五强溪电厂门机PLC数据传输技术改进探讨

李 滔

（湖南五凌电力工程有限公司，湖南 长沙410004）

1 引言

五强溪电厂坝顶1号门机采用门机上部控制机房总控制屏柜内的PLC进行集中控制，所有控制信号全部进入门机顶部控制机房，门机高度高（35 m）、跨度大（11 m），机构多分布在门机的各个部位，控制线路冗长，线路压降大，线路繁杂，且门机环境恶劣，线路过长导致线路故障频发。为了优化控制线路，使线路简单，线路更短，故障率更低，让控制回路更简单，明了。通过对门机控制回路特性进行分析，并结合现代先进的通信技术，在第2台门机（坝顶2号门机）改造过程中进行了全面的优化和升级。

2 坝顶2号门机控制系统简介

坝顶2号门机PLC系统采用S 7300的315-2DP模块作为CPU，负责电气室的信号采集；在司机室采用分布式I/O ET200 M作为联动台信号的采集，通过Profibus-DP总线与CPU通信进行交换数据（Profibus-DP总线传输技术）；再加上信号检测、操作、报警等设备组成起重机自动控制操作系统。该系统具有如下功能：

（1）起重机的运行操作与控制；

（2）信号资料的采集和控制；

（3）各种运行信号、保护信号的显示；

（4）安全制动与工作制动的互换控制；

（5）各机构的电动控制；

（6）具有自我诊断能力及紧急情况发生时的快速报警，使操作者能监视、控制、记录运行故障；

（7）有较严格的防误操作系统，当运行人员误操作时拒绝执行，并及时发出警告信号，最大限度地减少由于误操作给设备造成的损害；

（8）作为Profibus-DP现场总线的主站，接受、处理从站的数据。

3 对比坝顶1号门机相同的传统数据传输方式

3.1 PLC产品选型

由于2×250 t门式起重机的控制系统属于中小型的控制系统，对数据的处理没有太高的要求。选用S7-300系列CPU 312-1AD10-0AB0就可以实现门机各机构的自动控制。其性能特点如下：

S7-300系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能，使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测、自动化控制有关的工业及民用领域。系统配置既固定又灵活，具有编程简单、透明、系统运行更为可靠、维护方便、扩充性好等特点。

3.2 电源模块

经过计算所有模块的总电流消耗，选用6ES7 307-1BA00-0AA0电源模块作为PLC控制系统的24 V电源供电模块。

3.3 输入模块

本系统的工作环境为0～+50℃。选型时采用常温模块。实际选择SM321系列模块中的6ES7 321-1BL00-0AA0模块。

3.4 输出模块

本系统的工作环境为0～+50℃。选型时可采用常温模块。实际选择SM321系列模块中的6ES7 322-1HH01-0AA0模块。根据实际需要结合门机的控制特点，考虑到需10%的裕量，选择4块16点的6ES7 322-1HH01-0AA0模块。

根据本次改造的工程实际情况，组成坝顶1号门机PLC主要配置（表1）。

表1 坝顶1号门机PLC系统主要配置

3.5 编程方法

本系统采用功能强大的STEP7 V5.4软件包作为系统支持软件，采用梯形图等多种编程语言编写用户软件。

采用独特的模块式编程方式编写用户程序，以增加PLC程序的透明度，易于理解，方便维护。

3.6 数据传输原理

1号坝顶门机采用传统的PLC输入/输出方式原理：当司机室联动台发出一个指令（如接通一个按钮），则该回路接通，连接在该回路末端的6ES7 321-1BL00-0AA0输入模块的PLC输入指示灯点亮，PLC接受到该指令，并根据程序运行，通过输出模块6ES7 322-1HH01-0AA0接通相应的输出回路，使输出中间继电器得电，从而使相应的接触器动作，启动相应机构运行。坝顶1号门机常规传输功能框图见图1。

4 改进后，坝顶2号门机采用Profibus总线传输的数据传输方式

图1 坝顶1号门机常规传输功能框图

4.1 PLC产品选型

当采用Profibus总线传输的数据传输方式时，必须选用S7-300系列315-2DP CPU来实现门机各机构的自动控制，且架构符合Profibus-DP通信协议的现场总线，PLC作为通信主站负责完成大量的数据处理任务。

CPU315-2 DP模块自带一个Profibus-DP主站/从站接口，无需另配通信模块；兼具有中、大规模的程序存储容量，可用于大规模的I/O配置，可用于建立分布式I/O结构。

4.2 电源模块

电源模块是保证系统正常、可靠运行的关键因素之一。经过计算所有模块的总电流消耗，选用6ES7 307-1BA00-0AA0电源模块作为PLC控制系统的24 V电源供电模块，

4.3 输入模块

本系统的工作环境为0～+50℃。选型时采用常温模块。实际选择SM321系列模块中的6ES7 321-1BL00-0AA0模块和6ES7 321-1BH02-0AA0模块。

本系统需对各机构空气开关“分/合”位置、各接触器“分/合”位置、各机构电动机热继电器动作、操作手柄各档位位置、各限位开关动作等信号进行监控，根据实际需要结合门机的控制特点，经计算各类输入信号共计134个点。考虑到需10%的裕量，选择3块32I的6ES7 321-1BL00-0AA0模块及3块6ES7 321-1BH02-0AA0模块。

4.4 输出模块

本系统的工作环境为0～+50℃。选型时可采用常温模块。实际选择SM321系列模块中的6ES7 322-1HH01-0AA0模块。根据实际需要结合门机的控制特点，经计算各类输出信号共计55个点。考虑到需10%的裕量，选择5块16点的6ES7 322-1HH01-0AA0模块。

4.5 分布式I/O模块

本系统采用分布式I/O模块进行分布设备的信号采集，通过Profibus总线和CPU进行数据交换，这样可以有效地提高系统的可靠性，并减少了控制电缆的敷设。本次改造在司机室设置一个分布式I/O模块，用来采集联动台的输入输出信号。根据实际需要结合门机的控制特点，选用ET200M IM 153-2模块。该模块自带Profibus-DP接口，可以挂接8个I/O模块。

根据本次改造的工程实际情况，针对1号门机控制系统进行了全面改进，组成了坝顶2号门机PLC系统主要配置（表2）。

表2 坝顶2号门机PLC系统主要配置

4.6 编程方法

本系统采用功能强大的STEP7 V5.4软件包作为系统支持软件，采用梯形图等多种编程语言编写用户软件。

采用独特的模块式编程方式编写用户程序，以增加PLC程序的透明度，易于理解，方便维护。

4.7 数据传输原理

2号门机所采用的新技术是通过采用分布式I/O模块进行分布设备的信号采集，通过Profibus总线和CPU进行数据交换：当司机室联动台发出一个指令（如接通一个按钮），该信号直接输入到司机室联动台从站的输入模块6ES7 21-1BH02-0AA0，输入模块将信号传至分布式I/O模块进行处理编码，然后将编码通过Profibus总线传输到位于电气室PLC控制柜内的CPU315-2 DP模块自带的一个Profibus-DP主站接口，PLC通过对Profibus-DP主站接口接收到的编码进行处理，根据PLC程序运行结果，通过输出模块6ES7 322-1HH01-0AA0接通相应的输出回路，使输出中间继电器得电，从而使相应的接触器动作，启动相应机构运行。Profibus总线传输技术功能框图详见图2。

图2 Profibus总线传输技术功能框图

5 Profibus-DP总线传输技术的优点

采用Profibus-DP总线传输信号，提高了信号传送精度及系统的可靠性和抗干扰能力，增强现场控制灵活性，降低设计施工费用，减少电缆敷设，易于维护和扩展的目的,尤其是与传统集中控制比较，从系统设计、安装调试、维护及扩展上，现场总线技术的优势十分明显。五强溪电厂坝顶1号门机到2号门机的技术改进过程证明了该技术正在全面广泛的推广和应用。

6 结束语

Profibus现场总线是世界上应用最广泛的现场总线技术，主要包括最高波特率可达12 M的高速总线 Profibus－DP（H2）。DP 使得 Profibus现场总线在结构和性能上优越于其他现场总线。Profibus既适合于自动化系统与现场信号单元的通信，也可用于可以直接连接带有接口的变送器、执行器、传动装置和其他现场仪表及设备，对现场信号进行采集和监控，并且用一对双绞线替代了传统的大量的传输电缆，大量节省了电缆的费用，也相应节省了施工调试以及系统投运后的维护时间和费用。Profibus现场总线将在大型起重设备及远距离机构控制系统领域发挥越来越重要的作用。

参考文献：

[1] 周志敏. Profibus总线系统设计与应用[M].北京：中国电力出版社.