西門子6ES7314-6EH04-0AB0型號(hào)規(guī)格

電解工業(yè)鹽水是獲得氯氣、氫氣和燒堿等工業(yè)原料的主要方法之一，其生產(chǎn)過(guò)程是通過(guò)整流機(jī)組輸出大電流到電解槽，使工業(yè)鹽水發(fā)生電離，從而產(chǎn)生氯氣、燒堿和氫氣等產(chǎn)品。由于電解工業(yè)鹽水是一個(gè)連續(xù)而又復(fù)雜的生產(chǎn)過(guò)程，而且整流機(jī)組直流電流的輸出對(duì)生產(chǎn)有著至關(guān)重要的作用，一旦整流機(jī)組出現(xiàn)問(wèn)題，就可能損壞電解槽和其他相關(guān)的設(shè)備。為此，對(duì)整流機(jī)組的控制提出了可靠性高、穩(wěn)定性強(qiáng)、容錯(cuò)能力好的要求，并應(yīng)盡可能的減少整流設(shè)備和整流變壓器出現(xiàn)故障的可能性。

作者通過(guò)分析用戶的需求和目前工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中廣泛采用的高可靠性系統(tǒng)，同時(shí)也對(duì)比了國(guó)內(nèi)外著名的PLC生產(chǎn)廠家，如ABB，AB，Schneider和Siemens，最終選用了西門子公司生產(chǎn)的具有冗余功能的S7-414H系統(tǒng)。

2、 控制器性能及控制系統(tǒng)構(gòu)成

2.1 S7-414H控制器性能

S7-414H可編程控制器是西門子公司推出的一種具有高可用性和冗余結(jié)構(gòu)的PLC系統(tǒng)，是一種智能化和分布性都達(dá)到了水平的可編程控制器。該控制器在控制、調(diào)節(jié)以及獲取和準(zhǔn)備過(guò)程數(shù)據(jù)的全部功能中都起著重要的作用。S7-414H系統(tǒng)中的主要元件均采用了雙重冗余結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，最大限度的滿足用戶對(duì)可靠性的要求，其系統(tǒng)構(gòu)成結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下圖1所示：

圖1 具有冗余功能的S7-414H系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

從上圖可以看出，為了保證系統(tǒng)的可靠性，S7-414H系統(tǒng)的主要部件包括電源模塊（PS）、CPU模塊、通訊模塊（CP）、通訊網(wǎng)絡(luò)（BUS）和通訊接口模塊（IM153-2）均采用了冗余結(jié)構(gòu)，如果對(duì)可靠性要求更高的話，可以將信號(hào)模塊（SM）也設(shè)計(jì)成冗余結(jié)構(gòu)，由此就可以更大程度的保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。當(dāng)系統(tǒng)中的某個(gè)元件或通訊網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)均能正常運(yùn)行，不影響正常的生產(chǎn)。S7-414H冗余系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)，構(gòu)建一個(gè)最基本的冗余系統(tǒng)主站需要如下的典型配置：

2.2 燒堿裝置控制系統(tǒng)構(gòu)成

燒堿裝置控制系統(tǒng)主要是對(duì)電解槽的送電系統(tǒng)及輔助設(shè)備進(jìn)行控制和保護(hù)，其控制設(shè)備包括4臺(tái)整流機(jī)組系統(tǒng)、4臺(tái)整流變壓器系統(tǒng)、4套純水冷卻系統(tǒng)以及4套直流刀開關(guān)系統(tǒng)，完成的控制功能包括直流刀開關(guān)狀態(tài)監(jiān)視和遠(yuǎn)程操作、直流電流遠(yuǎn)程設(shè)定和監(jiān)視、整流變壓器和整流機(jī)組保護(hù)信號(hào)采集、報(bào)警和故障跳閘，純水冷卻系統(tǒng)的參數(shù)采集和處理，并且通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)，將重要的數(shù)據(jù)送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行顯示、保存和打印。控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)原理如圖2所示：

圖2 燒堿裝置控制原理圖
從上圖可以看出，控制系統(tǒng)分為三個(gè)層次，即現(xiàn)場(chǎng)層、控制層和管理層。
現(xiàn)場(chǎng)層為分布在4個(gè)整流機(jī)組控制柜內(nèi)的ET200M，由于主站為S7-414H冗余系統(tǒng)，因此ET200M必須配置成可帶電熱插拔（即Active Bus）的子系統(tǒng)而且每個(gè)子站必須配置兩塊IM153-2 DP接口模塊，其每個(gè)子站典型配置如下所示：

每個(gè)ET200M子站分別采集各自的變壓器保護(hù)信號(hào)、整流機(jī)組保護(hù)信號(hào)、純水冷卻器保護(hù)信號(hào)和直流刀開關(guān)信號(hào)及其他的保護(hù)信號(hào)，但不能進(jìn)行控制和計(jì)算處理。

控制層中冗余的S7-414H PLC通過(guò)最大傳輸速率為12MB/s的Profibus DP現(xiàn)場(chǎng)總線對(duì)ET200M的信號(hào)進(jìn)行采集處理，完成控制和保護(hù)功能，并且通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)模塊CP443-1上傳必要的數(shù)據(jù)。CP443-1通訊模塊是西門子公司S7-400系列PLC中的工業(yè)以太網(wǎng)通訊模塊，其支持TCP/IP、ISO協(xié)議。對(duì)于S7-414H系統(tǒng)，為了保證上位機(jī)與PLC通訊的可靠性，對(duì)CP443-1僅推薦ISO通訊協(xié)議，也就是說(shuō)只設(shè)置MAC地址，而屏蔽掉IP地址。

管理層主要是對(duì)設(shè)備的重要參數(shù)進(jìn)行顯示、保存和打印，共配置有三臺(tái)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。其中兩臺(tái)計(jì)算機(jī)配置有CP1613智能網(wǎng)卡，并且運(yùn)行有Wincc監(jiān)控軟件和Wincc冗余選項(xiàng)，雙方互為備用，任何一臺(tái)發(fā)生問(wèn)題均不影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。工藝室的計(jì)算機(jī)與冗余計(jì)算機(jī)則以Server/Client的方式瀏覽數(shù)據(jù)和參與控制。

2.3 監(jiān)控計(jì)算機(jī)的配置與組態(tài)

監(jiān)控計(jì)算機(jī)為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)、運(yùn)行狀態(tài)和歷史數(shù)據(jù)的顯示、保存和打印提供了一個(gè)形象的平臺(tái)，極大地方便了用戶的操作和維護(hù)。對(duì)于每臺(tái)與S7-414H PLC通訊的監(jiān)控計(jì)算機(jī)，都需要進(jìn)行必要的設(shè)置，其主要包括PC站（PC Station）的配置和Wincc監(jiān)控畫面的組態(tài)，冗余計(jì)算機(jī)所需要的軟件列表如下：

為了使每臺(tái)監(jiān)控計(jì)算機(jī)與S7-414H冗余PLC中的任何一個(gè)CPU都能通訊，就必須配置PC Station，通過(guò)PC Station中的Application選項(xiàng)，Wincc可以從PLC中讀取現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)。在實(shí)際運(yùn)行中，如果兩個(gè)CPU中的一個(gè)發(fā)生故障問(wèn)題，Wincc必須能夠自動(dòng)的切換到完好的CPU上，恢復(fù)正常的數(shù)據(jù)通訊，因此監(jiān)控計(jì)算機(jī)必須配置Simatic Net Redconnect選項(xiàng)軟件。PC Station的配置步驟包括：
（1）、在Step7中插入PC Station，并且打開Configuration（注意：將PC Station同H系統(tǒng)項(xiàng)目放在同一Project下）；
（2）、在HW Config中，按照Station Configuration Editor的內(nèi)容配置PC站，必須要插入的為Application選項(xiàng)和CP1613網(wǎng)卡；
（3）、配置CP1613網(wǎng)卡為專用網(wǎng)卡且配置上MAC地址，無(wú)需配置IP地址（注意：CP1613可以作為普通網(wǎng)卡，也可以作為專用網(wǎng)卡，其中普通網(wǎng)卡的驅(qū)動(dòng)程序?yàn)閙p1613.inf，專用網(wǎng)卡的驅(qū)動(dòng)程序?yàn)閃DM1613.inf，這里用專用網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)）；
（4）、編譯并且下載PC Station；
（5）、選擇step7中 Options→Configure Network，打開Netpro進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接配置窗口；
（6）、按照?qǐng)D3所示的步驟配置連接；
（7）、將如上配置的連接分別下載到計(jì)算機(jī)和PLC中。