双冗余环网在制浆DCS系统中的应用

康尔喆

（天津轻工业机械厂设计研究所，300380）

双冗余环网在制浆DCS系统中的应用

康尔喆

（天津轻工业机械厂设计研究所，300380）

介绍了纸厂中双冗余环网的构成及必要性

冗余 环网 PCS7

在整个纸厂的生产中，制浆车间是整个生产线的第一道工序，直接关系着整个生产的连续性，制浆部分的稳定运行对整体生产线的产能、消耗有着至关重要的作用。

1 硬件构成

控制系统采用S7-400 H冗余CPU作为主站，基于标准S7-400模板的S7-400H是一个冗余的PLC，可以明显地减少生产过程的故障停机率，适用于那些需要尽可能减少或避免故障停机的应用场合。例如发电或输、配电、化学工业、采矿、运输等。从站ET200M使用S7-300模块，采用可热插拔的有源总线背板极大地降低硬件损坏对整个控制系统的影响，上位机使用1613卡可实现数据高速传输及无扰切换。

容错性是通过二个并行的中央控制器实现的。它们的CPU通过光缆连接并通过冗余的PROFIBUS DP线路对冗余的I/O进行控制。除了故障CPU和PROFIBUS外，I/O自身可以冗余。当发生错误或故障时进行无扰动的切换，即未受影响的热备控制器将在中断点继续执行控制而不丢失任何信息。

电源冗余：该控制系统中，每PLC主站皆采用双SITOP电源(6EP1 336-2BA0)，实现了电源冗余，同时双电源可自动平衡负载电流，提高了系统供电的可靠性。

2 双冗余环网构成

2.1 每台上位机安装两块1613以太网卡，分别接入两个HUB中，即保证高速的通讯，也实现了上位机无扰切换网络冗余的功能。

2.2 两个HUB分别接入S7-400H的CP443和上位机的1613卡，在交换部分实现冗余。

2.3 S7-400H系列PLC是西门子的最新一代高端产品，是可以实现硬件热冗余的控制器。S7-400H一般由两组S7-400通过光纤通信交换数据达到硬件热冗余的功能

S7-400PLC的主要性能：

·全系列CPU处理速度整体提高3至70倍

·工作内存翻倍，最高达20MB

·定时器、计数器个数提高8倍

·通讯性能全面提高1倍

·零部件和编程工具保持兼容

·全面支持PROFIBUS等时模式

·支持不停机修改分布式硬件配置

S7-400的主要特色为：极高的处理速度、强大的通讯性能和卓越的CPU资源裕量。特别适合于高性能的中大规模系统。

2.4 从站ET200M由2块IM-153分别与冗余CPU通讯，构成PROFIBUS DP通讯冗余，当其中一个IM-153故障时另一块IM-153自动成为主控，保证从站模块数据正常通讯。

2.5 从站使用有源背板，支持热插拔，实现任意模块故障不影响其他模块工作通讯，可带电更换硬件。

3 软件使用

软件采用PCS7 6.1具有过程控制系统的所有特性和功能过程控制简单而安全，方便信息网络和和现场总线及仪表的集成。下位机程序加载OB70、OB72、OB80、OB81、OB82、OB83、OB85、OB86、OB88、OB100、OB121、OB122 组织块，可以产生时间，硬件，通讯报警中断，但不导致CPU停止。上位机可实时监控CPU和各从站的工作状态。

目前，这种双冗余环网控制系统在山东、吉林、四川、河南等多个纸厂的制浆工程上得以应用，显示出高度的稳定性和令人满意的控制效果。该系统因极为稳定，从而避免了系统重新投入运行造成的电力，蒸汽等方面的巨大损耗，提高了企业的生产效率和经济效益。

[1]PCS7手册.西门子（中国）有限公司自动化与驱动集团

[2]新一代SIMATIC S7-400产品介绍.西门子（中国）有限公司自动化与驱动集团

[3]SIMATIC自动化系统S&-400容错系统手册.西门子（中国）有限公司自动化与驱动集团

2010－10－10

实验与研究