西门子S7-300 PLC在普梯水电站综合自动化系统中的应用

一、概    述
普梯水电站位于兴义市小黄泥河上，是以发电为主的引水式电站，于2006年投产发电，装机容量9500kW(2×3500kW+1×2500kW)，是按“无人值班、少人职守”的现代化运行方式设计建设的综合自动化水电站。
普梯水电站计算机监控系统采用湖南紫光测控公司的DCAP-3500水电站综合自动化系统，DCAP-3500水电站综合自动化系统按分层分布开放式无人值班(少人值守)运行方式设计。整个系统在物理上分为两层：电站控制层和现地控制层。
电站控制层设在中央控制室，负责协调和管理各现地控制层的工作，收集有关信息并作相应处理和存储，迅速、准确、有效地完成对本站被控对象的安全运行实时监视及事件报警，设备运行的控制与调节，以及电站的生产管理。操作员可以在主控制台通过人机接口对数据库和画面进行在线修改，进行人工设定、设置监控状态、修改限制、事故处理指导和恢复操作指导等功能。
现地控制层(LCU)包括机组LCU和公用LCU，现地LCU布置在机组旁，公用LCU布置在控制室，是计算机监控系统较底层的控制部分。原始数据在此进行采集，各种控制调节命令最后都在此发出，因此LCU可以是整个监控系统中重要的、对可靠性要求很高的“一线”控制设备。DCAP-3500水电站综合自动化系统的LCU主要由工控机和可编程控制器(以下简称PLC)构成。其中核心部分PLC采用的是西门子公司的高性能模块化S7-300系列PLC，本文对S7-300 PLC的功能特点和S7-300 PLC在水电站自动化系统中的系统结构、功能和应用作一些探讨。
二、S7-700 PLC结构与特点
1．S7-300 PLC的结构
S7-300 PLC为模块化结构，除必配的几种模块外，可以根据实际需要选配其它的模块。以下是各种模块的简介：
(1)中央处理单元(CPU)模块：各种CPU模块有各种不同的性能，例如，有的CPU上集成有输入／输出点，有的CPU上集成有PROFI-BUS-DP通讯接口等：
(2)信号模块(SM)：用于数字量和模拟量输入／输出；
(3)通讯处理器(CP)：用于连接网络和点对点连接；
(4)功能模块(FM)：用于高速计数，定位操作(开环或闭环控制)和闭环控制；
(5)负载电源模块(PS)：用于将SIMATIC S7-300连接到120／230VAC电源；
(6)接口模块(IM)：用于多机架配置时连接主机架(CR)和扩展机架(ER)；
2．S7-300 PLC的特点
(1)强劲的CUP处理功能。本系统中采用的CPU模块CPU312的位指令执行速度小于0．2μs，字指令执行速度小于0．4μS。
(2)适合于中大型应用。本系统中采用的CPU模块CPU312可控制256个DI(输入开关量)／DO(输出开关量)和64路AI(输入模拟量)／AO(输出模拟量)。
(3)丰富的扩展模块。除基本的数字量I／O模块、模拟量I／O模块外，还可以扩展安装测温模块、通讯扩展模块、Modem模块，定位模块、以太网模块(IT)等。
(4)诊断功能。CPU的智能化诊断系统连续监控系统的功能是否正常、记录错误和特殊系统事件(例如：超时，模块更换等等)。
(5)支持可选的存储卡。本系统中采用的CPU模块CPU312除内置16kb的工作存储器外，还可选可拔插的4Mb(MMC)装载存储器，全面备份程序，用户数据和组态信息。
(6)集成多点接口(MPI)。MPI用于同时连接编程器、PC机、人机界面系统及其他，SIMATICS7／M7／C7等自动化控制系统。本系统中采用的CUP模块CPU312支持6个MPI连接，数据传输速度187．5kbps。
三、S7-300 PLC硬件配置
根据系统要求，PlC总体配置如下：
中央处理模块(CPU)：选用CPU312模块，其中公用LCU一块，一台机组LCU一块；
开关量输入模块(DI)：选用SM321模块，其中公用LUC一块(16点／块)，一台机组LCU采用2块(32点／块)；
开关量辅出模块(DO)：选用SM322模块，其中公用LCU采用一块(16点／块)一台机组LCU采用1块(32点／块)；
模拟量输入模块(AI)：选用SM331模块，一台机组LCU采用2块(8点／块)。
四、S7-300 PLC与监控系统的通讯方式
DCAP-3500水电站综合自动化系统的网络结构是一个基于以太网联接的实时通讯网，在控制层设有两个上位机，也可称为值班人员工作站。在现地层(LCU)中共有4台前置机，其中公用LCU采用一台工控机作为前置机。每一台机组采用一台工控机作为前置机，共三台。上位机与公用／机组LCU的中的前置机通过100M快速以太网进行连接，网络交换机采用3COM    16口快速以太网交换机，网络拓补结构为星形结构，采用标准的TCP／IP通信协议。
在LCU系统中采用研华工控机作为前置机，通过CP5621接口卡使工控机与S7-300PLC相连。将S7-300PLC采集的数据进行标度变换、越限报警、数据打包等处理后，通过100M快速以太网上传到上位系统中，同时，上位系统的控制命令也通过100M快速以太网经工控机下达给S7-300PLC(如图1)。也就是说S7-300PLC是通过工控机来与监控系统连接从而实现数据交换的。