西門子6ES7314-6EH04-0AB0型號規(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)過程是通過整流機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)鹽水是一個連續(xù)而又復(fù)雜的生產(chǎn)過程，而且整流機組直流電流的輸出對生產(chǎn)有著至關(guān)重要的作用，一旦整流機組出現(xiàn)問題，就可能損壞電解槽和其他相關(guān)的設(shè)備。為此，對整流機組的控制提出了可靠性高、穩(wěn)定性強、容錯能力好的要求，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)，同時也對比了國內(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)以及獲取和準備過程數(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，最大限度的滿足用戶對可靠性的要求，其系統(tǒng)構(gòu)成結(jié)構(gòu)簡圖如下圖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)，如果對可靠性要求更高的話，可以將信號模塊（SM）也設(shè)計成冗余結(jié)構(gòu)，由此就可以更大程度的保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行。當系統(tǒng)中的某個元件或通訊網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時，系統(tǒng)均能正常運行，不影響正常的生產(chǎn)。S7-414H冗余系統(tǒng)是一個復(fù)雜系統(tǒng)，構(gòu)建一個最基本的冗余系統(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)主要是對電解槽的送電系統(tǒng)及輔助設(shè)備進行控制和保護，其控制設(shè)備包括4臺整流機組系統(tǒng)、4臺整流變壓器系統(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)視和遠程操作、直流電流遠程設(shè)定和監(jiān)視、整流變壓器和整流機組保護信號采集、報警和故障跳閘，純水冷卻系統(tǒng)的參數(shù)采集和處理，并且通過工業(yè)以太網(wǎng)，將重要的數(shù)據(jù)送入計算機進行顯示、保存和打印?？刂葡到y(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)分為三個層次，即現(xiàn)場層、控制層和管理層。
現(xiàn)場層為分布在4個整流機組控制柜內(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)而且每個子站必須配置兩塊IM153-2 DP接口模塊，其每個子站典型配置如下所示：

每個ET200M子站分別采集各自的變壓器保護信號、整流機組保護信號、純水冷卻器保護信號和直流刀開關(guān)信號及其他的保護信號，但不能進行控制和計算處理。

控制層中冗余的S7-414H PLC通過最大傳輸速率為12MB/s的Profibus DP現(xiàn)場總線對ET200M的信號進行采集處理，完成控制和保護功能，并且通過工業(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。對于S7-414H系統(tǒng)，為了保證上位機與PLC通訊的可靠性，對CP443-1僅推薦ISO通訊協(xié)議，也就是說只設(shè)置MAC地址，而屏蔽掉IP地址。

管理層主要是對設(shè)備的重要參數(shù)進行顯示、保存和打印，共配置有三臺工業(yè)控制計算機。其中兩臺計算機配置有CP1613智能網(wǎng)卡，并且運行有Wincc監(jiān)控軟件和Wincc冗余選項，雙方互為備用，任何一臺發(fā)生問題均不影響系統(tǒng)的正常運行。工藝室的計算機與冗余計算機則以Server/Client的方式瀏覽數(shù)據(jù)和參與控制。

2.3 監(jiān)控計算機的配置與組態(tài)

監(jiān)控計算機為現(xiàn)場設(shè)備的運行參數(shù)、運行狀態(tài)和歷史數(shù)據(jù)的顯示、保存和打印提供了一個形象的平臺，極大地方便了用戶的操作和維護。對于每臺與S7-414H PLC通訊的監(jiān)控計算機，都需要進行必要的設(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)，冗余計算機所需要的軟件列表如下：

為了使每臺監(jiān)控計算機與S7-414H冗余PLC中的任何一個CPU都能通訊，就必須配置PC Station，通過PC Station中的Application選項，Wincc可以從PLC中讀取現(xiàn)場數(shù)據(jù)。在實際運行中，如果兩個CPU中的一個發(fā)生故障問題，Wincc必須能夠自動的切換到完好的CPU上，恢復(fù)正常的數(shù)據(jù)通訊，因此監(jiān)控計算機必須配置Simatic Net Redconnect選項軟件。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)動程序為mp1613.inf，專用網(wǎng)卡的驅(qū)動程序為WDM1613.inf，這里用專用網(wǎng)卡驅(qū)動）；
（4）、編譯并且下載PC Station；
（5）、選擇step7中 Options→Configure Network，打開Netpro進行網(wǎng)絡(luò)連接配置窗口；
（6）、按照圖3所示的步驟配置連接；
（7）、將如上配置的連接分別下載到計算機和PLC中。