摘要探讨和介绍S7-300PLC的系统结构、功能特点以及S7-300PLC在普梯水电站自动化系统中的应用。关键词S7-300PLC自动化系统结构特点一、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S7-300PLC的功能特点和S7-300PLC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、S7-700PLC结构与特点1．S7-300PLC的结构S7-300PLC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SIMATICS7-300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．S7-300PLC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、S7-300PLC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、S7-300PLC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3COM16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。图1以工控机为网络接口的LUC结构五、S7-300软件编程1．S7-300PLC编程软件的主要特点编程软件包为STRP7 SP4，为S7-300PLC提供了方便、友好的编程环境。具有以下几个特点：包含了自动化项目中所有阶段(从项目组态到调试，测试以及服务)的功能；采用模块化编程方式，把系统的各个工作编成一个个功能块，在一个OB中调用，方便易用，便于用户理解修改；可使用任伺一种编程语言：语句表(STL)，功能块表(FBD)和标准梯形逻辑(LAD)进行程序的编写，可随心所欲的从一种语言切换到另一种。同时也提供面向对象数据管理和功能的图形赋活SIMATIC-Manager。硬件配置工具和试验工作方式的切换设备(经过按钮)以及指令集，指令集的指令非常丰富，即使是非常复杂的功能也能简便地编程。相同用户接口的统一，只需在一个用户接口上将数据输入一次即可为每个任务使用相同的功能：从配置和编程到启动和文件编制。原有程序和新程序可一起使用，可以将由STEP5或TISOFT写的程序使用转换程序可将原有程序立即转换到STEP7；西门子公司网站提供了大量的编程资料下载，更加方便了程序的编写工作。2．S7-300PLC编程实例图在图2中打开的是1#机组的项目库，它由组织块(OB)，功能(FC)，功能块(FB)三种逻辑块和数据块(DB)构成。OB1为CPU循环扫描时间内唯一扫描的主程序，FC或FB被CPU执行的条件是必须是在组织块(OB)中被调用，同时FB和FC也能实现子程序的嵌套。FB与FC的区别在与它们的变量声明表中能够定义的参数类型不同。当FC的程序执行完成后，FC的参数不能被保存；当FB的程序执行完成后，FB的参数能被保存。在OB1中调用FC时，只需直接调用，如：CALLFC1；而调用FB时，必须为其分配一个背景数据块，用宋保存FB的参数，如：CALLFB1，DB7。背景数据块的数据格式与相应FB的变量声明表的数据格式相同，不允许用户进行修改。图2STRP7编程软件运行界面图3与图4所示图形足在SEP7使用标准梯形逻辑(LAD)编程方式生成的S7程序，其中“—｜｜—”表示常开接点，“—｜/｜—”表示常闭接点，“—()—”表示输出线圈，“—(R)—”表示复位线圈，“—(P)—”G表示RLO正跳沿检测。图3机组开机的梯形逻辑图(部分)图4机组件机梯形逻辑图(部分)六、结柬语作为LCU中的核心组成部分，西门子S7-300PLC能准确、实时地反映水电站设备的运行状态和参数，可靠地控制现场设备，各项性能指标充分满足水电站自动化系统的要求，确保了普梯水电站在“无人值班、少人职守”的运行管理方式下的安全、经济运行。