Siemens S7-200与S7-300通过ProfiBus DP通讯在水处理控制系统的应用  

摘要：以土耳其卡利喀里市政水处理工程控制系统为例，论述了SIEMENS PLC在水处理控制领域的应用。对系统的硬件、软件结构及工作原理进行了说明，并且重点介绍了SIEMENS S7200和S7300系列PLC通过ProfiBus DP通讯的设置和MP277触摸屏的通讯设置和画面组态。实际应用表明，该系统能够满足水处理工程的自动控制要求，并且具有先进、可靠、控制性能好等优点。
关键字：ProfiBus DP通讯模块EM277，触摸屏MP277，超滤设备

一、 项目简介
1， 本例项目在土耳其的卡利喀里市郊，该项目是土耳其首都安卡拉市的居民饮用水工程。项目是由土耳其本国一工程公司——MPE承建，昆山半岛水处理公司属于成套设备供应商。土耳其的MPE公司自1988年成立，其业务始终围绕着水处理行业，业绩遍布中东、欧洲和非洲各地。昆山半岛水处理公司在中国也有近20年的业绩历史，其项目主要集中在电力、化工、冶金、电子、医药等行业的净水和污水处理。
2， 项目工艺简介：本例项目的原水是地表河水，通过前级预处理（澄清池，沙滤）后进入六套超滤设备，然后进入五套反渗透设备，最后再进入后级处理以达到饮用水的指标要求。这其中的六套超滤设备和五套反渗透设备由昆山半岛水处理公司提供，并且包括其控制系统。
3， 项目当中使用了SIEMENS品牌的水泵电机、S7 200 PLC（六套 CPU是224XP）、S7 300 PLC（二套 CPU是315-2DP，三套ET200M扩展）、MP277触摸屏（二套）等。

二、 控制系统构成
       控制系统主控单元采用SIEMENS S7-300 PLC，子控单元采用SIEMENS S7-200 PLC，主控单元的现场人机界面采用SIEMENS MP277 10.4” 触摸屏。这样的配置既经济又稳定，而且作为出口设备具有控制系统的相对独立性。
1， 系统简介
      本例属于市政饮用水项目，原水是地表河水，归属于中国供货的设备是六套超滤和五套反渗透设备，总出力3360m3/h。本文主要针对超滤设备进行控制系统的论述，每套超滤设备由独立的PLC S7-200进行控制，负责超滤设备的运行、反洗、模拟量信号处理、报警等本体设备控制。子控单元S7-200 PLC由224XP CPU ，EM277 ProfiBus DP通讯模块和I/O信号模块组成。

      主控单元S7-300通过和S7-200交换信息，协调各单台超滤设备液位连锁和反洗工艺步序排队。S7-300 PLC采用315-2 DP CPU，CP341以太网模块和I/O信号模块。315-2 CPU的MPI口连接触摸屏MP277，DP口与S7-200 的EM277连接，通过Profibus DP 通讯。

2， ProfiBus DP 配置
  S7-300与S7-200通过EM277进行PROFIBUS DP通讯，需要在STEP7中进行S7-300站组态，在S7-200系统中不需要对通讯进行组态和编程，只需要将要进行通讯的数据整理存放在V 存储区与S7-300的组态EM277从站时的硬件I/O地址相对应就可以了。本工程控制系统的ProfiBus DP 配置过程如下：
1) 在S7-300站组态六个EM277子站，每个EM277子站分别对应一套超滤设备。每个子站的通讯字节数是64字节输入和64字节输出。六个EM277子站的ProfiBus DP 地址分别是：3，4，5，6，7，8。

   

2) 下载S7-300的硬件配置，将EM277的拨位开关拨到与以上硬件组态的ProfiBus DP地址设定值一致，这样S7-300发送给S7-200的数据存放在S7-200的VB0－VB63中，对应S7-300的PQB0-PQB63； S7-300接收来自S7-200存放在VB64－VB127中的数据，对应S7-300的PIB0-PIB63。其他各组以此类推。这里需要注意的是在S7-300中交换数据区的地址最终是以PQB*和PIB*的形式出现的，因为在组态EM277时地址是以字节的形式通讯的。
3) S7300与S7200通讯，最多能传送128字节数据。如果程序需要多于128字节数据传送，则可以分两次或多次传送，在特定位设置数据组标记，以便分清所传送的数据是哪一组。在本例中，就是由于判断条件较多，传送的字节超过了128个，于是采用数据跳板的方式分两次对数据进行传送。在S7-300中设置标记位（注意此标记位一定要位于数据交换地址区内，因为该标记位也需要传送。），S7-200接收此标记位，根据标记位的信号性质，分别将数据传送区的数据MOVE给两块独立的地址区，在S7-200程序中使用这两块独立的地址区数据即可。
   

3， 触摸屏MP277和S7-300 PLC的通讯设置及画面风格
      本例中由中方提供设备的人机交互界面是Siemens 10.4” 触摸屏MP277。是Siemens全新设计，性能显著增强的多功能面板，10.4" TFT 显示屏，64K 色，分辨率 640 x 480。Windows CE 操作系统，内置 PROFINET/以太网，2 个 USB 端口 (鼠标，键盘，打印机，USB 棒)，多达 5 种语言在线切换，全球通用 (包括亚洲和西里尔语言) 。本例工程中屏与S7-300 PLC通过MPI口通讯，屏的编程软件是WINNCC flexible 。
1) 通讯设置
     MP277和S7-300的通讯设置非常简单，只要在屏的编程软件WINNCC flexible中的“连接”选项的“通讯驱动程序”选中“SIMATIC S7 300/400”即可出现下图示参数页。屏一侧的接口是“IF1B”，PLC一侧是“MPI”。通讯电缆使用ProfiBus DP通讯电缆和DP接口模块制作，和制作ProfiBus DP通讯电缆一样，屏和PLC两侧的终端电阻都设置成“ON”。PLC编程软件STEP7中针对屏可以不做任何设置。至此，MP277和S7-300PLC的通讯设置就完成了。

   

       另外，在对屏进行下载组态画面时，可以采用以太网的方式，因为MP277提供以太网接口，并且设置通讯网址和接口非常方便，下载速度也快。只需要笔记本电脑和屏的IP地址设置在一个网段上，网关设成“255.255.255.0”，使用一根交叉网线即可。

2) 画面风格
      本例触摸屏画面的整体风格类似普通计算机软件，画面之间的切换采用菜单和点击相关设备图标的方式。主画面之间采用菜单的形式切换，设备控制和参数画面采用点击相关设备的方式。这种方式与点击按钮切换画面方法相比节省空间，留给主画面的空间就较大，更有利于使用者操作。

       另外，MP277屏支持64K色，色彩丰富，艳丽。本例屏画面以灰色为背景，主体设备和按钮以深灰色为主，而各类指示信息以亮色为主，二者形成鲜明对比，整体感觉又有一种底部稳重，界面鲜明的特色。

三、 项目自2008年08月投入运行以来，每天24小时不间断运行，至今没有出现任何不正常现象，运行非常稳定。由于触摸屏画面在设计时就本着清晰明了的原则，所以现场操作人员感到非常方便。

四、 应用体会
　　此控制系统运行系统稳定、可靠。极大地提高了劳动生产率，该系统有效地解决了生产中的很多问题，如减少了生产过程中的突发故障，缩短了生产准备时间和抢修时间，减少了工人的劳动强度，为电厂锅炉补给水处理创造了可观的经济效益和社会效益，达到了节能、降耗的目的。SIEMENS PLC硬件稳定可靠，网络功能强大，PLC级别从低到高互连性强，STEP7软件编程界面友好，程序结构简洁，在编程组态过程中真正体会到了SIEMENS的“知其道，用其妙”的口号。