雙冗余環網在制漿DCS系統中的應用

康爾喆

（天津輕工業機械廠設計研究所，300380）

雙冗余環網在制漿DCS系統中的應用

康爾喆

（天津輕工業機械廠設計研究所，300380）

介紹了紙廠中雙冗余環網的構成及必要性

冗余 環網 PCS7

在整個紙廠的生產中，制漿車間是整個生產線的第一道工序，直接關系著整個生產的連續性，制漿部分的穩定運行對整體生產線的產能、消耗有著至關重要的作用。

1 硬件構成

控制系統采用S7-400 H冗余CPU作為主站，基于標準S7-400模板的S7-400H是一個冗余的PLC，可以明顯地減少生產過程的故障停機率，適用于那些需要盡可能減少或避免故障停機的應用場合。例如發電或輸、配電、化學工業、采礦、運輸等。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整個控制系統的影響，上位機使用1613卡可實現數據高速傳輸及無擾切換。

容錯性是通過二個并行的中央控制器實現的。它們的CPU通過光纜連接并通過冗余的PROFIBUS DP線路對冗余的I/O進行控制。除了故障CPU和PROFIBUS外，I/O自身可以冗余。當發生錯誤或故障時進行無擾動的切換，即未受影響的熱備控制器將在中斷點繼續執行控制而不丟失任何信息。

電源冗余：該控制系統中，每PLC主站皆采用雙SITOP電源(6EP1 336-2BA0)，實現了電源冗余，同時雙電源可自動平衡負載電流，提高了系統供電的可靠性。

2 雙冗余環網構成

2.1 每臺上位機安裝兩塊1613以太網卡，分別接入兩個HUB中，即保證高速的通訊，也實現了上位機無擾切換網絡冗余的功能。

2.2 兩個HUB分別接入S7-400H的CP443和上位機的1613卡，在交換部分實現冗余。

2.3 S7-400H系列PLC是西門子的最新一代高端產品，是可以實現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據達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

·工作內存翻倍，最高達20MB

·定時器、計數器個數提高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等時模式

·支持不停機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模系統。

2.4 從站ET200M由2塊IM-153分別與冗余CPU通訊，構成PROFIBUS DP通訊冗余，當其中一個IM-153故障時另一塊IM-153自動成為主控，保證從站模塊數據正常通訊。

2.5 從站使用有源背板，支持熱插拔，實現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具有過程控制系統的所有特性和功能過程控制簡單而安全，方便信息網絡和和現場總線及儀表的集成。下位機程序加載OB70、OB72、OB80、OB81、OB82、OB83、OB85、OB86、OB88、OB100、OB121、OB122 組織塊，可以產生時間，硬件，通訊報警中斷，但不導致CPU停止。上位機可實時監控CPU和各從站的工作狀態。

目前，這種雙冗余環網控制系統在山東、吉林、四川、河南等多個紙廠的制漿工程上得以應用，顯示出高度的穩定性和令人滿意的控制效果。該系統因極為穩定，從而避免了系統重新投入運行造成的電力，蒸汽等方面的巨大損耗，提高了企業的生產效率和經濟效益。

[1]PCS7手冊.西門子（中國）有限公司自動化與驅動集團

[2]新一代SIMATIC S7-400產品介紹.西門子（中國）有限公司自動化與驅動集團

[3]SIMATIC自動化系統S&-400容錯系統手冊.西門子（中國）有限公司自動化與驅動集團

2010－10－10

實驗與研究