西门子交换机-授权代理-2023

一、改造原因：

现用设备是由德国HAGGLUNDS DRIVES公司于93年底安装交付的，控制主机采用的是西门子代PLC产品S5-95U。控制机由双PLC构成，CPU和I/O模板均为冗余配置。控制机是双机一用一备，手动热备切换。由于S5产品正逐步退出市场，模块备件供应周期很长，保障性差，某些部件甚至有价无市。，三台设备的PLC都已经配置不完整，只能单机维持运行。为了保证设备满足稳定生产的需要，决定将S5升级到S7。

二、原S5系统的构成：

控制主机采用的是西门子S5-95U，人机界面为DAA型ITT288-240S智能信息显示器。ITT信息显示器配带有操作按键和通讯口。可实现设备各种状态信息和报警的显示及确认，以及相关工作参数的设置和操作指令的下发。因设备超期服役，人机界面现已经失效。虽然人机界面失效不会导致全系统停机，但系统只能默认在某一模式下工作，且无法在必要时候获取系统的状态和报警信息。柜内器件，除了PLC配置不完整外，其余器件状态尚可。系统所用压力，转速，温度及液位传感器的状态不明。由于人机界面失效，状态无法显示，而且设备一直在运行，无法检测，故系统所有传感器状态不明。器件勉强能维持工作，精度较差。

三、改造方案：

为恢复控制设备的可维护性、兼容性和可扩展能力，消除设备这些方面的不稳定对正常生产的影响和隐患，需要对现有控制系统进行改造升级。

经业主同意，对原有控制柜进行整体升级替换。一方面是全新更换性能有保证，同时为保证施工质量和进度，整体替换也是好的选择；另一方面是原有柜体和低压器件已经没有保留的价值，在原柜体内改造，施工工期没有保障；其三整体替换费用没有增加。设备更新以控制柜端子为界，柜外保留不变，柜内全部更新。新设备的功能不变，工艺原理和操作习惯立足原有规范，并根据积累的经验进行更新设计升级。

PLC:根据设备的工艺性能要求，PLC采用西门子经济型产品S7-200。取消双PLC的运行模式。采用单PLC模式，辅以备件，保证系统在意外之时能快速恢复工作。

HMI：人机界面采用带按键的触摸屏。除保留系统原有功能，提供更完备的信息提示和反馈，更方便的操作。界面全部中文化。

原系统没有独立于PLC的纯手动功能。从而系统失去了在PLC失效状态下，由操作人员进行独立处置的灵活性。因此，在新的控制系统中，增设一套纯手动功能，手动逻辑与PLC无关。在手动模式下，只有液压主泵的启停和液压机构的换向操作可以由操作人员根据需要强制进行，没有其他安全连锁条件。其他部分比如提升机构，液压油温等不提供手动功能。

增设一旁路信号。用途是在特殊情况下，操作人员可以根据需要，在保证安全的情况下，人为地给其他系统一个允许开机的连锁信号。也就是在全系统的开机连锁逻辑中将炉渣破碎机的状态旁路掉。临时满足维持全系统的正常运行。

四、效果反馈：

控制系统S5升级改造工程于2007完工至今，设备状态及性能稳定正常，各项功能指标均达到用户的工艺要求。系统的扩充，性能的提升，设备的升级，服务的升级。

可编程控制器（PLC）是一种新型的通用控制装置，他将传统的继电器控制技术、计算机控制技术和通信技术融为一体，专为工业控制而设计，具有功能强、通用灵活、可靠性强、环境适应性好、编程简单、使用方便、体积小、重量轻、功耗低等一系列优点。近年来，随着可编程控制器的日渐成熟，越来越多控制系统都采用PLC来代替传统的继电器控制。特别是在安全联锁保护系统中，PLC以其可靠性强、动作速度快、安全性能好的特点得到了各行各业广泛的应用。

二、机车保护系统概述

对于一些机车控制、传动控制及重要岗位的操作人员身体状态在线检测是非常重要的。例如高速运行的火车驾驶司机由于突发疾病晕倒而无法操作，那么整列火车乘客的生命安全是非常危险的。所以在一些国际先进的动车组机车控制室内的操作岗位上，安装了操作人员检测的设备。在操作人员的脚下有了一个象“油门”式的踏板，操作人员每隔三十秒必须踩一下这个踏板，证明操作人员身体状态良好或在操作岗位上。否则，超过三十秒没有检测到踏板返回信号，蜂鸣器就会发出报警，提醒操作人员踩踏板。如果操作人员由于身体突发疾病或擅自离岗，报警超过两分钟，机车就会自动刹车，保证整列火车乘客的人身安全;还有一种情况，如果操作人员由于身体突发疾病晕倒，正好压在踏板上面，或者有东西压在踏板上，这样踏板就一直有返回信号。在程序设计时考虑到这点，当踏板连续三十秒有返回信号时，蜂鸣器同样会发出报警，并且报警超过两分钟自动刹车。本文以这个连锁保护为例，介绍PLC在安全连锁保护中的应用。

三、S7-300PLC简介

S7-300是模块化小型PLC系统，能满足中等性能要求的应用。各种单独的模块之间可进行广泛组合而构成不同要求的系统。S7-300PLC采用模块化结构，具备高速的指令运算速度;能用浮点数运算实现较为复杂的算术运算;带标准用户接口的软件工具可以方便地给所有模块进行参数赋值;S7-300操作系统内已经集成了方便的人机界面，人机对话的编程要求大大减少。SIMATIC人机界面（HMI）从S7-300中取得数据，S7-300按用户指定的刷新速度传送这些数据。S7-300操作系统自动地处理数据的传送;CPU的智能化的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）;多级口令保护可以高度、有效地保护其技术机密，防止未经允许的复制和修改;S7-300PLC设有操作方式选择开关，操作方式选择开关像钥匙一样可以拔出，当钥匙拔出时，就不能改变操作方式，这样就可防止非法删除或改写用户程序。S7-300PLC具备强大的通信功能，可通过编程软件Step7的界面提供通信组态功能，这使得组态非常容易、简单。S7-300PLC具有多种不同的通信接口，并通过多种通信处理器来连接AS-I总线接口和工业以太网总线系统;串行通信处理器用来连接点到点的通信系统;多点接口（MPI）集成在CPU中，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。SIMATICS7—300的大量功能能够支持和帮助用户进行编程、启动和维护，其主要功能有高速的指令处理、浮点数运算、人机界面（HMl）、诊断功能、程序保护。完全能实现列车自动防护系统ATP（AutomaticTrainProtection）的功能。在线实现火车的运行速度、轴温、电流等重要参数测控及紧急状态下安全联锁保护。如果加上人机界面（HMl）和存储设备，可以实现显示和记录功能，能有效防止列车超速，还能以图形曲线、数字报表等形式再现列车运行过程。.

四、编程实现

PLC控制系统的设计主要包括硬件和软件两部分，而程序的设计是控制系统中工作量大、重要的一项工作。一个好的程序不仅可以减少I/O点数，节省硬件成本，而且还可以减少PLC程序步骤和占用的空间，收到事半功倍的效率。在本程序中，由于踏板有无信号定时器都要启动，也就是说无论是踩踏板的时间还是不踩踏板的时间都不能超过30秒，如果超过30秒报警就要启动，所以在写程序时把上升沿和下降沿边沿检测指令并联。这样无论踏板得信号的开始还是失信号的开始都能激发30秒的定时器启动。当扩展脉冲定时器定时到30秒后，报警线圈得电，蜂鸣器报警，提醒操作人员踩踏板。

当报警启动后，接通延时定时器启动，定时两分钟。如果在两分钟之内，操作人员踩了踏板，报警解除。T1重新定时，T2停止定时。如果在两分钟之内操作人员没有踩踏板，T2接通延时定时器定时到两分钟后，杀车启动。机车紧急停车，连锁保护乘客安全。

五、PLC的程序执行过程

当PLC运行时，是通过执行反映控制要求的用户程序来完成控制任务的，需要执行众多的操作，但CPU不可能同时去执行多个操作，它只能按分时操作（串行工作）方式，每一次执行一个操作，按顺序逐个执行。由于CPU的运算处理速度很快，所以从宏观上来看，PLC外部出现的结果似乎是同时（并行）完成的。这种串行工作过程称为PLC的扫描工作方式。用扫描工作方式执行用户程序时，扫描是从条程序开始，在无中断或跳转控制的情况下，按程序存储顺序的先后，逐条执行用户程序，直到程序结束。然后再从头开始扫描执行，周而复始重复运行。

PLC的扫描工作方式与电器控制的工作原理明显不同。电器控制装置采用硬逻辑的并行工作方式，如果某个继电器的线圈通电或断电，那么该继电器的所有常开和常闭触点不论处在控制线路的哪个位置上，都会立即同时动作;而PLC采用扫描工作方式（串行工作方式），如果某个软继电器的线圈被接通或断开，其所有的触点不会立即动作，必须等扫描到该时才会动作。但由于PLC的扫描速度快，通常PLC与电器控制装置在I/O的处理结果上并没有什么差别。

六、小结

以PLC为控制核心的连锁保护系统已经应用到各行各业，从欧洲各大公司生产的联锁系统可以看出，计算机联锁的进一步发展方向是：编制程序采用SIMATIC编程技术，使设备复杂程度低、规格小、灵活性大，价钱便宜，且能确保安全。

交通信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。为了实现交通道路的管理，力求交通管理先进性、科学化。用可编程控制器S7-200 plc实现交通灯管制的控制系统，以及该系统软、硬件设计方法，实验证明该系统实现简单、经济，能够有效地疏导交通，提高交通路口的通行能力。分析了现代城市交通控制与管理问题的现状，结合交通的实际情况阐述了交通灯控制系统的工作原理，给出了一种简单实用的城市交通灯控制系统的PLC设计方案。可编程序控制器在工业自动化中的地位极为重要，广泛的应用于各个行业。

　　随着科技的发展，可编程控制器的功能日益完善，加上小型化、价格低、可靠性高，在现代工业中的作用更加突出。

　　1.交通灯控制系统的设计要求

　　1.1 结合十字路口交通灯路况的模拟控制系统

　　在PLC交通灯模拟模块中，主干道东西南北每面都有3个控制灯，分别为：

　　●禁止通行灯 （亮时为红色）

　　●准备禁止通行灯 （亮时为黄色）

　　●通行灯 （亮时为绿色）

　　另外人行道东西南北每面都有2个控制灯，分别为：

　　结合十字路口交通灯实际情况设计交通灯模拟控制系统，当交通灯系统启动开关接通时：

　　（1）南北向（列）和东西向（行）主干道均设有绿灯20S,绿灯闪亮3S,黄灯2S和红灯25S.

　　当南北主干道红灯点亮时，东西主干道应依次点亮绿灯，绿灯闪亮，黄灯，反之，当东西主干道红灯点亮时，南北主干道依次点亮绿灯，绿灯闪，黄灯。

　　（2）南北向和东西向人行道均设为通行绿灯和禁行红灯。南北人行道通行绿灯应在南北主干道绿灯点亮时点亮，当南北主干道绿灯闪亮和黄灯点亮时南北行人道绿灯也要对应闪亮，其它时间为红灯。东西人行道通行绿灯于东西主干道绿灯点亮时点亮，当东西主干道绿灯闪亮和黄灯点亮时东西人行道绿灯也要对应闪亮，其它时间为红灯。

　　（3）除此之外另设两个功能，使用10个脉冲开关。实现让盲人可以方便通过十字路口和手动控制车流量。其中8个安装在人行道的两边，当东西方向行走的盲人要过马路的时候，按下脉冲开关东西向人行道绿灯亮起，南北向主干道红灯闪亮，延迟10秒恢复原来的控制系统，南北向脉冲开关对应东西向功能相同。另外两个脉冲开关可以控制车流量，当东西向主干道等待车量较多的时候，按下东西向控制脉冲开关，东西向主干道延长绿灯点亮时间延长15秒。东西向人行道绿灯也要对应延长，南北向脉冲开关对应东西向功能相同。

　　1.2 十字路口交通灯模拟控制时序图

　　具体如图1~4所示。

　　2.交通灯控制系统的设计

　　2.1 可编程控制器选择

　　本次交通灯设计用的是来自西门子可编程控制器，产品规格：S7-200系列是一类可编程逻辑控制器。这一系列产品可以满足多种多样的自动化控制的需要，具有紧凑的设计，良好的扩展性、低廉的价格以及强大的指令，使得S7-200可以近乎完善地满足小规模的控制要求。特点是结构紧凑，使用方便，具有很强的适应性，缺点是输入输出口配置数量固定，主要用小型PLC.

　　2.2 可编程控制器I/O地址分配

　　该西门子模块为CPU224型，输入地址有10个，输出地址有14个，能够满足交通灯控制系统的设计要求。确定I/O地址是设计整个PLC交通灯控制系统首先要解决的问题，决定着系统硬件部分的设计，也是系统软件编程的前提。根据系统的设计要求，分别定义了输入地址I0.0~I0.5共6个，输出地址Q0.0~Q0.6共7个。具体输入、输出地址定义如表1所示。

　　2.3 梯形图的设计

　　（1）交通灯主程序

　　网络1-网络5、网络6-网络10、网络11-网络17、网络18-网络21、网络22-网络25如图5~9所示。

　　（2）主干道交通灯子程序

　　网络1-网络13如图10所示：

　　（3）东西盲人行走子程序

　　网络1如图11所示。

　　（4）南北盲人行走子程序

　　网络1如图12所示。

　　（5）东西绿灯延时子程序

　　网络1-网络14如图13所示。

　　（6）南北绿灯延时子程序

　　网络1-网络14如图14所示。

　　3.结束语

　　本文通过用可编程控制器（S7-200 PLC）控制交通灯系统工作，实践证明本文所介绍的基于S7-200 PLC信号灯控制系统的设计方案具有较强的可行性。另外，无论在城市交通灯的使用中还是学校的实训和培训工作中，只要对控制要求或软件上相对应的参数设置加以改进，就能满足各种不同场合对交通灯控制系统的使用要求。