400t/h化学除盐水站PLC系统改造
400t/h化学除盐水站PLC系统改造
王玉平 赵小栋
山西德力信电子科技有限公司 ，山西临汾 041606
摘 要 随着 PLC 技术的不断发展 ，PLC 技术的应用范围越来越广泛 ，冗余系统的实现进一步提高了 PLC 控制系
统的安全性、可靠性 ，从而有力地保障了生产系统的稳定性。
关 键 词 plc 控制 ；冗余 ；热备
1 背景
焦化厂 400t/h 化学除盐水站主要为焦化厂供汽车间自备电站、干熄焦车间自备电站、焦油加工厂炭黑车间尾气锅炉、
回收系统废热锅炉、甲醇分厂废热锅炉、尾气锅炉蒸汽系统及其他除盐水用户提供充足、连续不断的生产用除盐水 ，
从这一点来说 400t/h 化学除盐水站的安全、稳定、长周期运行直接关系到其他几个分厂的安全生产和生产安全。可
靠、稳定、安全、有效的生产过程自动化控制系统则是 400t/h 化学除盐水
站高效运行的有力保证 ，但是由于历史原因 400t/h 化学除盐
水站过程控制系统自投产后一直带病运行 ，给生产带来一定的安全隐患。
2 系统构成
400t/h 化学除盐水站控制系统主站采用西门子 S7 414 4H系列冗余架构 ，子站采用西门子 S7 300 系列 I/O 卡件构成。
主站通过 PROFIBUS-DP 接口与各子站 ET200M 分布式 I/O 进行通讯。主站与子站、主站与上位机之间均采用双网冗余配置用
于保证系统的可靠、安全、有效运行。S7-400H 系列冗余架构 ，为双机架硬件级热备系统 ，两个
控制器使用相同的硬件配置 ，相同的用户程序 ，接受相同的用户数据 ，同步地更新内容 ，当主控制器出现故障 ，另一个控制
器将主动承担起控制任务 ，利用这种主、从两个机架的勿扰动自动切换来减少因单机系统故障或错误而导致的生产损失 ，实
现两套独立主站系统的硬件级冗余功能。S7-400 PLC 采用模块化设计 ，可靠耐用 ，容易扩展 ，容
易实现分布式结构 ，它能够按照不同的需求灵活组合 ，并通过 CP443-1 开放式以太网通讯接口使其具有更加灵活的集成选择。
400t/h 化学除盐水站控制系统包括 2 个主站、7 个子站 ，使用的模块有 ：电源模块 (PS407、PS307)，中央处理单
元 (CPU414-4H)，数字量输入模块 (SM321)、数字量输出模块(SM322)、模拟量输入模块 (SM331)、模拟量输出模块 (SM332)、，
通讯模块 (CP443-1)，接口模块 (IM153-2) 等。上位机采用 OPC 接口软件与 GE Fanuc Ifix4.0 HMI/
SCADA 自动化监控组态软件相结合 ，实时提供生产过程的数据采集和数据监控功能。上位机监控画面主要由总工艺流程图、预处理系统流程图、
RO 系统流程图、混床系统流程图、超滤系统流程图、生产系统工艺参数设置画面以及有关液位、压力、流量、电导率、PH
值等的长趋势历史曲线记录、各类报警信息显示 / 确认等画面组成。生产系统工艺参数设置还包括 ：设备开 / 停车方式、各类液位高 / 中 / 低限及设备作业时间的设置。改造前下位机与上位机通讯采用一台 DELL 以太网交换机
完成。改造后的下位机与上位机通讯采用 SIMATIC NET 工业以太网双网通讯。
3 控制系统存在的问题
控制器冗余功能没有实现 ，正常情况下只能运行一个控制器 ，且系统单网运行 ，左侧控制器对应左侧上位机 ，右侧控制
器对应右侧上位机。正常情况下一台上位机能够显示实时数据，另一台数据框显示“????”，因此平时只有一台上位机电脑用
于系统的监视和控制 ，一旦出现上位机、控制器或者网络故障 ，生产系统将处于失控状态。
经进一步核实 ，主要问题如下 ：单独运行其中一侧控制器 ：
左侧、右侧控制器在没有存储卡的情况下均能够正常运行。
经过修改 OPC 软件参数可以实现两台上位机电脑同步显示相
同数据。子站两块卡 6ES7331-1KF01-0AB0、6ES7332-5HF0D-0AB0 系统内部报故障。
两侧控制器同时运行 ：在不安装存储卡的情况下左侧、右侧控制器均能够在一侧
机架掉电的情况下自动切换运行。主机架掉电 ，从机架自动切换运行后上位机数据显示“？？？？”。
两个控制器的存储卡安装到控制器后 ，右侧控制器不能正常启动 ，报冗余故障。
4 原因分析
根据 S7-400 系统冗余配置两侧控制器同时运行系统报冗余故障 ，可能原因为两套机
架软、硬件配置不对等所致 ，包括硬件的型号、软件的版本号、硬件的容量或者硬件好坏等。
主、从机架自动切换后上位机显示“？？？？”，可能原因为数据传送环节出现问题 ，网络配置可能性比较大。
子站两块卡 6ES7331-1KF01-0AB0、6ES7332-5HF0D-0AB0系统内部报故障 ，可能原因为硬件故障、系统配置错误。
只能单网运行可能是由于第三方通讯软件选择失误 ，系统配置不合理 ，硬件配置不科学不能实现双网运行所致。
5 检查结果
主、从机架存储卡容量大小不一致 ，左侧机架存储卡为
1M，右侧机架存储卡为 2M，且右侧机架存储卡已损坏。软件组态与子站硬件配置不符。
两套控制器各自配备一块单卡单口工业以太网卡 ，公用一台以太网交换机实现数据传输。
主、从控制器各有一个 IP 地址。OPC 软件只能设置一个控制器的 IP 地块。
主控制器出现意外后由于冗余功能没有实现 ，从控制器不能自主切换到控制状态。
OPC 软件与冗余系统软件不兼容不能实现勿扰切换。
6 改造原则有效减少人为因素隐患 ，历时要短 ，最小限度的修改软件组态，最大限度的保证系统有效、可靠运行，且不影响正常生产。
保留原始操作习惯和流程图界面风格 ，完善系统组态 ，丰
富监控画面信息显示内容 ，最大限度地为操作工提供真实、可信的参考数据。
7 改造目的
实现系统冗余功能 ，使系统能够通过将发生中断的控制单元自动切换到备用单元 ，实现生产系统的连续、不间断工作。
实现两台上位机数据同步显示一致内容 ，同时任何一台上
位机出现故障后 ，另一台上位机能够正常工作。有效减小控制系统故障风险 ，增强控制系统的安全性能 ；
有效增加操作工生产系统信息获得量 ，进一步提高操作工的工艺操作水平。
8 改造方案
主、从机架对等配置 ，右侧机架更新存储卡 ，型号 ：6ES7
952-1AK00-0AA0(MC 952/1MB/RAM)。主、从机架各增加一块 CP443-1 以太网卡 ，型号 ：6GK7
443-1EX20-0XE0，实现下位网双网卡运行。
上位机增加 CP1613 西门子专用网卡及相应软件 ，同时增加两台工业以太网交换机实现上位网双网冗余。
更换 OPC 软件 ，重新定义数据库。子站软件组态中增加缺失的硬件 ，实现软硬件对等配置。
保留原有操作画面、操作习惯、设备启 / 停控制逻辑及方
法不变。
修改历史数据库 ，增加关键、重要点的长趋势历史曲线记录。
增加相应关键、重要点的报警记录、报警音响及上位机流程图画面文字闪烁警示内容。
9 结论
经过改造 ，控制系统真正实现了双机头、双网运行模式 ，系统可靠性得到了进一步提高 ，系统上位机监控画面内容更加
丰富 ，生产系统的安全性得到了进一步保障 ，更有利于生产系统的长周期、满负荷、稳定运行。
参考文献
[1]廖常初.跟我动手学S7-300/400PLC. 机械工业出版社.
[2]向晓汉，苏高峰. 西门子PLC工业通信完全精通教程.化学工业出版社.
[3]李方园，吴於.零起点学西门子S7-300/400. PLC 机械工业出版社.
