中文摘要：本文介绍了西门子Simatic PCS7在燃气轮机试验台控制系统中的应用，包括项目的硬件配置和网络结构，燃气轮机的逻辑控制，监控功能，以及利用WinCC对其中特殊过程的实现。

　　中文关键词：燃气轮机、Simatic PCS7、S7-400、OSM、WinCC、VB脚本

　　项目简介 1、背景介绍

　　随着自动化技术和计算机技术的飞速进步，自动化控制的概念也发生着巨大变化。全集成自动化思想就是用一种系统或者一个自动化平台完成原来有多种系统搭配起来才能完成的所有功能，大大简化系统结构，减少大量接口部件，克服了上位机和工业控制器，连续控制和逻辑控制，集中与分散之间的界限。

　　本项目应用于中航工业西安航空发动机(集团)有限公司(简称“中航工业西航”)的某型舰用燃气轮机试验台。中航工业西航建于1958年，是中国大型航空发动机制造基地，主研制生产涡轮喷气发动机、涡轮发电装置、涡轮风扇发动机、燃气轮机。

　　2、工艺简介

　　试验台控制系统主要用于控制燃机的各个试车过程，完成试验过程中燃机和车台的数据实时采集、显示、分析、处理和故障处理，完成试车报表，发动机性能计算，并具备一定的计算机辅助试验(CAT)功能等。

　　控制系统采集所有参与燃机性能计算的参数及试车台需要监视的参数和状态(燃机及试车台辅助系统),并实现性能计算参数高速归档及以表格形式导出。

　　试车逻辑控制：起动前联锁检查、起动前保护检查、冷吹控制、工艺冷吹控制、假起动控制、油封控制、起动过程控制、起动停车控制、正常停车控制和故障停车控制等功能，实现滑油、燃油压力的保护控制，温度限制控制等功能。

　　报警保护功能包括：过程信号超限报警、模件故障报警、传感器断线故障报警、通讯故障报警、逻辑故障报警等功能。

　　图一和图二为发动机试验间操作台和柜体。

　　图一 试验台操作台 图二 电气柜、控制柜和网络柜

　　控制系统构成 硬件配置 试验台控制站采用S7 416-2，通过Profibus-DP总线与扩展机架IO模块建立通讯，主控系统Siemens主要产品选型见表一，硬件配置见图三。 名称 型号规格 订货号 数量 单位 控制器 AS416-2 6ES7 654-8CG01-3BX0 1 套 工业以太网通讯模块 CP443-1 6GK7 443-1EX11-0XE0 1 块 远程接口组件 IM153-1 6ES7 153-1AA02-0XB0 5 块 IO组件电源 PS 307 5A 6ES7 307-1EA00-0AA0 5 块 计数输入组件 FM350-2 6ES7 350-2AH00-0AE0 1 块 模拟量输入组件 AI 8P 12bit 6ES7 331-7KF02-0AB0 10 块 模拟量输入组件 AI 8P 16bit 6ES7 331-7NF00-0AB0 4 块 模拟量输入组件 AI 8P TC 6ES7 331-7PF11-0AB0 5 块 模拟量输入组件 AI 8P RTD ES7 331-7PF01-0AB0 3 块 数字量输入组件 16P 6ES7 321-1BH02-0AA0 8 块 数字量输出组件 16P 6ES7 322-1BH01-0AA0 4 块 模拟量输出组件 8P 6ES7 332-5HF00-0AB0 1 块 前连接器组件 20针 6ES7 392-1AJ00-0AA0 22 块 前连接器组件 40针 6ES7 392-1AM00-0AA0 14 块 通讯处理器 OSM TP62 6口 6GK1 105-2AA00 1 个 通讯卡 CP1613 6GK1 161-3AA00 1 块 PCS7 V7.0 OS软件 OS 250PO/RT8K 6ES7 658-2AA07-0YA0 1 套 表一 控制系统产品选型

　　图三 硬件配置图

　　PLC控制系统中S7产品选型及特点： CPU416-2DP：为CFC、SFC等工程控制语言提供平台，满足语言逻辑和图形多种编程方式的结合;位操作、字操作、定点加、浮点加速度快，最大I/O处理量可达到128K开关量和8K模拟量，满足试验台实时数采、逻辑控制和性能计算需求; 以太网系统：采用西门子工业以太网通讯处理器1613卡和PLC工业以太网通讯处理器CP443-1卡实现，通讯速率可达100Mb/s，由于本身集成微处理器，减轻了PC机和控制器的CPU负担，增加数据吞吐量; ET-200M：通过IM153-1集成经济性更好的S7-300 IO模块到S7-400系统，有源背板总线支持IO模块热插拔，可在CPU运行中更换模块; FM350-2：8通道高速计数模块，采集燃油流量和发动机转速。 网络结构 试验台控制系统下位控制器S7-416与ET200M分布式IO站通过Profibus-DP通讯，配有以太网处理器CP1613的上位服务器通过OSM连接到S7-416，主操站、辅操站和检验计算机作为上位客户机通过以太网交换机连接到上位服务器。见图四 网络结构图。

　　图四 网络结构图

　　控制系统完成的功能 逻辑控制 包括起动前联锁检查、起动前保护检查、冷吹控制、工艺冷吹控制、假起动控制、油封控制、起动过程控制、起动停车控制、正常停车控制和故障停车控制等。系统的逻辑控制通过SCL编写程序模块实现，见图五逻辑控制。

　　FC150:初始化模块，判断PLC处理器运行状态;

　　FC151:监视模块，各报警故障状态监视;

　　FC152:状态建立模块，确定系统工作状态;

　　FC153:控制模块，根据系统工作状态选择进入FC160~FC168子控制模块;

　　FC155:性能计算模块，根据燃气轮机性能计算公式由采集参数计算性能;

　　FC169~FC171:控制辅助分系统控制模块，分别为起动电机、滑油和空气系统控制;

　　FC180:起动燃料控制模块;

　　FC181:完成起动进入闭环后燃料控制模块。

　　图五 逻辑控制 监控功能 主操作站两个显示器实现双屏显示，分别显示主操作屏和综合显示屏。

　　主操作屏：显示起动过程中的实时重要参数模拟表、设备状态、过程状态、实时工况、报警信息等内容，并在完成起动进入工况后实施油门杆软手操控制，见图六、图七。

　　综合显示屏：显示关键参数多点采集值和平均值等多个数据组，以及系统报警信息，见图八。

　　辅操作屏：主要显示系统关键状态和报警信息信号灯指示，和手操阀门和设备控制，见图九。

　　性能报表屏：显示涉及燃气轮机性能参数及计算的性能指标，并实现简单互动实时保存报表。

　　图六 主操作屏(起动) 图七 主操作屏(工况)

　　图八 综合显示屏 图九 辅操作屏

　　图十 性能报表 特殊过程 (1)、多传感器参数采集

　　模拟输入量采用CFC采集，根据CH_AI模块的QBAD进行坏点筛选。使用SCL编程计算模拟输入量平均值、最小值、最大值、最小值位置和最大值位置等功能的函数模块FC198，并增加单点参数对平均值的筛选功能，筛选掉最大值，最小值以及单点超过平均值一定范围的参数。FC197调用FC198函数处理各参数，通过QBAD和程序筛选，把传感器断线和数值偏大(或偏小)的点筛去。

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