1.引言
天津石化烯烴部污水處理裝置原來(lái)采用的是西門子S5-115U，該套污水裝置從1994年投入生產(chǎn)，至今該套系統(tǒng)已經(jīng)連續(xù)運(yùn)行十多年，按照西門子公司提供的產(chǎn)品元件更換周期，大部分元件（如：I/O卡，通訊卡等）均已經(jīng)超過(guò)使用壽命，而且部分元件已出現(xiàn)明顯老化現(xiàn)象，由于PLC故障引發(fā)的生產(chǎn)事故近年不斷增加，有時(shí)會(huì)給環(huán)境帶來(lái)一定的影響；另外原污水控制系統(tǒng)有部分余量，但是這些年來(lái)隨著一些技改技措，增加了許多監(jiān)視、控制點(diǎn)，原富余點(diǎn)已經(jīng)基本利用上，再有新的改造或增加監(jiān)視控制點(diǎn)已基本沒有位置，這樣為污水裝置今后技改技措的發(fā)展帶來(lái)一定的難度。還有由于該型號(hào)產(chǎn)品已經(jīng)淘汰，備件產(chǎn)量較少，價(jià)錢比較高且采購(gòu)周期長(zhǎng)。
前段時(shí)間操作站與PLC通訊的通訊卡出現(xiàn)故障，不能通訊，加之工控機(jī)的硬盤也發(fā)生故障，工藝人員只能到現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)操作控制現(xiàn)場(chǎng)的工況，故決定馬上進(jìn)行升級(jí)改造該套控制系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)綜合考慮決定控制系統(tǒng)采用西門子S7-400,監(jiān)控系統(tǒng)采用西門子WINCC監(jiān)控軟件，使操作安全、便捷。
2.控制系統(tǒng)硬件配置方案
由于PLC具有通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。它采用可編程序的存貯器，用來(lái)在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。可編程序控制器及其有關(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。采用以S7-400為核心的控制系統(tǒng)使系統(tǒng)更加安全、可靠而且易操作、易管理、易維護(hù)，可以進(jìn)行優(yōu)化控制和先進(jìn)控制。另外從價(jià)格因素考慮，改造用的的PLC控制系統(tǒng)可以利舊使用污水車間原來(lái)限制下來(lái)的一套控制系統(tǒng)，不用從新購(gòu)置S7-400的硬件設(shè)備，大大節(jié)省了資金，而且日后維護(hù)、檢修的費(fèi)用都較低。
經(jīng)過(guò)對(duì)該套裝置的控制點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)以及對(duì)復(fù)雜回路、聯(lián)鎖回路的分析決定，改造后系統(tǒng)由一個(gè)主機(jī)架（CPU機(jī)架）和擴(kuò)展機(jī)架構(gòu)成，
其中數(shù)字量輸入模板為6ES7 421-1BL00-0AA0，DI32*24VDC，
數(shù)字量輸出模板為6ES7 422-1BL00-0AA0，DO32*24VDC/0.5A，
模擬量輸入模板為6ES7 431-1BL00-0AB0，AO8*13Bit；
模擬量輸出模板為6ES7 432-1HF00-0AA0，AO8*13Bit；
PLC系統(tǒng)供電由一個(gè)20A的SIEMENS電源提供，以保證系統(tǒng)良好運(yùn)行。
系統(tǒng)硬件組態(tài)結(jié)構(gòu)如圖一、圖二、圖三：
系統(tǒng)硬件組態(tài)結(jié)構(gòu)如圖一
系統(tǒng)硬件組態(tài)結(jié)構(gòu)如圖二
系統(tǒng)硬件組態(tài)結(jié)構(gòu)如圖三
3.控制系統(tǒng)軟件配置方案
本系統(tǒng)在軟件上用STEP7 V5.3用于PLC的編程和硬件及網(wǎng)絡(luò)的組態(tài)；控制室上位機(jī)采用DELL產(chǎn)品，系統(tǒng)軟件采用WINDOWS2000，人機(jī)界面采用WINCC完成組態(tài)，中空可以完成開、停車及控制的所有操作，上位機(jī)CRT顯示裝置開停車狀態(tài)、壓力、溫度、液位、等參數(shù)，顯示報(bào)警狀態(tài)、歷史趨勢(shì)圖、調(diào)節(jié)閥開關(guān)狀態(tài)，并具有報(bào)表打印功能。
4.控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及網(wǎng)絡(luò)協(xié)議配置
本系統(tǒng)S7400主機(jī)架和其它機(jī)架ET200M以及觸屏采用PROFIBUS-DP總線連接。PLC與上位機(jī)的通訊采用MPI網(wǎng)，通過(guò)主機(jī)架上的網(wǎng)卡連接，便于以后的網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展。CPU上的MPI（多點(diǎn)接口）用于和編程器以及其他的CPU通訊。
控制系統(tǒng)S7-400網(wǎng)絡(luò)組態(tài)如圖四所示：
圖四 控制系統(tǒng)S7-400網(wǎng)絡(luò)組態(tài)圖
5.此次改造的難點(diǎn)
軟件上需要將S5-115U程序轉(zhuǎn)換為S7-400的程序，一開始嘗試用軟件的方式將S5-115U程序轉(zhuǎn)換為S7-400的程序，但轉(zhuǎn)換出來(lái)的程序S7-400不能識(shí)別，沒有成功，軟件編寫只能重新自己編寫，地址需要重新定義，另外工期特別緊，只給了半個(gè)月的工期，因此工作量比較繁重。
10、綜合故障監(jiān)控系統(tǒng)
因其是全場(chǎng)的污水處理裝置是核心生產(chǎn)設(shè)備，它的安全運(yùn)行至關(guān)重要，其運(yùn)行參數(shù)如壓力、溫度、液位、分析參數(shù)等必須嚴(yán)格監(jiān)控，否則會(huì)對(duì)環(huán)境造成影響，因此有必要設(shè)置綜合故障監(jiān)控系統(tǒng)。
需要指出是，上述控制系統(tǒng)不是孤立的，它們應(yīng)該相互聯(lián)系起來(lái)，才能實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制。為了使該系統(tǒng)安全可靠，主要選用AB、SIEMENS和HONEYWELL等國(guó)際著名公司的產(chǎn)品作為系統(tǒng)硬件，將所有的監(jiān)控點(diǎn)和控制回路組態(tài)成畫面，組成較DCS更靈活、經(jīng)濟(jì)，而且速度更快、更安全可靠的控制系統(tǒng)；具備參數(shù)監(jiān)視、歷史記錄、各控制回路調(diào)節(jié)、報(bào)警聯(lián)鎖、聯(lián)鎖切除、工作點(diǎn)運(yùn)行狀態(tài)顯示：故障分析提示、與上位機(jī)通訊、自診斷(包括線路診斷)以及各種打印功能等。PLC控制和手動(dòng)控制雙重控制系統(tǒng)，即在PLC斷電或不能正常工作的情況下，用手動(dòng)控制系統(tǒng)來(lái)操縱主要系統(tǒng)閥門，保證污水的安全運(yùn)行。
6.系統(tǒng)構(gòu)成特點(diǎn)
安全可靠，系統(tǒng)機(jī)柜內(nèi)的220V交流電源和24V直流電源都接入U(xiǎn)PS電源，外部電源故障斷電后可維持40分鐘不間斷供電，不會(huì)對(duì)PLC系統(tǒng)供電產(chǎn)生影響。
組態(tài)方便，可在線修改。工程師站和操作員站即可進(jìn)行離線編程組態(tài)和流程圖修改，也可進(jìn)行在線編程組態(tài)，并采用軟連接的方式對(duì)組態(tài)控制方案進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示和模擬操作。所有組件可在線插拔，在線增減I/O卡件，在線修改控制組態(tài)并下裝及在線修改流程圖并下裝。
易于維護(hù)性：組態(tài)專有功能塊可對(duì)各個(gè)部件進(jìn)行測(cè)試，診斷和維護(hù)，一旦卡件損壞，系統(tǒng)檢測(cè)到以后立即以聲光報(bào)警形式報(bào)警并啟動(dòng)打印機(jī)打印設(shè)備名稱、故障類別及發(fā)生時(shí)間等。與此同時(shí)故障設(shè)備也有發(fā)光二極管亮燈提示，維護(hù)人員可及時(shí)處理。
7．結(jié)束語(yǔ)
該套控制系統(tǒng)經(jīng)調(diào)試后機(jī)組于2008年7月一次開車成功運(yùn)行至今，S7-400 PLC控制系統(tǒng)運(yùn)行良好，人機(jī)界面直觀，流程圖美觀大方，運(yùn)行設(shè)備的啟動(dòng)條件和停機(jī)聯(lián)鎖一目了然，操作簡(jiǎn)單方便，控制系統(tǒng)合理、可靠獲得了操作和管理人員的一致認(rèn)可，控制系統(tǒng)的硬件配置和軟件組態(tài)體現(xiàn)了很高的性價(jià)比。由上述可見當(dāng)今高性能的PLC完全可以完成順序控制、復(fù)雜回路控制和高級(jí)運(yùn)算功能，而且方式靈活，安全可靠。有著廣泛的應(yīng)用前景。