康爾喆

（天津輕工業(yè)機(jī)械廠設(shè)計(jì)研究所，300380）

雙冗余環(huán)網(wǎng)在制漿DCS系統(tǒng)中的應(yīng)用

康爾喆

（天津輕工業(yè)機(jī)械廠設(shè)計(jì)研究所，300380）

介紹了紙廠中雙冗余環(huán)網(wǎng)的構(gòu)成及必要性

冗余 環(huán)網(wǎng) PCS7

在整個(gè)紙廠的生產(chǎn)中，制漿車間是整個(gè)生產(chǎn)線的第一道工序，直接關(guān)系著整個(gè)生產(chǎn)的連續(xù)性，制漿部分的穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)整體生產(chǎn)線的產(chǎn)能、消耗有著至關(guān)重要的作用。

1 硬件構(gòu)成

控制系統(tǒng)采用S7-400 H冗余CPU作為主站，基于標(biāo)準(zhǔn)S7-400模板的S7-400H是一個(gè)冗余的PLC，可以明顯地減少生產(chǎn)過程的故障停機(jī)率，適用于那些需要盡可能減少或避免故障停機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)合。例如發(fā)電或輸、配電、化學(xué)工業(yè)、采礦、運(yùn)輸?shù)?。從站ET200M使用S7-300模塊，采用可熱插拔的有源總線背板極大地降低硬件損壞對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)的影響，上位機(jī)使用1613卡可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)高速傳輸及無擾切換。

容錯(cuò)性是通過二個(gè)并行的中央控制器實(shí)現(xiàn)的。它們的CPU通過光纜連接并通過冗余的PROFIBUS DP線路對(duì)冗余的I/O進(jìn)行控制。除了故障CPU和PROFIBUS外，I/O自身可以冗余。當(dāng)發(fā)生錯(cuò)誤或故障時(shí)進(jìn)行無擾動(dòng)的切換，即未受影響的熱備控制器將在中斷點(diǎn)繼續(xù)執(zhí)行控制而不丟失任何信息。

電源冗余：該控制系統(tǒng)中，每PLC主站皆采用雙SITOP電源(6EP1 336-2BA0)，實(shí)現(xiàn)了電源冗余，同時(shí)雙電源可自動(dòng)平衡負(fù)載電流，提高了系統(tǒng)供電的可靠性。

2 雙冗余環(huán)網(wǎng)構(gòu)成

2.1 每臺(tái)上位機(jī)安裝兩塊1613以太網(wǎng)卡，分別接入兩個(gè)HUB中，即保證高速的通訊，也實(shí)現(xiàn)了上位機(jī)無擾切換網(wǎng)絡(luò)冗余的功能。

2.2 兩個(gè)HUB分別接入S7-400H的CP443和上位機(jī)的1613卡，在交換部分實(shí)現(xiàn)冗余。

2.3 S7-400H系列PLC是西門子的最新一代高端產(chǎn)品，是可以實(shí)現(xiàn)硬件熱冗余的控制器。S7-400H一般由兩組S7-400通過光纖通信交換數(shù)據(jù)達(dá)到硬件熱冗余的功能

S7-400PLC的主要性能：

·全系列CPU處理速度整體提高3至70倍

·工作內(nèi)存翻倍，最高達(dá)20MB

·定時(shí)器、計(jì)數(shù)器個(gè)數(shù)提高8倍

·通訊性能全面提高1倍

·零部件和編程工具保持兼容

·全面支持PROFIBUS等時(shí)模式

·支持不停機(jī)修改分布式硬件配置

S7-400的主要特色為：極高的處理速度、強(qiáng)大的通訊性能和卓越的CPU資源裕量。特別適合于高性能的中大規(guī)模系統(tǒng)。

2.4 從站ET200M由2塊IM-153分別與冗余CPU通訊，構(gòu)成PROFIBUS DP通訊冗余，當(dāng)其中一個(gè)IM-153故障時(shí)另一塊IM-153自動(dòng)成為主控，保證從站模塊數(shù)據(jù)正常通訊。

2.5 從站使用有源背板，支持熱插拔，實(shí)現(xiàn)任意模塊故障不影響其他模塊工作通訊，可帶電更換硬件。

3 軟件使用

軟件采用PCS7 6.1具有過程控制系統(tǒng)的所有特性和功能過程控制簡(jiǎn)單而安全，方便信息網(wǎng)絡(luò)和和現(xiàn)場(chǎng)總線及儀表的集成。下位機(jī)程序加載OB70、OB72、OB80、OB81、OB82、OB83、OB85、OB86、OB88、OB100、OB121、OB122 組織塊，可以產(chǎn)生時(shí)間，硬件，通訊報(bào)警中斷，但不導(dǎo)致CPU停止。上位機(jī)可實(shí)時(shí)監(jiān)控CPU和各從站的工作狀態(tài)。

目前，這種雙冗余環(huán)網(wǎng)控制系統(tǒng)在山東、吉林、四川、河南等多個(gè)紙廠的制漿工程上得以應(yīng)用，顯示出高度的穩(wěn)定性和令人滿意的控制效果。該系統(tǒng)因極為穩(wěn)定，從而避免了系統(tǒng)重新投入運(yùn)行造成的電力，蒸汽等方面的巨大損耗，提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。

[1]PCS7手冊(cè).西門子（中國）有限公司自動(dòng)化與驅(qū)動(dòng)集團(tuán)

[2]新一代SIMATIC S7-400產(chǎn)品介紹.西門子（中國）有限公司自動(dòng)化與驅(qū)動(dòng)集團(tuán)

[3]SIMATIC自動(dòng)化系統(tǒng)S&-400容錯(cuò)系統(tǒng)手冊(cè).西門子（中國）有限公司自動(dòng)化與驅(qū)動(dòng)集團(tuán)

2010－10－10

實(shí)驗(yàn)與研究