)
AN “scan_end”
S “scan_start”
電池巡檢開始
A “scan_start”
JNB _001
CALL FB23， DB23
_001: NOP 0
電池巡檢開始， 畫面轉到電池巡檢畫面
A “scan_start”
FP M17.4
JNB _002
L 2
T MW102
_002: NOP 0
電池巡檢結束,復位電池組序號
L MW186
L 18
==I
= L0.0
A L0.0
JNB _003
L 0
T MW116
_003: NOP 0
A L0.0
JNB _004
L DB65.DBW100
T MW118
_004: NOP 0
A L0.0
BLD 102
L S5T#2S
SD T51
電池巡檢結束,置位元電池巡檢標誌位元
A T51
= L0.0
A L0.0
JNB _005
L 0
T MW186
_005: NOP 0
A L0.0
BLD 102
S “scan_end”
電池巡檢結束後， 進行過、欠壓判斷
A “scan_end”
JNB _006
CALL FB24， DB24
_006: NOP 0
3) 絕緣監察及接地選線：能夠自動（每天定時）和手動進行絕緣監察及接地選線（部分程式）。
判斷系統時鐘是否為9 點， 若是， 則啟動自動執行絕緣監察功能
A(
L MW22
L 9
==I
)
FP M15.5
S “auto_gnd_chk”
根據絕緣監察霍爾電壓採樣值與設定值的大小， 判斷是否出現不平衡接地，
AN “gnd_chk”
= L2.0
A L2.0
A(
L MW148
L MW122
>I
)
FP M15.6
S “en_unbalance”
A L2.0
A(
L MW148
L MW122
<=I
)
FP M15.7
R “en_unbalance”
使絕緣監察啟動的三種條件， 有任何一個滿足要求， 則開始絕緣監察
A(
O “auto_gnd_chk”
O(
A “en_unbalance”
FP M16.1
)
O(
A “en_unbalance”
FN M16.2
)
O(
A “F4_gnd_chk”
FP M16.3
)
O(
A “F4_gnd_chk”
FN M16.4
))
AN “gnd_chk”
S “en_chk”
進行絕緣監察時， 進入絕緣監察畫面
A “en_chk”
FP M17.5
JNB _001
L 4
T MW102
_001: NOP 0
監察完畢， 進行監察使能復位
A M17.0
R “en_chk”
R “gnd_chk”
監察完畢， 進行對地電阻值， 電壓值記錄及進行報警
A M17.0
JNB _009
CALL FB25， DB25
_009: NOP 0
4) 當前報警及歷史報警資訊處理（程式略）。
故障分類為二級:分為一般故障和致命故障。
一般故障包括：
當發生此類故障時， 僅聲光預警， 不中斷當前操作。 根據系統中產生的各種故障實施相關的故障聲光報警和記錄， 此刻顯示幕進入故障報警畫面， 顯示故障內容， 性質， 時刻， 按ACK 解除聲音報警， 但故障顯示仍然存在， 直至解除故障。
致命故障包括：
當發生此類故障， 將禁止所有控制輸出， 聲光報警， 在顯示幕上顯示故障類型、內容、時刻。
普通故障指示（K8）
L MW84
L 1
==I
= M8.4
致命故障指示（K9）
L MW84
L 2
==I
= M8.7
（5）顯示畫面及LED燈指示
主充電機運行指示燈（F1）
A “DI_k1”
= M6.0
= M6.1
主充電機直流輸出故障閃爍報警控制（故障）
A(
O(
L DB65.DBW202
L 1
==I
)
O(
L DB65.DBW204
L 1
==I
)
)
JNB _00f
L 1
T MW52
_00f: NOP 0
蓄電池充電狀態顯示控制（主充）
A “DI_bat”
AN “float_charge”
JNB _019
L 1
T MW68
_019: NOP 0
蓄電池充電狀態顯示控制（浮充）
A “DI_bat”
A “float_charge”
JNB _01a
L 2
T MW68
_01a: NOP 0
小結
油田變電站直流監控系統自2001年由S7-200系統改進為S7-300系統以來， 正常運行證明：整個系統設計先進、合理， 操作簡單， 可靠性高， 符合用戶預期的要求， 成為推廣專案。
S7-300 PLC 在斷路器極限電流測試系統中的應用
斷路器極限電流測試系統通過工業PC串列口實現與S7-300的CP 340(RS-232C)模組通信， 從而實現對系統的即時監控。
極限電流測試系統介紹
斷路器是一種能接通和分斷正常負荷電流、過負荷電流、短路電流的開關電器。 為標定斷路器極限電流這一指標使其滿足出廠要求，每個產品須經過極限電流測試系統的測定，以下是SZ高新區的電器設備製造企業應用IPC結合S7-300 PLC實現該測試系統。
1.測試系統的框架
系統的主控由IPC承擔，其負責測試的參數設定、產品的型號選擇、測試資訊的記錄分析，S7-300 通過與IPC進行ASCII方式的通信，接收IPC的指令，操控系統的接觸器，固態繼電器等執行設備，同時將測試的資訊返回給IPC ,為了給斷路器測試提供工作環境，系統中採用電流源供電方式。
考慮提高測試的效率, 系統設計時為提供20路測試環境，20組被測試設備可以串聯同時進行測試，一旦其中的某一組或某幾組在測試時跳閘，其旁路接觸器和旁路固態繼電器(圖中未畫出)立即接通，保證串聯電路中其他測試單元能正常供電，此處選擇固態繼電器和接觸器並聯，主要考慮回路在某組跳閘斷開時及時保護電流源，防止電流源開路使用。
20個單元也可通過IPC設定其中的前幾組進行測試，在未設定範圍工位處的接觸器與固態繼電器在測試開始接通旁路以便前面工位的測試，在串聯回路中的接觸器的三路常開點並聯使用考慮增加回路的電流容量。
2.系統自動化器件配置
斷路器極限電流測試系統的自動化器件有：CPU315-2DP一台、AISM321(32輸入) 一塊、DOSM322(32輸出，24V)兩塊、DOSM322(16輸出，230V)兩塊、CP340一塊。
選型中考慮了以下的因素:
1)考慮與IPC進行ASCII通信，選用性價比較高的CP 340(RS-232C)。
2)考慮驅動接觸器和固態繼電器，所以輸出模組選擇兩種方式，24V電晶體輸出驅動固態繼電器，其工作速度比繼電器要快得多，比較適合對固態的控制。
IPC採用LABWINDOWS的開發環境，提供友好的資訊交換畫面和管理系統。
串列通信的實現
斷路器極限電流測試系統中，IPC和PLC的資訊交換至關重要，其好壞直接影響測試的性能和穩定性。此處CP340選用SIEMENS提供的RS-232C模組，採用ASCII的協定，通信的設置為9600、8、1、EVEN。PLC與PC間採用非同步串列方式進行通信，採用主從問答式。PC始終具有初始傳送優先權，所有的通信均由IPC來啟動。PLC調用FB2、FB3功能塊，實現接收和發送功能，協議的格式主要分為以下兩類:
1.寫命令（共9個位元組）：
PC：“#”(Head 1位元組)+“W”(類型1位元組)+起始位址(2位元組)+資料(4位元組)+校驗核(累加和)。
PLC：收到命令且校驗核正確，原封不動返回接收到的全部9個位元組。
命令1：PC:“#W”0x1fff 0xffff+0x000f+Check_sum；表示0-19號接觸器全存在；
命令2：PC:“#W”0x10ff 0xffff+0xffff+Check_sum；開始測試；
命令3：PC:“#W”0x10f5 0x0000+0x0000+Check_sum；停止測試；
……
2.讀命令（共9個位元組）
PC：“#”(Head 1 位元組)+“R”(類型1位元組)+起始位址(2位元組)+ 0x00000000(4位元組)+ 校驗核(累加和)。
PLC：收到命令且校驗核正確，返回0-19號接觸器的狀態, “1”: 閉、“0”:開。
命令1：PC:“#R”0x2fff 0x0000 +0x0000 + Check_sum；表示讀取0-19號接觸器的狀態；
PLC返回:“#R”0x20ff 0xffff +0x000f + Check_sum；表示0-19號接觸器全部閉合。
PLC返回:“#R”0xffff 0x0000+0x1000 + Check_sum; 表示PC命令錯誤。
在協議中作了以下規定：
①以“#”作為起始字元，佔用一個字元。
②通信類型由“W”和“R”區分。
③整個命令採用和校驗的方式,每次將校驗和放在最後一個位元組。
④測試時，不一定20個測試斷路器全部存在，如不存在，必須將旁路接觸器(固態繼電器)接通，否則不能正常工作。在命令1中可以設定0-19號接觸器的存在情況，“0xffff + 0x000f”表示0-19號被測斷路器全部存在，這樣的表示方法給PLC處理帶來了較大的方便。
在程式中，將4個位元組存入MW中，命令中的5個16進制“f”(對應二進位20 個“1”)可以分配到每一位。“1”表示被測試器存在,“0”表示不存在。
控制系統完成的功能
測試系統每路測試單元的結構相同,如下圖所示。左邊為每路的指示燈,正常工作為綠色,跳閘則為紅色，(Q8.0～Q12.7)未選中則都不顯示。右邊分別為被測斷路器，旁路接觸器(Q16.0～Q18.3)，旁路固態繼電器(Q13.0～Q15.3)。輔助觸點是被測斷路器用來檢測當前斷路器的閉合還是斷開(I4.0～I6.3)，燈、接觸器、繼電器、輔助輸入的位址依次增加。
程式中我們考慮用迴圈加上間接定址的方法來實現：
L +20
T MB0 //迴圈次數
L 2#0000_0000_0010_0000 (I4.0) //輔助輸入起始位址
T MD2
L 2#0000_0000_0100_0000 (Q8.0) //輸出綠燈起始位址
T MD6
L 2#0000_0000_0100_0001 (Q8.1) //輸出紅燈起始位址
T MD10
L 2#0000_0000_0010_0000 (Q13.0) //輸出接觸器起始位址
T MD14
L 2#0000_0000_0010_0000 (Q16.0) //輸出固態繼電器起始位址
T MD18
NEXT:
L MD2
INC 1
T MD2 //輔助輸入位址加1
L MD6
INC 2
T MD6 //綠燈輸出位址加2
L MD10
INC 2
T MD10 //紅燈輸出位址加2
L MD14
INC 1
T MD14 //控制接觸器輸出位址加1
L MD18
INC 1
T MD18 //控制固態繼電器輸出位址加1
L MB0
LOOP NEXT //20組做完嗎?
…
應用了此結構使得程式變得非常簡潔，調試非常方便，一旦某一功能改變,修改方便,如果用實際位址的話每組的相應的地方都得修改。
小結
CP 340的應用使得西門子產品與其他設備溝通方便，STEP 7間接位址程式設計方法非常有效，斷路器極限電流測試系統統在2005年完成後實際運行效果良好。
S7-300 PLC與DCS串列通信
隨著PLC和DCS生產廠家在通信軟體上的日趨完善及電力工程在設備招投標力度上的加強，設備成套廠家大力推薦使用串口通信作為PLC和DCS之間的信號連接。本例以DH電站一期2×600MW機組項目中鍋爐等離子點火系統使用的西門子S7-300 PLC（CP341通信卡件）與西門子DCS控制系統TELEPERM XP（CM104通信模件）間的通信為例，介紹實施MODIBUS RS-232C/RS-485通信的具體步驟，對系統的硬體設定、連接、軟體組態進行描述。
系統連接
TELEPERM XP配置的模件通信處理器CM104作為“主站”（MASTER），支援MODBUS協定，並提供6個9針RS-232C序列介面（Serial 3～Serial 8），如下圖所示。由於通信距離超過15m，在S7-300 PLC的配置中與DCS的通信卡選用CP341-RS422/485卡件作為“ 從站”（SLAVE），該卡件提供一個1個15針序列介面，同樣支援MODBUS協議，設計中使用PHOENIX公司的PSM-EG-RS-232C/RS-485-P/ZD模組作為RS-232C轉為RS-485介面的適配器。
適配器內部跳線設置：RS-485 BUS-END為ON，DTE/DCE選擇為DCE即資料電路終接設備方。CM104與適配器間使用標準9針串口線連接，CP341與適配器進行RS-485通信時，選用2芯遮罩電纜，接線如下圖所示。
CP 341模組應用簡述
CP 341是S7-300點到點通信模組，硬體介面採用RS-232、TTY、RS-422/RS485（X27）方式；軟體協定有MODBUS，3964（R）、R512K和ASCII；本工程應用MODBUS SLAVE協定。
MODBUS是一種工業現場匯流排通信協定，為主/從模式，主站發出請求後，從站應答請求資料，資料應答內容依據功能碼進行回應，下表是CP341應用的功能碼所對應資料類型。
表 CP341應用的功能碼所對應資料類型
功能碼
資料
資料類型
存取
位址
01，05，15
線圈（輸出）狀態
位元
輸出
讀/寫
0XXXX
02
輸出狀態
位元
輸入
唯讀
1XXXX
03，06，16
保持寄存器
16位寄存器
輸出寄存器
讀/寫
3XXXX
FC21 FC with SEND
FC22 FC with RECEIVE
DB21，DB22 Instance DBs for thestandard FBs
DB40，DB41 Work DBs for thestandard FBs
DB42 The source DB for send
DB43 The destination DB for receiveddata
OB1 Cyclic OB
< p="">OB100 Restart (warm start) OBVAT1 Variables table
FB7，FB8 Standard FBs forRECEIVE，SEND
SFC58，59 SFCs for the standardFBs
對在“Blocks”程式設計後，將CPU置於“RUN”位置，CP341即可以進行串口的通信。
(2)通信參數的程式設計
Modbus Slave Address: 1
Port: RS485
Baud rate: 19200
Date Bits: 8
Parity: None
2.CM104軟體組態
對CM 104的控制組態包括硬體組態及各類輸入輸出組態,在此不作介紹。而通信參數的組態主要是通過其程式設計介面Serial 1寫入CM.INI檔，共涉及14個組態專案，有些是常規的組態專案，可以是系統的缺省值。例如使用了以下是必須要完成的組態項目:
Modbus Master on (Serial 5)
[ModbusMaster_3]
PortAdr=0x380
Irq=5
Baudrate=19200
Parity=NONE
StopBits=1
DataBits=8
RCS-Offset=-1；Modifier for addresses related tofunction code 1 (read coil status)
RIS-Offset=-1；Modifier for addresses related tofunction code 2 (read input status)
RHR-Offset=-1；Modifier for addresses related tofunction code 3 (read holding register)
RIR-Offset=-1；Modifier for addresses related tofunction code 4 (read input register)
FSC-Offset=-1；Modifier for addresses related tofunction code 5 (force single coil)
PSR-Offset=-1；Modifier for addresses related tofunction code 6 (preset single register)
RtsCts=1
Delay=200
Timeout=1000
Dummys=5
實施過程中的注意事項
當連接和組態工作正確無誤後，PLC和DCS會進入正常的資料通信狀態。這可以從卡件的狀態燈上反映出來。
CP341上有三個狀態指示燈，分別是：SF(RED)表示錯誤狀態；TxD(GREEN)表示資料在傳送；RxD(GREEN)表示資料在接收。通信正常時為TxD和RxD狀態燈交替閃爍。
CM104上的狀態指示燈分別為：POWER(ORANGE) 表示CM104已經供電；RESETR（RED）表示復位；HDD（GREEN）表示啟動時對內部記憶體的讀寫；SCSI（GREEN）表示外接SCSI設備後的狀態；LAN（GREEN）表示與TXP匯流排的連接狀態，正常時為綠色閃爍；LAN100（GREEN）表示連接速率；USER1（GREEN）表示與TXP通信的狀態，正常時為無顯示；USER2（GREEN）表示與協力廠商設備通信的狀態，正常時為無顯示。
PHOENIX介面適配器上有兩個燈，分別是：CTS(ORANGE)表示資料在傳送；RTS(GREEN)表示資料在接收。通信正常時為CTS和RTS狀態燈交替閃爍。
當通信不正常時，卡件的狀態指示燈立即顯示錯誤狀態。此時應先檢查硬體錯誤再檢查軟體錯誤。如通過軟體組態功能塊的診斷資訊來查找故障原因。在軟體程式設計方面，要注意以下兩點：
①要確保PLC和DCS的通信速率一致，建議使用9600bit/s或19200bit/s的速率，而且最好不要增加同位；
②要保證通信資料位址的有效性，位址的偏置可以在CM104中設置。
在硬體方面，要注意以下方面：要確保使用遮罩的ITP電纜；同時要注意在接線時一定要正端連接正端，不要接反。
小結
通信實施後，在傳輸信號的品質上以及維護上都有了比較明顯的改善，但系統還有其他協定轉換裝置時，在即時性方面略顯不足。該方案S7-300 PLC上所有監視、控制都可以在DCS上進行，同時工程費用同硬接線比較顯著降低。
S7-300/400 PLC在永久船閘系統中的應用
1.船閘控制系統組成
船閘每線船閘電氣控制系統主要由一個集中控制系統、12個現地子站控制系統、14套排水控制系統、一台橋式起重機和4個防撞警戒裝置組成。
每線船閘的自動監控裝置均由1套集中控制主站、12套現地控制子站及通航信號裝置、廣播指揮設備、船舶探測及工業電視監控管理裝置和其他週邊設備組成。集中控制主站由二個冗餘S7-400 PLC組成，現地控制子站由12個冗餘S7-400 PLC組成。排水控制系統、橋式起重機、防撞警戒裝置由S7-300 PLC組成。
系統主要功能負責完成每線船閘連續過閘作業的即時過程資料獲取、集中控制、操作等功能，以及集中控制系統與現地控制系統的通信控制。子站的主要工作為控制操作本閘首的液壓泵站、人字工作閘門、輸水工作閥門、防撞裝置和通航信號指揮等設備。為確保系統安全運行、及時採集各種資訊，集中控制系統與現地控制系統通過冗餘雙環光纖工業TCP/IP 乙太網路及光纖切換模組(OSM）和光纖冗餘管理模組（ORM）連接，系統框圖如下圖所示。
閘門關閉條件：閥門、鎖定裝置處於非運行狀態，本閘首子站無B類故障。
閥門開啟條件：相鄰閘閥門關終、閘門鎖定裝置非運行狀態、本閘首子站無B類故障。
閥門關閉條件：閘門鎖定裝置非運行狀態、本閘首子站無B類故障。
船閘控制系統的基本配置
每個集控控制站由4個電源模組、2個中央處理器（CPU-417H）、4個通信模組（CP443-1）、2個ET200遠端站、8個數位量輸入模組（DI）、6個數位量輸出模組（DO）、2個操作員面板PC670等組成。每個現地控制子站由1個電源模組、1個中央處理器（CPU-417H）、2個通信模組（CP443-1）、4個ET200遠端站、2個類比量輸入模組（AI）、2個類比量輸出模組（AO）、15個數位量輸入模組（DI）、8個數位量輸出模組（DO）、2個SM338模組、操作員面板TP37等組成。
為確保系統穩定性利用S7-417H的冗余、容錯特點，集控控制站2個相互冗餘。現地控制子站同一個閘首的兩側兩個PLC通過兩條光纜實現同步。位於兩個CPU上的分散式處理DP介面分別與一條PROFIBUS現場匯流排相連，實現CPU與現場I/O的冗餘通信；採用TCP/IP通信協定的冗餘工業高速乙太網乙太光纖網相連，實現PLC之間與電腦監控系統的通信。現地子站控制系統PLC配置圖如下圖所示。
每個子站作為一線船閘整體運行自動監控系統的一個基本控制單元，除具有現地操作控制的基本功能外，還應能接受集控站的程式控制指令，自動地對人字工作閘門、輸水廊道工作閥門、防撞警戒裝置、通航指揮信號裝置等現地設備進行操作和控制；採集液壓站系統資訊、現場閘閥門開度、位置資訊、水位檢測資料以及相鄰閘首保證安全運行的閉鎖資訊，經預處理後輸出操作執行指令。並向集控站反送現場資訊，集控站依據這些資訊，作出控制決策，自動完成船閘整體運行的監控任務，使船隻（隊）高效、安全順利通過。
西門子PLC在船閘系統中的控制特點
1.左右閘首PLC實現硬體熱備及事件同步
左右閘首兩個PLC站實現無條件的全自動無擾動切換。當互為熱備的兩個PLC站中的一個站作為主站工作時，同時控制閘門兩邊的人字門。在兩個PLC站上的光聯同步模組同步作用下，安裝在對岸作為從站CPU 的所有資料和工作狀態均與主站CPU完全相同，但從站輸出被禁止。當主站不能正常工作時(如電源無、CPU壞、DP口壞、同步模組壞)，由於採用事件同步機理，從站將由系統無條件地自動切換為主站，切換時間為≤10ms。
PLC站上所有模組均可帶電拔插，原來主站修復後作為從站工作，當前主站CPU程式及過程資料將自動灌裝給修復後的從站CPU，使從站CPU資料和工作狀態與主站一致。
2.PLC的程式設計、維護十分簡便
由於S7-417H的CPU是專為冗餘系統設計的，其CPU硬體系統和固化在CPU內部的作業系統保證了系統使用者好像面對一個非冗餘的單機系統一樣程式設計。冗余系統的管理工作完全交給系統自動去完成，換言之，用戶可選套裝軟體對冗餘系統進行簡單參數設置後，對互為熱備的任何一個CPU下裝程式後，程式將自動拷貝到另一個CPU。因此，使用者程式可方便地由單機程式轉換成冗餘CPU程式，反之亦然。
S7-417H完全支持線上程式設計、組態和調試，所有模組(包括網路通信)均可帶電拔插，並不需作任何初始化的工作，使現場維護十分方便。CPU417H作業系統升級也可線上進行。
3.採用先進的網路技術
通過PROFIBUS冗餘網路連接I/O，使系統結構簡單可靠。兩條PROFIBUS-DP網線同時與IM153-3兩個DP介面相連，每個測點從兩個感測器獲取的輸入信號分別就近送入ET-200站的輸入模組，並通過IM153-3和冗餘PROFIBUS-DP網線同時分別傳送到每一個CPU。
在兩個PROFIBUS-DP網正常工作，但其中一個IM153-3的一個DP口出現故障時，系統並不實行CPU或PROFIBUS-DP網之間的切換。IM153-3會採用另一個DP口通過一條DP網將資料送到相應的CPU上，並通過光纖熱備線將資料由從CPU傳送給主CPU。同時，該DP口的輸出被唯一啟動。當兩DP網上不同的網段和DP口出故障時，可分別採用另一網段或DP口與CPU通信，大大提高了網路可靠性，而不是一個簡單的雙網，從而最大程度減少了CPU的切換，大大減少了因CPU切換造成的CPU同步時間，提高了CPU運行效率。
當某一IM153-3模組完全損壞，由於系統為同一測點配置了兩個感測器，另一個IM153-3範本從與之相連的感測器獲取信號，並經與之相連的雙冗餘PROFIBUS-DP網將信號傳送給兩個CPU。IM153-3範本可線上更換，IM153-3的兩個DP介面也可線上更換，易於修復系統。
4.PLC輸入輸出單元的通信
位於兩個CPU上的分散式處理DP介面分別與1條PROFIBUS現場匯流排相連，實現CPU與現場I/O的冗餘通信。兩條PROFIBUS-DP網線同時與ET-200M站上冗餘配置的IM153-2模組相連，這樣輸入輸出信號通過冗餘的IM153-2及PROFIBUS-DP網線同時與兩個互為熱備的CPU通信；當與主CPU通信的IM153-2模組出現故障時，系統並不實行CPU或PROFIBUS-DP網之間的切換，而是自動通過另一條DP網將資料送到相應的CPU上，並通過光纖熱備線將資料由從CPU傳送給主CPU。從而最大程度減少了CPU的切換（CPU切換時會產生CPU同步時間差），提高了CPU的運行效率。IM153-2範本可線上更換，PROFIBUS網也可以線上更換，易於修復系統。現地子站通信網路圖如下圖所示。
程式運行時，對兩側人字門開度差進行檢測，根據開度差，經PID運算後給定比例泵電壓調整值，改變人字門運行速度。同時限定調整值的變化範圍和幅度，防止人字門運行過快和抖動。當人字門開度差超過設定範圍20mm時A類報警。
1.測試系統的框架
系統的主控由IPC承擔，其負責測試的參數設定、產品的型號選擇、測試資訊的記錄分析，S7-300 通過與IPC進行ASCII方式的通信，接收IPC的指令，操控系統的接觸器，固態繼電器等執行設備，同時將測試的資訊返回給IPC ,為了給斷路器測試提供工作環境，系統中採用電流源供電方式。
考慮提高測試的效率, 系統設計時為提供20路測試環境，20組被測試設備可以串聯同時進行測試，一旦其中的某一組或某幾組在測試時跳閘，其旁路接觸器和旁路固態繼電器(圖中未畫出)立即接通，保證串聯電路中其他測試單元能正常供電，此處選擇固態繼電器和接觸器並聯，主要考慮回路在某組跳閘斷開時及時保護電流源，防止電流源開路使用。
20個單元也可通過IPC設定其中的前幾組進行測試，在未設定範圍工位處的接觸器與固態繼電器在測試開始接通旁路以便前面工位的測試，在串聯回路中的接觸器的三路常開點並聯使用考慮增加回路的電流容量。
2.系統自動化器件配置
斷路器極限電流測試系統的自動化器件有：CPU315-2DP一台、AISM321(32輸入) 一塊、DOSM322(32輸出，24V)兩塊、DOSM322(16輸出，230V)兩塊、CP340一塊。
選型中考慮了以下的因素:
1)考慮與IPC進行ASCII通信，選用性價比較高的CP 340(RS-232C)。
2)考慮驅動接觸器和固態繼電器，所以輸出模組選擇兩種方式，24V電晶體輸出驅動固態繼電器，其工作速度比繼電器要快得多，比較適合對固態的控制。
IPC採用LABWINDOWS的開發環境，提供友好的資訊交換畫面和管理系統。
串列通信的實現
斷路器極限電流測試系統中，IPC和PLC的資訊交換至關重要，其好壞直接影響測試的性能和穩定性。此處CP340選用SIEMENS提供的RS-232C模組，採用ASCII的協定，通信的設置為9600、8、1、EVEN。PLC與PC間採用非同步串列方式進行通信，採用主從問答式。PC始終具有初始傳送優先權，所有的通信均由IPC來啟動。PLC調用FB2、FB3功能塊，實現接收和發送功能，協議的格式主要分為以下兩類:
1.寫命令（共9個位元組）：
PC：“#”(Head 1位元組)+“W”(類型1位元組)+起始位址(2位元組)+資料(4位元組)+校驗核(累加和)。
PLC：收到命令且校驗核正確，原封不動返回接收到的全部9個位元組。
命令1：PC:“#W”0x1fff 0xffff+0x000f+Check_sum；表示0-19號接觸器全存在；
命令2：PC:“#W”0x10ff 0xffff+0xffff+Check_sum；開始測試；
命令3：PC:“#W”0x10f5 0x0000+0x0000+Check_sum；停止測試；
……
2.讀命令（共9個位元組）
PC：“#”(Head 1 位元組)+“R”(類型1位元組)+起始位址(2位元組)+ 0x00000000(4位元組)+ 校驗核(累加和)。
PLC：收到命令且校驗核正確，返回0-19號接觸器的狀態, “1”: 閉、“0”:開。
命令1：PC:“#R”0x2fff 0x0000 +0x0000 + Check_sum；表示讀取0-19號接觸器的狀態；
PLC返回:“#R”0x20ff 0xffff +0x000f + Check_sum；表示0-19號接觸器全部閉合。
PLC返回:“#R”0xffff 0x0000+0x1000 + Check_sum; 表示PC命令錯誤。
在協議中作了以下規定：
①以“#”作為起始字元，佔用一個字元。
②通信類型由“W”和“R”區分。
③整個命令採用和校驗的方式,每次將校驗和放在最後一個位元組。
④測試時，不一定20個測試斷路器全部存在，如不存在，必須將旁路接觸器(固態繼電器)接通，否則不能正常工作。在命令1中可以設定0-19號接觸器的存在情況，“0xffff + 0x000f”表示0-19號被測斷路器全部存在，這樣的表示方法給PLC處理帶來了較大的方便。
在程式中，將4個位元組存入MW中，命令中的5個16進制“f”(對應二進位20 個“1”)可以分配到每一位。“1”表示被測試器存在,“0”表示不存在。
控制系統完成的功能
測試系統每路測試單元的結構相同,如下圖所示。左邊為每路的指示燈,正常工作為綠色,跳閘則為紅色，(Q8.0～Q12.7)未選中則都不顯示。右邊分別為被測斷路器，旁路接觸器(Q16.0～Q18.3)，旁路固態繼電器(Q13.0～Q15.3)。輔助觸點是被測斷路器用來檢測當前斷路器的閉合還是斷開(I4.0～I6.3)，燈、接觸器、繼電器、輔助輸入的位址依次增加。
程式中我們考慮用迴圈加上間接定址的方法來實現：
L +20
T MB0 //迴圈次數
L 2#0000_0000_0010_0000 (I4.0) //輔助輸入起始位址
T MD2
L 2#0000_0000_0100_0000 (Q8.0) //輸出綠燈起始位址
T MD6
L 2#0000_0000_0100_0001 (Q8.1) //輸出紅燈起始位址
T MD10
L 2#0000_0000_0010_0000 (Q13.0) //輸出接觸器起始位址
T MD14
L 2#0000_0000_0010_0000 (Q16.0) //輸出固態繼電器起始位址
T MD18
NEXT:
L MD2
INC 1
T MD2 //輔助輸入位址加1
L MD6
INC 2
T MD6 //綠燈輸出位址加2
L MD10
INC 2
T MD10 //紅燈輸出位址加2
L MD14
INC 1
T MD14 //控制接觸器輸出位址加1
L MD18
INC 1
T MD18 //控制固態繼電器輸出位址加1
L MB0
LOOP NEXT //20組做完嗎?
…
應用了此結構使得程式變得非常簡潔，調試非常方便，一旦某一功能改變,修改方便,如果用實際位址的話每組的相應的地方都得修改。
小結
CP 340的應用使得西門子產品與其他設備溝通方便，STEP 7間接位址程式設計方法非常有效，斷路器極限電流測試系統統在2005年完成後實際運行效果良好。
S7-300 PLC與DCS串列通信
隨著PLC和DCS生產廠家在通信軟體上的日趨完善及電力工程在設備招投標力度上的加強，設備成套廠家大力推薦使用串口通信作為PLC和DCS之間的信號連接。本例以DH電站一期2×600MW機組項目中鍋爐等離子點火系統使用的西門子S7-300 PLC（CP341通信卡件）與西門子DCS控制系統TELEPERM XP（CM104通信模件）間的通信為例，介紹實施MODIBUS RS-232C/RS-485通信的具體步驟，對系統的硬體設定、連接、軟體組態進行描述。
系統連接
TELEPERM XP配置的模件通信處理器CM104作為“主站”（MASTER），支援MODBUS協定，並提供6個9針RS-232C序列介面（Serial 3～Serial 8），如下圖所示。由於通信距離超過15m，在S7-300 PLC的配置中與DCS的通信卡選用CP341-RS422/485卡件作為“ 從站”（SLAVE），該卡件提供一個1個15針序列介面，同樣支援MODBUS協議，設計中使用PHOENIX公司的PSM-EG-RS-232C/RS-485-P/ZD模組作為RS-232C轉為RS-485介面的適配器。
適配器內部跳線設置：RS-485 BUS-END為ON，DTE/DCE選擇為DCE即資料電路終接設備方。CM104與適配器間使用標準9針串口線連接，CP341與適配器進行RS-485通信時，選用2芯遮罩電纜，接線如下圖所示。
CP 341模組應用簡述
CP 341是S7-300點到點通信模組，硬體介面採用RS-232、TTY、RS-422/RS485（X27）方式；軟體協定有MODBUS，3964（R）、R512K和ASCII；本工程應用MODBUS SLAVE協定。
MODBUS是一種工業現場匯流排通信協定，為主/從模式，主站發出請求後，從站應答請求資料，資料應答內容依據功能碼進行回應，下表是CP341應用的功能碼所對應資料類型。
表 CP341應用的功能碼所對應資料類型
功能碼
資料
資料類型
存取
位址
01，05，15
線圈（輸出）狀態
位元
輸出
讀/寫
0XXXX
02
輸出狀態
位元
輸入
唯讀
1XXXX
03，06，16
保持寄存器
16位寄存器
輸出寄存器
讀/寫
3XXXX
FC21 FC with SEND
FC22 FC with RECEIVE
DB21，DB22 Instance DBs for thestandard FBs
DB40，DB41 Work DBs for thestandard FBs
DB42 The source DB for send
DB43 The destination DB for receiveddata
OB1 Cyclic OB
< p="">OB100 Restart (warm start) OBVAT1 Variables table
FB7，FB8 Standard FBs forRECEIVE，SEND
SFC58，59 SFCs for the standardFBs
對在“Blocks”程式設計後，將CPU置於“RUN”位置，CP341即可以進行串口的通信。
(2)通信參數的程式設計
Modbus Slave Address: 1
Port: RS485
Baud rate: 19200
Date Bits: 8
Parity: None
2.CM104軟體組態
對CM 104的控制組態包括硬體組態及各類輸入輸出組態,在此不作介紹。而通信參數的組態主要是通過其程式設計介面Serial 1寫入CM.INI檔，共涉及14個組態專案，有些是常規的組態專案，可以是系統的缺省值。例如使用了以下是必須要完成的組態項目:
Modbus Master on (Serial 5)
[ModbusMaster_3]
PortAdr=0x380
Irq=5
Baudrate=19200
Parity=NONE
StopBits=1
DataBits=8
RCS-Offset=-1；Modifier for addresses related tofunction code 1 (read coil status)
RIS-Offset=-1；Modifier for addresses related tofunction code 2 (read input status)
RHR-Offset=-1；Modifier for addresses related tofunction code 3 (read holding register)
RIR-Offset=-1；Modifier for addresses related tofunction code 4 (read input register)
FSC-Offset=-1；Modifier for addresses related tofunction code 5 (force single coil)
PSR-Offset=-1；Modifier for addresses related tofunction code 6 (preset single register)
RtsCts=1
Delay=200
Timeout=1000
Dummys=5
實施過程中的注意事項
當連接和組態工作正確無誤後，PLC和DCS會進入正常的資料通信狀態。這可以從卡件的狀態燈上反映出來。
CP341上有三個狀態指示燈，分別是：SF(RED)表示錯誤狀態；TxD(GREEN)表示資料在傳送；RxD(GREEN)表示資料在接收。通信正常時為TxD和RxD狀態燈交替閃爍。
CM104上的狀態指示燈分別為：POWER(ORANGE) 表示CM104已經供電；RESETR（RED）表示復位；HDD（GREEN）表示啟動時對內部記憶體的讀寫；SCSI（GREEN）表示外接SCSI設備後的狀態；LAN（GREEN）表示與TXP匯流排的連接狀態，正常時為綠色閃爍；LAN100（GREEN）表示連接速率；USER1（GREEN）表示與TXP通信的狀態，正常時為無顯示；USER2（GREEN）表示與協力廠商設備通信的狀態，正常時為無顯示。
PHOENIX介面適配器上有兩個燈，分別是：CTS(ORANGE)表示資料在傳送；RTS(GREEN)表示資料在接收。通信正常時為CTS和RTS狀態燈交替閃爍。
當通信不正常時，卡件的狀態指示燈立即顯示錯誤狀態。此時應先檢查硬體錯誤再檢查軟體錯誤。如通過軟體組態功能塊的診斷資訊來查找故障原因。在軟體程式設計方面，要注意以下兩點：
①要確保PLC和DCS的通信速率一致，建議使用9600bit/s或19200bit/s的速率，而且最好不要增加同位；
②要保證通信資料位址的有效性，位址的偏置可以在CM104中設置。
在硬體方面，要注意以下方面：要確保使用遮罩的ITP電纜；同時要注意在接線時一定要正端連接正端，不要接反。
小結
通信實施後，在傳輸信號的品質上以及維護上都有了比較明顯的改善，但系統還有其他協定轉換裝置時，在即時性方面略顯不足。該方案S7-300 PLC上所有監視、控制都可以在DCS上進行，同時工程費用同硬接線比較顯著降低。
S7-300/400 PLC在永久船閘系統中的應用
1.船閘控制系統組成
船閘每線船閘電氣控制系統主要由一個集中控制系統、12個現地子站控制系統、14套排水控制系統、一台橋式起重機和4個防撞警戒裝置組成。
每線船閘的自動監控裝置均由1套集中控制主站、12套現地控制子站及通航信號裝置、廣播指揮設備、船舶探測及工業電視監控管理裝置和其他週邊設備組成。集中控制主站由二個冗餘S7-400 PLC組成，現地控制子站由12個冗餘S7-400 PLC組成。排水控制系統、橋式起重機、防撞警戒裝置由S7-300 PLC組成。
系統主要功能負責完成每線船閘連續過閘作業的即時過程資料獲取、集中控制、操作等功能，以及集中控制系統與現地控制系統的通信控制。子站的主要工作為控制操作本閘首的液壓泵站、人字工作閘門、輸水工作閥門、防撞裝置和通航信號指揮等設備。為確保系統安全運行、及時採集各種資訊，集中控制系統與現地控制系統通過冗餘雙環光纖工業TCP/IP 乙太網路及光纖切換模組(OSM）和光纖冗餘管理模組（ORM）連接，系統框圖如下圖所示。
閘門關閉條件：閥門、鎖定裝置處於非運行狀態，本閘首子站無B類故障。
閥門開啟條件：相鄰閘閥門關終、閘門鎖定裝置非運行狀態、本閘首子站無B類故障。
閥門關閉條件：閘門鎖定裝置非運行狀態、本閘首子站無B類故障。
船閘控制系統的基本配置
每個集控控制站由4個電源模組、2個中央處理器（CPU-417H）、4個通信模組（CP443-1）、2個ET200遠端站、8個數位量輸入模組（DI）、6個數位量輸出模組（DO）、2個操作員面板PC670等組成。每個現地控制子站由1個電源模組、1個中央處理器（CPU-417H）、2個通信模組（CP443-1）、4個ET200遠端站、2個類比量輸入模組（AI）、2個類比量輸出模組（AO）、15個數位量輸入模組（DI）、8個數位量輸出模組（DO）、2個SM338模組、操作員面板TP37等組成。
為確保系統穩定性利用S7-417H的冗余、容錯特點，集控控制站2個相互冗餘。現地控制子站同一個閘首的兩側兩個PLC通過兩條光纜實現同步。位於兩個CPU上的分散式處理DP介面分別與一條PROFIBUS現場匯流排相連，實現CPU與現場I/O的冗餘通信；採用TCP/IP通信協定的冗餘工業高速乙太網乙太光纖網相連，實現PLC之間與電腦監控系統的通信。現地子站控制系統PLC配置圖如下圖所示。
每個子站作為一線船閘整體運行自動監控系統的一個基本控制單元，除具有現地操作控制的基本功能外，還應能接受集控站的程式控制指令，自動地對人字工作閘門、輸水廊道工作閥門、防撞警戒裝置、通航指揮信號裝置等現地設備進行操作和控制；採集液壓站系統資訊、現場閘閥門開度、位置資訊、水位檢測資料以及相鄰閘首保證安全運行的閉鎖資訊，經預處理後輸出操作執行指令。並向集控站反送現場資訊，集控站依據這些資訊，作出控制決策，自動完成船閘整體運行的監控任務，使船隻（隊）高效、安全順利通過。
西門子PLC在船閘系統中的控制特點
1.左右閘首PLC實現硬體熱備及事件同步
左右閘首兩個PLC站實現無條件的全自動無擾動切換。當互為熱備的兩個PLC站中的一個站作為主站工作時，同時控制閘門兩邊的人字門。在兩個PLC站上的光聯同步模組同步作用下，安裝在對岸作為從站CPU 的所有資料和工作狀態均與主站CPU完全相同，但從站輸出被禁止。當主站不能正常工作時(如電源無、CPU壞、DP口壞、同步模組壞)，由於採用事件同步機理，從站將由系統無條件地自動切換為主站，切換時間為≤10ms。
PLC站上所有模組均可帶電拔插，原來主站修復後作為從站工作，當前主站CPU程式及過程資料將自動灌裝給修復後的從站CPU，使從站CPU資料和工作狀態與主站一致。
2.PLC的程式設計、維護十分簡便
由於S7-417H的CPU是專為冗餘系統設計的，其CPU硬體系統和固化在CPU內部的作業系統保證了系統使用者好像面對一個非冗餘的單機系統一樣程式設計。冗余系統的管理工作完全交給系統自動去完成，換言之，用戶可選套裝軟體對冗餘系統進行簡單參數設置後，對互為熱備的任何一個CPU下裝程式後，程式將自動拷貝到另一個CPU。因此，使用者程式可方便地由單機程式轉換成冗餘CPU程式，反之亦然。
S7-417H完全支持線上程式設計、組態和調試，所有模組(包括網路通信)均可帶電拔插，並不需作任何初始化的工作，使現場維護十分方便。CPU417H作業系統升級也可線上進行。
3.採用先進的網路技術
通過PROFIBUS冗餘網路連接I/O，使系統結構簡單可靠。兩條PROFIBUS-DP網線同時與IM153-3兩個DP介面相連，每個測點從兩個感測器獲取的輸入信號分別就近送入ET-200站的輸入模組，並通過IM153-3和冗餘PROFIBUS-DP網線同時分別傳送到每一個CPU。
在兩個PROFIBUS-DP網正常工作，但其中一個IM153-3的一個DP口出現故障時，系統並不實行CPU或PROFIBUS-DP網之間的切換。IM153-3會採用另一個DP口通過一條DP網將資料送到相應的CPU上，並通過光纖熱備線將資料由從CPU傳送給主CPU。同時，該DP口的輸出被唯一啟動。當兩DP網上不同的網段和DP口出故障時，可分別採用另一網段或DP口與CPU通信，大大提高了網路可靠性，而不是一個簡單的雙網，從而最大程度減少了CPU的切換，大大減少了因CPU切換造成的CPU同步時間，提高了CPU運行效率。
當某一IM153-3模組完全損壞，由於系統為同一測點配置了兩個感測器，另一個IM153-3範本從與之相連的感測器獲取信號，並經與之相連的雙冗餘PROFIBUS-DP網將信號傳送給兩個CPU。IM153-3範本可線上更換，IM153-3的兩個DP介面也可線上更換，易於修復系統。
4.PLC輸入輸出單元的通信
位於兩個CPU上的分散式處理DP介面分別與1條PROFIBUS現場匯流排相連，實現CPU與現場I/O的冗餘通信。兩條PROFIBUS-DP網線同時與ET-200M站上冗餘配置的IM153-2模組相連，這樣輸入輸出信號通過冗餘的IM153-2及PROFIBUS-DP網線同時與兩個互為熱備的CPU通信；當與主CPU通信的IM153-2模組出現故障時，系統並不實行CPU或PROFIBUS-DP網之間的切換，而是自動通過另一條DP網將資料送到相應的CPU上，並通過光纖熱備線將資料由從CPU傳送給主CPU。從而最大程度減少了CPU的切換（CPU切換時會產生CPU同步時間差），提高了CPU的運行效率。IM153-2範本可線上更換，PROFIBUS網也可以線上更換，易於修復系統。現地子站通信網路圖如下圖所示。
程式運行時，對兩側人字門開度差進行檢測，根據開度差，經PID運算後給定比例泵電壓調整值，改變人字門運行速度。同時限定調整值的變化範圍和幅度，防止人字門運行過快和抖動。當人字門開度差超過設定範圍20mm時A類報警。