西门子6ES7231-7PC22-0XA0型号大全
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| 本文介绍了王滩电厂脱硫控制系统通讯中断问题的原因分析及处理方案以及在改进中需注意的问题。 | |
王滩电厂脱硫系统自投运以来， PLC控制系统在双机热备情况下经常出现通讯中断现象，直接影响了运行人员对系统的监控，为此只能采取临时措施，将双CPU热备运行方式退出，改为单CPU运行，减小扫描周期，这极大地降低了PLC控制系统的安全可靠性，给两台600MW机组的稳定运行带来一定的安全隐患。 |
一、系统通讯
1.1 直连方案
在原BOP中增加1台上位机操作员站，配置及功能与原上位机操作员站相同，并将该站放置在DCS集控室。这样，运行人员就可以在DCS集控室对BOP进行监控，其系统结构见图1。
该方案系统结构简单，技术上易于实施，仅需要增加1台操作员站。由于DCS集控室距离BOP较远，需采用光纤通讯，并且DCS网络与BOP网络相互独立，无法形成统一的数据库。
1.2 Modbus方案
采用Modbus协议实现DCS与BOP PLC系统的联网。Modbus协议是通讯规约，Ovation DCS和MODICON QUANTUM系列PLC均支持该协议，其系统结构见图2。
该方案可使DCS通过Modbus协议直接对PLC进行读写操作，从而实现在DCS集控室监控BOP;在DCS侧形成一个完整的数据库，且无需增加过多的额外设备。不足之处是:MODICON QUANTUM系列Pl，C的ModbuS接口为RS2.32口，远距离通讯时需要转换为RS485，通讯介质为屏蔽双绞线;Modbus通讯速率较低，当通讯数据量大时，会造成网络堵塞;采用热备配置的BOP PLC系统，主、从控制器切换时会造成数据在切换过程中的丢失。
1.3 OPC方案
DCS、PLC都具有OPC接口能力，采用OPC技术实现DCS与BOP PLC系统的联网，其系统结构见图3。
相对于直连方案和Modbus方案，OPC方案具有以下主要特点:
(1)Ovation DCS和BOP PLC系统上位机软件IFIX均基于(JPC标准开发，且DCS的操作员站和BOP PLC系统上位机均支持以太网通讯，因此易于实现。
(2)DCS数据库和ROP PLC系统数据库在DCS中可以整合为一个数据库，完全实现在DCS上对BOP的监控。
(3)采用快速光纤以太网可保证网络的畅通和整个系统的性能，且网络拓扑结构简单，需要额外增加的设备较少。
(4)当BOPPLC系统发生双机热备切换时，DCS和PLC系统的通讯仍然能够正常进行，无需专门设计切换电路。
二、OPC方案的实现
BOP的化学水处理控制系统和热网控制系统软、硬件配置基本一致。本文仅以化学水处理控制系统为例，对OPC方案的应用加以说明。
2.1 建立以太网
在DCS与化学水处理控制系统联网之前，各自网络为独立的局域网(以太网)。为了实现OPC方案，首先必须建立两个系统之间的光纤以太网。为了保证各自网络的相对独立和安全性，两个局域网的网段不一样，因此需设置网关和路由才能在两个系统之间建立一条以太网通道。
2.2 设置OPC服务器和客户端
确认OPC服务器(SERVER)的上位机安装的是带有OPC服务的IFIX，且运行IFIX时，必须启动IFIX的OPC服务(一个名为OPC2OiFTX.EXE的可执行文件)。
OPC基于Microsoft bbbbbbs的对象链接和嵌套(Active X)、部件对象模型(COM)和分布式部件对象模型(DCOM)技术，因此需要修改OPC SERVER的IFIX操作员站以及作为OPC客户端(CLIENT)的DCS操作员站的DCOM配置，才能建立OPC SERVER和OPC CLIENT之间的正确连接。这是建立SERVER/CLIENT结构的关键一步。
(1)OPC SERVER的DCOM设置 作为OPC SERVER的IFIX操作员站所使用的计算机操作系统为bbbbbbs2000，因此本文以bbbbbb2000操作系统为例说明DCOM的设置。1)点击"开始"菜单中的"运行"，在弹出的对话框中输入"DCOMCNFG"打开DCOM的设置页面;2)在"总体默认属性"页面上，选择"在这台计算机上启用分布式COM"选项，同时将"默认身份级别"设置为"无";3)在"总体默认安全机制"页面上，确认"默认访问权限"和"默认启动权限"的默认值中无"Everyone"存在。如果"Everyone"存在，应用服务器将不能正常启动;4)在"常规"页面中，双击应用服务器IFIX OPC SERVER，打开其DCOM属性设置，将"常规"页面中的"身份验证级别"改为"无";在"位置"页面上选中"在这台计算机上运行应用程序"选项;在"安全性"页面中，所有的选项都选择"使用自定义访问权限"，编辑每一个权限，将"Everyone"加入用户列表中;在"身份标识"页面中，选择"交互式用户"。
(2)OPCCLIENT的DCOM设置 作为OPC CLIENT的Ovation DCS操作员站所使用的计算机操作系统为bbbbbbs xp，具体设置可以参阅DCS的相关手册，该部分工作由DCS厂家完成，在此不进行详述。
(3)在OPC CLIENT上访问OPC SERVER 正确配置了OPC SERVER和CLIENT的DCOM后，就在DCS和BOP PLC系统之间构建了一条基于OPC的网络通道，从而将BOP的过程数据库纳入DCS过程数据库中，实现在DCS操作员站上对BOP的监控。
三、结语
上海漕烃热电有限责任公司的DCS与BOP PLC系统的通讯选用的是基于OPC方案，该方案实现了在DCS集控室对BOP的监控和无人值守。通过一段时间的运行，该方案也暴露出一定的问题，主要是在DCS操作员站启动OPC通讯时，OPC CLIENT会对OPC SERVER写数据(如设定值)，影响PLC系统的正常运行。该问题可以通过对DCS进行设置和编写程序得到解决，经完善后系统目前运行稳定。
1.3 PLC控制系统设计
利用信号采集模块实时采集锅炉的输油管进出口温度和压力，根据设定起炉、转火、停炉温度值控制燃烧机的自动启动、转火、停止等操作。根据温度、压力报警设定值，控制锅炉紧急停炉和故障报警等处理。
控制系统组成：一组CPU 315-2 DP 处理器（带PROFIBUS-DP接口）；2组ET200M模块（各自带2个IM352接口）；一组SM321 DI开关量输入模块；一组SM322 DO开关量输出模块；3组SM331 AI模拟量输入模块。一组CP343-1以太网通信处理器模块。
1.4 WinCC与S7-300的通信实现
根据控制方案的设计，采用WinCC组态作为上位机监控，用西门子的S7_300作为下位机执行机构，我将采用以太网的标准Tcp/IP协议实现WinCC与S7-300的通信，将现场的状态参数、控制参数等上传到监控层。这个变量传递的过程可以用图3来说明
1.5 WinCC组态冗余的实现
通过两台独立计算机同时运行项目功能完全相同的WinCC组态项目，构成并行服务器来实现组态冗余结构，两台服务器通过以太网连接，并与PLC连接。每台服务器都带有其自身的过程连接和可用的数据归档，工作PLC站将过程数据和消息同时发送到两台冗余服务器。如果一台服务器发生故障，另一台将继续接收和归档来自PLC工作站的过程值和消息。出现故障的服务器重新工作后，冗余服务器为故障时间的归档执行同步，通过将丢失的数据重新传送到出故障的服务器，来消除故障引起的归档差别。
冗余服务器的组态实现：1．必须在两个冗余服务器上组态功能完全相同的WinCC组态项目（建议使用WinCC项目复制器）。2. 对于WinCC冗余，需要同步服务器（建议使用设备的时间同步）。3. 配置冗余用户归档，实现用户归档同步。4. 组态在线消息同步。5. 打开冗余编辑器，在“冗余伙伴服务器”项，输入冗余服务器的名称，并在“用户归档”项下，激活“用户归档的同步”。
本系统通过动态向导设置读取IP冗余地址，实现主S7-300数据监控。
1.6 软冗余程序的设计
软冗余程序需要西门子提供的软冗余软件包及STEP7，在A站的Block中插入OB1（主循环程序块）、OB35（定时中断组织块）、OB100（暖启动调用程序块）、OB80（在主系统与备用系统切换时间超时，调用该块）、OB82（DP-Slave ET200站上的IM153-2模块出错报警，调用该功能块）、OB83（DP从站的接口模块与主站链接断开或链接重新建立时调用该块）、OB86（主从站通讯出错调用该块）、OB87（通讯失败调用该块）、OB122（外围设备访问出错调用该块）、OB121等组织块，并对其中的OB100、OB35、OB86进行编程。
首先，用户需要在初始化程序中（OB100）定义冗余部分的数据区，该数据区可以包括：一个过程映像区，一个定时器区，一个计数器区和一个数据块区，S7-300同步的大数据量为8kBytes。本控制系统将每台锅炉的温度、压力采集值和运行状态参数分别放置在不同的DB数据块，并定义为需要冗余的数据块。
使用的是OB35的默认属性，即每100ms中断触发一次，可以根据实际的需要在CPU属性中修改中断的时间间隔。在OB35里调用FB101S ’WR_ZYK’功能块，FB101块中封装了冗余功能的程序段，实现冗余功能。当执行‘SWR_START’程序块时，系统分配这些数据区，不能用S7 的定时器和计数器，只能使用IEC标准的定时器和计数器。
OB35中的程序段也可以在OB1中实现，只是不使用中断的方式，而使用主循环的方式。
调用FB101时，你可以在线地读出RETURN_VAL参数的数值，如果为0，说明冗余链接正常。如果为8015说明数据同步的连接不成功，原因是CP342-5之间的FDL链接建立的不正确或物理链路不通，或者是FC100的VERB_ID参数与NETPRO中的ID号不一致。
2．结束语：
以上简要介绍了SIEMENS软件冗余系统的系统组成、工作原理、程序编制，整个系统组成简单、构成灵活、程序编制比较容易。系统在某输油站投入运行以来,保证了系统无故障停机运行,提高了工作效率,降低了维护费用，以其可靠性、灵活性、便利性受到用户好评。
