S7-300+IFIX的烧结脱硫除氟净化工程.doc

s7-300+ifix在烧结脱硫净化工程中应用高 庆 胜（内蒙古包钢钢联股份有限公司炼铁厂，内蒙古包头 014010）摘要：本文介绍了西门子s7-300的和ifix软件在包钢炼铁厂烧结机烟气脱硫净化工程控制系统中的应用，主要说明了ifix软件和西门子s7-300 网络通信配置和多个西门子s7-300的之间不同方式的通信。本系统较好地实现了生产工艺的各种控制要求，达到了工程项目的预期目的。关键字：plc s7-300 ifix profibus 以太网 控制application of s7-300 and ifix for the project of agglomerations desulfurizing and purification gao qing-sheng（iron - makiong plant of steel union co.ltd. of baotou steel (group) corp.baotou 014010,nei monggol,china）abstract:the text introduce the usage scope of s7-300 and ifix for the project of agglomerations desulfurizing and purification in iron-making plant of baotou steel(group)corp ,it major introduce the network configure of s7-300 and ifix,and plcs communications by the different mode .the system achieves request of produce to control and the project of expect objective.keywords: plc, s7-300,ifix, profibus, ethernet, control1系统概况包钢炼铁厂一烧车间烧结机烟气脱硫净化工程，是包钢炼铁厂重点的节能减排工程，工程目标是处理两台210m2烧结机生产过程中的烟气污染（包括硫化物、氟化物、粉尘等），治理环境污染问题。整个工程共有四套装置处理四台抽烟机出来的有害排放物，下面我们以其中的一套为例简要说明，其余三套装置与此相同，每一套有四个单元，分别是新粉投加单元、反应塔单元、循环单元、电除尘器单元、除尘输灰单元，各个单元设备通过管道连接。工艺流程是在新粉仓的生石灰经过输送器输送，经过加湿机加水，与从主抽风机管道出来的含有有害排放物的烟气在投加器初步反应和混合，混合物随着气流到了反应塔，含有有害排放物的烟气在反映塔里与氢氧化钙悬浊液充分反应，雾化装置为它们充分反应创造适宜的反应环境，反应完的混合物从反映塔出来经过电除尘器处理，合格烟气通过烟囱排放，从电除尘器处理的灰粉一部分通过切换阀输送到循环仓或外排仓，如果切换到循环仓，则通过管道气力输送装置输送到投加器继续和主抽出来的有害烟气混合，如果切换到外排仓，则直接将其输送到外排仓，另外从反映塔底出来的灰粉直接输送到外排仓。其总工艺流程图如图1所示。新粉仓加湿机输送器反应塔循环仓烟囱外排仓雾化装置投加器电除尘器合格烟气除尘输灰气力输灰主抽风机烟气图1：工艺流程图烧结机脱硫净化工程自动控制系统采用simens s7-300系列plc，实现系统的总集成和工艺流程控制，系统主体有四个plc构成，两个中控plc和两个远程plc，1#、2#主抽对应由本地plc1和远程plc1控制，3#、4#主抽对应由本地plc2和远程plc2控制，本地与远程的通信由以太网实现，控制系统中的其余部分通过profibus总线与之通信，plc与编程器和上位机系统间通过以太网完成通信，上位机系统采用dell商用计算机作为硬件，其操作系统为windows xp系统，上位机软件采用 ge proficy hmi scada-ifix v4.0软件,下位机采用step 7软件，具体控制系统构成及其各部分的通信连接如图2所示：profibus网profibus网除尘输送系统2除尘输送系统1雾化设备3雾化设备1雾化设备4雾化设备2电除尘3电除尘4电除尘1电除尘电流电除尘2操作员站烧结主控室干燥系统电除尘电压中控plc2中控plc1以太网以太网光纤交换机中控室以太网光纤以太网光纤远程plc2远程plc1加湿机43,4循环气力输送部分加湿机33#反应塔底气力输送部分4#反应塔底气力输送部分1,2循环气力输送部分加湿机1加湿机21#反应塔底气力输送部分2#反应塔底气力输送部分远程站profibus网网profibus网网图2：控制系统构成1.1各个单元包括的设备：（1）新粉单元包括仓顶除尘器、新粉仓、破拱椎、螺旋输送机、增湿机、旋转给料阀、投加器。（2）反应塔单元包括雾化装置、反应塔、旋转给料阀、气输罐。（3）循环单元包括除尘器、破拱椎、循环仓、旋转给料器、气送站、罗茨风机。（4）电除尘器单元包括净化电除尘器，振动器。（5）除尘输灰单元包括八个仓泵、循环废料切换阀。1.2 各个部分控制单元设备（1）主系统：中控plc1、中控plc2、远程plc1、远程plc2均为s7-300，型号为cpu315-2 dp。（2）其余部分：加湿机1、加湿机2、加湿机3、加湿机4均为s7-300，型号为cpu 313c-2 dp，雾化1、雾化2、雾化3、雾化4均为 c7 cpu，型号为635 touch（触屏），除尘输灰1、除尘输灰2均为s7-300，型号为cpu 314c-2 dp，剩余的均为s7-200，型号为cpu 216。（3）控制方式：根据工艺要求，设备的操作方式有，现场启动，集中自动（全自动），集中手动（半自动），如果现场的选择开关选到集中控制方式，在操作画面上显示现场设备的操作按钮，如选择全自动，系统按照系统设定的工艺参数自动启停，不需要人为干预，如选择半自动则需要对每个设备单启单停。2 控制系统配置我厂现在应用的西门子s7-300和s7-400系统很多，现场的数据采集和监控（scada）多用step 7+wincc的方式完成，对于使用s7 -300+ifix的方式这是首次采用，所以详细的说明一下系统的搭建。先简单介绍一下上位机软件ifix，ifix执行基本功能以使特定的应用程序执行所赋予的特定任务。它两个基本的功能是数据采集和数据管理。数据采集是从现场获取数据并将它们加工成可利用形式的基本功能。ifix也可以向现场写数据，这样就建立了控制软件所需的双向连接。ifix不需要用特别的硬件获得数据。它可以通过一个叫i/o驱动器的软件接口同已存在的i/o设备直接通讯。在大多数情况中，ifix可以使用现场已装配的i/o硬件来工作。即使在现场设同一网络上使用不同厂家生产的i/o设备，i/o驱动器都可以与它们一起正常的工作。2.1上位机软件的配置上位机采用3套ifix4.0软件，为一烧车间统一管理方便在烧结主控室放置一台操作站，共同控制4套控制系统，3套系统功能相同，可同时进行监控，也可互为备用。通讯采用以太网通讯方式，通讯协议采用sl4（siemens layer 4），通讯协议下建4个设备(device)：localplc1 、localplc2、remoteplc1、remoteplc2。软件的配置主要是指上下位机的握手，下面详细说明ifix与s7-300的通信设置：2.1.1安装内核驱动程序内核驱动程序安装步骤如下： （1）开始设置拨号和网络连接。（2）选择本地连接，右键属性。（3）点击“安装”，在弹出的窗口选择“协议”，点击“添加”。 （4）选择“从磁盘安装”，选择sl4packetdriver/ windowsxp/ packet.inf添加。（5）重启电脑，内核驱动程序sl4 - siemens layer 4 v7.21f安装完成。2.1.2 powertool配置powertool配置如下：（1）打开“scu”，点击“scada组态”，添加sl4驱动。（2）点击“配置”，出现powertool配置窗口。 （3）默认选项，点击下方“connect”。（4）点击下方“add channel”图片按钮，勾上“enable”。（5）点击下方“add device”图片按钮，添加四个device，名字分别是：remoteplc1，remoteplc2，localplc1，localplc2，四个都勾上“enable”。（6）在每个的device 下，hardware项选择“siemens serias7”，在ethernet中填入plc以太网卡的mac地址，即cp 343-1的mac地址，依次添加四个plc的以太网卡的mac地址，在remote read项中填入“02.03”，在local read项中填入“01.00”。（7）保存到local目录，然后配置默认启动路径，保存。（8）点击启动按钮，查看统计信息，通信配置完成。2.1.3配置host文件在windows的c:windowssystem32driversetc路径下，用记事本打开host文件，编写如下脚本：本地plc1的ip地址 localplc1本地plc2的ip地址 localplc2远程plc1的ip地址 remoteplc1远程plc2的ip地址 remoteplc2写完，保存。ifix 中hosts 文件的作用，优化网络配置，快速解析ip地址与hostname(主机名)的关系，加快网络通信速度，顺利连接系统。2.2 下位机软件的配置step-7的配置把软件安装好，正确的把主系统的四个plc系统的硬件分别组态，在profibus总线上按规划好的profibus地址，把各个子站连接在profibus总线上，设置set pg/pc interface，把tcp/ip(auto)指向本机网卡即可，编译并且下装，即可实现控制程序的编写和设计、在线监控等功能。3 控制主系统的通信网络配置系统中各个cpu之间的通信，应用了两种方式，分别为ethernet（以太网）方式和profibus方式，ethernet(以太网）各站共享一条广播式的传输总线，每个站都是平等的，采用竞争发送方式发送信息到传输线上，任何一个站都可以随时广播报文，并为其他各站接收。profibus总线方式即为主从式通信方式，主从式通信方式是一种plc常用的通信方式，但是并不属于任何通信标准。主从通信网络中只有一个主站，其他的站都是从站。在主从通信中，主站是主动的，对总线有控制权，主站首先向某个从站发送请求帧（轮询报文），该从站接收到后才能向主站返回响应帧。通常主站按事先配置好的轮询表的排列顺序对从站进行周期性的查询，并分配总线的使用权。下面分别介绍：3.1 ethernet 方式在step下，使用step-7的工具netpro，netpro是网络配置工具，在localplc1(中控plc1)的cpu的属性下，partner（伙伴）下选择remoteplc1(远程plc1)的cpu， type（通信方式）选择通信协议iso-on-tcp connection， active connection partner 选择yes，这样两个plc的cpu就建立了一对通信关系。localplc2(中控plc2) 与remoteplc2(远程plc2)之间的通信建立方法与上面的相同，它们也是一对通信关系。3.2 profibus总线方式这种通信方式在整个系统的通信量相当多，我们以localplc1(中控plc1)为例说明即可，在step-7下，在localplc1(中控plc1)的hardwere下把通过profibus总线的设备组态完毕后，在dp下operation mode下选择 dp master（主站），即把它作为主站，当s7-300作为从站时，在其dp下 operation mode下选择 dp slave(从站)，configuration下配置具体需要通信传送的数据，数据以字节为单位，按系统规划地址配置，主站的输出时从站的输入，从站的输出时主站的输入。当s7-200作为从站时，在parameter assignment下i/0 offset in the v-memory写入需要通信的字节数，即为通信开辟了一个数据缓冲区，借助这个缓冲区就可以通信了，对应在s7-200中对v-memory进行配置，与s7-300从站类似。4 控制程序结构整个工程主系统由4个西门子plc系统组成，中空室2个（simatic 300_local1、2），远程站2个（simatic 300_remote1、2）。我们以其中的一套装置为例说明，localplc1和remoteplc1说明：4.1本地plc1( localplc1)的程序结构：a设备启动（1）1#和2#雾化设备启动逻辑（2）1#和2#除尘输灰单元启动逻辑。b设备现场故障和总故障（1）设备总故障。根据现场设备的控制系统的状态，设备的现场故障有：热继故障、电源故障、启动超时故障，将设备故障点合在一起即为总故障，程序判断是否设备有总故障。（2）判断设备现场故障：热继、电源、启动超时等。（3）判断阀门故障：超时未开到位和超时未关到位。c现场仪表数据处理根据现场的测量仪表测定的模拟量信号，经过量程转换，转换成正确的结果在画面中显示。d报警程序1模拟量报警程序根据上位机设定数据进行报警判定，判断是否报警，以利于操作工方便操作。2其他报警e系统通信（1）以太网通讯程序。首先，分配两个64字节数据缓冲区，一个用来存放要发送的数据，另一个存放要接受的数据，然后，在组织块ob35中传送和接受数据的程序，调用系统的功能块fc5 （ag_send）发送数据，调用功能块fc6（ag_recv）接受数据。（2）profibus通讯数据处理各个控制站之间采用主从方式，主站的输入为从站的输出，输出为从站的输入，通过地址对应表，实现数据的通信，程序把所有通信点的数据传递到地址对应表的地址。f整数转换为时间格式的数据由于需要从操作画面中，设定设备运行的时间，所以需要将在s7-300中的时间格式的数据转化为ifix中的整数格式，在s7-300中，时间以s5time数据类型存在，它占用一个字（word）的内存空间，它的最大值为999秒，其每一位具体意义为： （从右到左）0-11位为0-999之间的以bcd码的数，12-13位为时间时间基数，14-15为保留位，其二进制对应的时间基数关系（表1）如下：时间基数（time base）二进制代码10 ms（毫秒)00100 ms（毫秒）011 s（秒）10表110 s（秒）11程序以秒为单位，算法为将输入的整数与整数999比较，如果大于999，则除以10，把结果转换为bcd码数，然后再与十六进制数3000h进行与运算，结果输出，如果小于999，直接把输入整数转换为bcd码数，然后再与十六进制数2000h进行与运算，结果输出。g设定数据初始化系统参数初始化设定，包括报警设定，时间设定，调速设定，工艺安全设定等，设定好工艺的运行参数和报警后，数据将被保存在plc中，当修改s7-300项目时，项目下装后，这些参数和报警不会初始化，省去重复设定，此段程序在ob100中被调用。4.2 远程plc1(remoteplc1)程序说明：a设备启动 （1）整个新粉投加系统和循环投加总启动程序。（2）1#新粉投加系统和反应塔及雾化单元启动逻辑。（3）2#新粉投加系统和反应塔及雾化单元启动逻辑。（4）1#循环投加单元启动逻辑。（5）2#循环投加单元启动逻辑。b设备现场故障和总故障判断设备总故