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一 合成氨PLC系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

    蘭州石化公司化肥廠大化肥裝置是由日本東洋公司承建的進口設備，1997年建成投產(chǎn)。合成氨裝置信號報警和聯(lián)鎖保護控制系統(tǒng)由美國生產(chǎn)的Modicon E984-785 PLC（以下簡稱E984-785 PLC）系統(tǒng)完成。E984-785 PLC系統(tǒng)為國外七十年代末期至九十初期產(chǎn)品主流產(chǎn)品，性能比較穩(wěn)定，質(zhì)量可靠。由于該系統(tǒng)使用時間較長，卡件不同程度出現(xiàn)過一些問題，尤其以PLC核心部分主機站單元出現(xiàn)的問題更為嚴重，主機站單元互為熱備冗余的PLC系統(tǒng)，其中一套PLC由于卡件出現(xiàn)問題無法正常運行，再加上產(chǎn)品的不斷更新?lián)Q代，原984系列產(chǎn)品已經(jīng)停產(chǎn)，部分卡件備件無法找到。致使互為熱備冗余的PLC系統(tǒng)單系列運行，一旦另一套PLC中任一模板出現(xiàn)故障，PLC系統(tǒng)無法正常運行，導致整個化肥裝置無法運行，不僅會造成極大的經(jīng)濟損失，甚至會出現(xiàn)安全事故，后果不堪想象。PLC系統(tǒng)改造迫在眉睫。

二  改造方案的建立和實施

    針對E984-785 PLC系統(tǒng)出現(xiàn)的問題，經(jīng)過認真分析研究，主機站問題嚴重，卡件備品無法找到，嚴重影響安全和生產(chǎn)，6個遠程I/O站（drop）故障少且有備品，能夠滿足生產(chǎn)，決定只對E984-785 PLC系統(tǒng)主機站進行升級改造，遠程I/O站不做改造。同時對PLC工程師站升級。

    用配置DELL P4 3.0G 512M USB 1.44M 52X CDROM 19‘液晶PLC工程師站取代原PⅢ配置的PLC工程師站便于組態(tài)和維護；用施耐德自動化公司Modicon TSX Quantum PLC（以下簡稱Quantum PLC）代替原PLC。由于E984-785 PLC和Quantum PLC都是Medcon公司產(chǎn)品，兼容性好，技術(shù)比較成熟，在短期能夠完成，同時投資少，這種方案更適合實際。
升級改造過程如下：

    1 硬件的升級改造

    用Quantum PLC系統(tǒng)代替原E984-785 PLC系統(tǒng)。此次改造在現(xiàn)有PLC系統(tǒng)的基礎上,新增加雙機熱備Quantum 系列CPU模板、通訊模板、切換單元、電源模板。即將原984系統(tǒng)的主機站換成Quantum的主機站，原系統(tǒng)其他6個RIO遠程站不變。
 
    根據(jù)合成氨裝置安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的控制I/O點數(shù)和Quantum PLC性能，選用Quantum PLC系統(tǒng)系列卡件140CPS11420（ Quantum電源, 115/230 VAC,11Amp），140CPU43412A CPU（intel 4X86/133為主處理器，2M用戶邏輯,2MB, 1MB+）、140CRP93200 RIO處理器接口、140CHS11000 Quantum熱備卡件、140XBP00600背板等模件代替相應原模件組成新PLC主機站，其余6個I/O遠程站不做任何處理。

    在施工過程拆除E984-785 PLC卡件、機架、通訊線及PLC工程師站，安裝好Quantum PLC系統(tǒng)背板、卡件、PLC工程師站，接好通訊線，硬件安裝工作完成。

    2 軟件的升級改造

    在編程軟件方面，鑒于用戶及工程開發(fā)商對Modicon公司984系列產(chǎn)品較熟悉的情況，編程軟件選用指令結(jié)構(gòu)與984系列完全兼容，但界面更友好，指令系統(tǒng)更豐富的 Concept 軟件,XL 版本,V2.6軟件包，可幫助用戶更方便地完成系統(tǒng)的開發(fā)，再開發(fā)及維護。

    Concept是先進的、獲獎的編程工具，所有5種 IEC 1131-3 語言即順序流程圖: 1結(jié)構(gòu)化程序設計；2功能塊圖：適合于過程控制；3梯形圖: 離散量控制的傳統(tǒng)語言；4結(jié)構(gòu)化文本: 復雜的算法及數(shù)學處理；5指令列表: 低級語言，優(yōu)化的性能。回路調(diào)節(jié)函數(shù)庫。用戶定義功能塊 (DFBs) 可反復使用。非IEC語言:984 Ladder Logic；“C” Tool kit 。Quantum通過軟件實現(xiàn)升級。所有CPU及智能模板使用Flash存儲操作系統(tǒng)；

    Concept 2.6在IEC程序上傳；熱備性能的提高--縮短掃描時間；更容易使用的開發(fā)環(huán)境。在Concept 保護：保護 - Project 或 DFB；下載到 PLC后-IEC 代碼不許修改，不許仿真；Security Tool-New PROTECT tab；導出成ASC須口令等特點。

    改造前，把原來E984-785 PLC用Modsoft V2.6編程工具編輯的梯形邏輯圖復制導出，Concept 2.6軟件上轉(zhuǎn)化Quantum PLC Concept 2.6編程工具的梯形邏輯圖，整個工作難度不大，轉(zhuǎn)化后的梯形邏輯圖和原圖基本沒有變化，熟悉原來程序的操作維護人員不用多學就可以勝任工作。

    3系統(tǒng)聯(lián)試

    PLC系統(tǒng)的軟硬件升級改造完成后，對卡件通道和程序進行調(diào)試，整個工作進展順利，程序基本沒有修改，整個調(diào)試工作在很短的時間完成。

三 Quantum PLC系統(tǒng)的優(yōu)點

    1 Quantum PLC系統(tǒng)的特點

    Quantum PLC繼承和發(fā)展了 Square-D、Modicon、Telemi-canique 三大世界知名品牌PLC的優(yōu)點， 又融入了當今PLC制造的最新技術(shù)，具有結(jié)構(gòu)靈活、功能強勁、使用簡便、性價比高、集成度高、兼容性好等特點。Quantum PLC是雙機熱備冗余系統(tǒng)，即系統(tǒng)冗余-CPU熱備系統(tǒng)，高速光纜連接；冗余的通訊通道-Modbus Plus，S908 I/O 網(wǎng)絡；冗余的電源；Quantum遠程I/O技術(shù) (S908 RIO)即可確定的IO更新時間, 同步掃描-支持熱備系統(tǒng)的無擾切換；1.544 Mega baud；可連接31個遠程I/O分站；同軸纜4公里, 光纜10 公里。Quantum PLC秉承Modicon產(chǎn)品開放性良好的特點，可與Modconnect（Modicon的合作伙伴組織，目前有數(shù)千家廠商參加，較著名的有IBM， HP, digital, 3M等等）的所有產(chǎn)品通訊其通訊方式主要有：Modbus 方式 --是事實上的工業(yè)標準，幾乎與所有網(wǎng)絡介質(zhì)兼容，可通過電話有線，無線進行通訊應用。通常采用RS232口，進行通訊。Modbus Plus方式 --- MB+網(wǎng)是用于實時工業(yè)控制及I/O擴展的網(wǎng)絡。具有高效率的數(shù)據(jù)傳輸，價格低廉，性能可靠等優(yōu)點。可與計算機，HMI，Modicon控制器，TIO，VVVF 等連接。其他方式---通過BM85可編程網(wǎng)橋，用戶可與任何公開協(xié)議的設備通訊。

    2 PLC系統(tǒng)主機站改造前后比較

    PLC系統(tǒng)主機站改造前后配置簡圖如下：

    E984-785冗余PLC系統(tǒng)主機站配置圖

    2.1 Quantum機架和I/O模塊設計體積小，槽位配置靈活，任何模塊(包CPU模塊、通訊模塊以及電源模塊)都可以任意配置，無槽位限制。協(xié)處理器配合完成過程控制中較復雜的代數(shù)及數(shù)學運算。支持PCFL過程控制功能庫，過程控制能力強。

    E984-785 PLC系統(tǒng)電源和CPU是集成為一塊模板（E984-785）,而Quantum PLC系統(tǒng)電源和CPU是兩塊模塊
    
    （140CPS11420，140CPU43412A）。 E984-785 PLC系統(tǒng)主站機架（H819-209）框架式結(jié)構(gòu)，Quantum PLC系統(tǒng)主站為背板結(jié)構(gòu)（140XBP00600），背板采取統(tǒng)一的背板總線技術(shù)，背板總線通訊速率達到(80 Mbits)，背板總線支持：-所有電源組合，所有CPU種類，所有智能模板，本地I/O，遠程I/O，分布式I/O。背板結(jié)構(gòu)靈活，便于升級和擴展，安裝維護方便。

    2.2 本地、遠程、分布式I/O網(wǎng)絡提供更為靈活的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。Modbus網(wǎng)、Modbus Plus網(wǎng)構(gòu)成多層次的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。主機架和遠程I/O機架可采用遠程I/O網(wǎng)通訊，通訊速率達1.544M，可以采用單纜，雙纜或光纖配置。取消復雜的DIP開關(guān)，以直觀的BCD碼旋轉(zhuǎn)開關(guān)設定網(wǎng)絡地址。

    Quantum PLC系統(tǒng)通訊電纜連接在兩個CPU卡的Modbus plus口上通過Modbus plus協(xié)議實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，沒有調(diào)制解調(diào)卡， E984-785 PLC系統(tǒng)通訊電纜連接在調(diào)制解調(diào)卡（J878）發(fā)送接受接口通過Modbus協(xié)議實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。Quantum PLC系統(tǒng)通過RM85網(wǎng)橋與橫河公司Centum XL DCS系統(tǒng)通訊，由于RM85網(wǎng)橋接口是25針，Centum XL DCS卡件接口9針，為了通訊中間用了25針轉(zhuǎn)為9針的轉(zhuǎn)接口。

    這次改造采用施耐德自動化公司高速可靠的實時工業(yè)控制局域網(wǎng)Modbus網(wǎng)，實現(xiàn)PLC站與DCS站之間數(shù)據(jù)的通訊。和原來遠程I/O站，本方案同樣采用S908這一高可靠、高速的網(wǎng)絡實現(xiàn)RIO擴展，既保證通訊效率又實現(xiàn)網(wǎng)絡協(xié)議的統(tǒng)一性。

    2.3 Quantum另一大特點通過軟件實現(xiàn)升級。所有CPU及智能模板使用Flash存儲操作系統(tǒng)；支持軟件升級即CPU，通訊模板，IO處理器，其它智能模板；對用戶投資的極大保護即及時更新系統(tǒng)，及時使用最新技術(shù)，可通過 www.modicon.com 下載最新系統(tǒng)程序。這些條件為以后的改造打下了基礎。

    用Concept 軟件,XL 版本,V2.6軟件包代替Modsoft V2.6版本編程軟件，Concept 軟件在Windows XP上運行，克服了Modsoft V2.6在DOS界面上運行的缺陷，使用更加靈活方面。

四 升級改造后達到的效果

    2006年7月合成氨裝置PLC升級改造為Quantum PLC系統(tǒng)，投用改后系統(tǒng)性能更加穩(wěn)定可靠、結(jié)構(gòu)靈活、功能強勁、使用簡便、性價比高、集成度高、兼容性好等特點。擺脫了備件不足，維護困難的局面。排除了蘭州石化公司化肥廠合成氨重大安全隱患，確保了生產(chǎn)穩(wěn)定長期穩(wěn)定的進行，給企業(yè)帶來經(jīng)濟效益。同時對與此內(nèi)似設備提供一種改造思路并為今后的進一步改造打下良好基礎。