西门子冗余PLC在调胶生产线升级项目的应用

发布时间：2017-05-27 www.cechina.cn

　　原长兴电子公司调胶图控DCS系统采用的是霍尼韦尔公司的C200控制器，系统建成时间比较久，备品备件目前已经很难订购，即使订购也需要相对较长的时间，系统的备件仅能使用台湾公司拆机的模块进行保障(有时会遇到硬件版本不匹配的情况)，且进行原控制系统已经不能满足目前的生产工艺的要求。该DCS控制系统是公司整个生产过程控制系统的最前端，同时也是整个工厂控制系统的核心单元，如果发生宕机事故，整个工厂将全部停产，造成的损失将无法进行估量。
　　新提交的方案中包括霍尼韦尔、罗斯蒙特以及西门子，经过与用户技术部门多次技术交流，西门子的同步技术、冗余I/O接口模块的设计、支持热插拔、在线增删硬件等功能都成为用户最终选择西门子的理由，最后再加上400H系统开发的便捷、高可靠性和维护简便，最终S7-400H系统成为本次改造的最终方案。
　　改造进度计划
　　整个改造计划于2013年5月开始，2013年10月6日新系统正式投入生产，为不影响工厂的生产，正式进场施工为2013年9月30日-10月5日。前期时间均为改造前期准备工作。

项目整体改造进度计划

　　为保障整新控制系统顺利改造升级，我们制定了详细的项目进度计划，项目实施过程当中与制定计划发生偏离，马上进行纠错重新制定进度，以确保能够在用户要求的日期开始正常的生产计划。
　　程序模拟与测试

表1:控制系统的主要配置

　　在这里值得提到的是，西门子强大的仿真程序S7-PLCSIM，使用该软件为项目争取了宝贵的时间。
　　内部测试中我们采用仿真软件PLCSIM模拟调试了SETP7中的程序，并建立了与WINCC的连接，最后用实际的硬件进行验证，运行结果与仿真结果完全一致，因为有西门子强大的仿真程序做基础，工厂联机调试提前完成。
　　对于高可靠性系统在完成工艺程序测试外，我们建议对控制系统性能做如下测试：
　　●操作员站或服务器的冗余切换试验（不少于5次）
　　●控制站控制器模件冗余切换试验（不少于10次）
　　●控制回路可靠性试验
　　●通信总线冗余切换试验（不少于10次）
　　●模件、控制系统及机柜供电冗余切换试验（停电恢复测试、不少于10次）
　　●容错性能试验
　　●模件热拔插试验（不少于5次，报警记录，相应）
　　●系统实时性测试（运算周期测试）
　　●系统响应时间的测试
　　系统构成和功能
　　系统采用西门子容错型CPU S7-400H，通过Profibus-DP的分布式网络扩展IO。远程分布式接口使用带有源背板总线的冗余接口模版ET200M。上位机采用双网卡，分别接入不同控制柜的交换机，每套400H中的以太网模块也分别接入不同的交换机，两部不同控制柜的交换机分别接入核心交换机，现场操作计算机通过光纤接入核心交换机。

新DCS系统网络结构拓扑图

　　此控制系统主要完成不同胶液的配方配置，涂胶程序控制等主要功能，系统控制的主要对象包括：热水罐、溶剂罐、树脂罐、调胶罐、冷却罐、静止罐、平衡罐等。
　　系统安装和调试
　　原控制柜拆除在完成单点测试后系统按照原定计划直接进入试生产工作，因新系统出厂运抵现场之前，用户已经对新的系统进行了为期一周时间的模拟带电测试，所有的工艺流程都已经进行了模拟，因此试生产期间操作人员对新系统已经比较熟悉，按照原定计划试生产后一周后系统顺利正式投产。
　　根据用户需求我们选择了2套412-5H系列的CPU冗余分别为不同的生产线进行服务，I/O模块通过ET200DP冗余网络接入CPU。两套冗余的PLC与两台冗余的上位机通过工业以太网进行连接。

400H冗余CPU级I/O模块

紧张的现场调试

　　原DCS系统网络控制器通过细缆与上位机进行通讯，因已使用多年原细缆BNC接口的T头已出现氧化现象，现场通讯故障现场偶发，同时工业环境的现场又存在一定的干扰信号远程操作站也会偶发与无法与上位机服务器无法通讯的故障。
　　为彻底解决这些现场信号对网络的干扰，新系统的中的远程操作站与服务器通讯全部通过光纤进行通讯，控制室内的计算机系统全部使用6类屏蔽双绞线进行网络连接。
　　400H冗余CPU故障检测，程序备份全部由系统自动通过光纤完成，故障切换时间小于100ms。总线控制器故障后备CPU可自动接管全部控制功能，对用户控制现场没有任何影响。

新旧系统对比。左图为原霍尼韦尔DCS系统控制柜，右图为新的控制系统CPU主控柜。

　　应用体会
　　S7-400H热冗余系统的冗余特性主要是针对CPU部件、通信部件和通信介质而设计的，所以S7-400H非常适合于要求高性能和高可靠性的大型控制场合，而且满足大规模系统的大容量控制任务。对于用户来说，可以将H系统作为普通的系统，因为H系统具有隐藏的冗余性，无需特别的程序，使用STEP7可以很方便地对冗余功能进行参数设置和配置。系统加载时自动将程序分配到两个冗余的CPU 上，H系统利用光缆通过Sync模块进行同步以及故障检测。
　　下载程序时，只考虑单个CPU，程序可自动拷贝到另一个CPU中。CPU修复后自动再进入,运行中所有部件可更换,小于100ms的故障切换时间，对比其他系统在CPU故障后需要重新手动拷贝程序的情况，400H冗余系统就智能了很多。（作者：刘颖涛,陈忠湾 珠海安能自动化科技有限公司）