KM系统替代S7-400系统的实践颜绍霖

颜绍霖

摘要:本文针对电厂除灰、精处理因设备老化、故障率高的S7-400系统，改造为和利时MACS-K控制系统，解决了设备稳定可靠并实现与主机DCS一体化控制的目的。

关键词:系统控制设备改造

1西门子S7-400系统现状

1.1除灰控制系统

黔北电厂除灰渣控制系统采用S7-414冗余系统，主要包括除灰除渣系统，上层监控软件采用WINCC。

精处理系统由工作站2台、3个控制站（#1、#2高混，体外再生）及网络通讯设备构成。每个控制站配置了两对CPU414处理器和若干模件等组成。

1.3S7-400现状

1.3.1硬件问题

PLC系统设备老化，性能降低。经常发生底板及卡件等故障；该设备停产无法采购备件；CPU运行中死机不能自动切换实现冗余。

1.3.2软件及网络问题

经常出现系统运行缓慢死机，S7通讯故障上下层无实时数据交换；新工控机无法应用WinNT平台；采用STEP7组态软件可读、开发性差，不利于运行维护、培训。

工业以太网电交换模块ESM为设置繁琐的专用网络接口装置，损坏后必须专门订购且价格昂贵，不具备通用性。工作与控制站连接专用的CP1613通讯卡，该卡工作不稳定，损坏后购买价格昂贵且需专门的授权码，不方便快捷。

网络频发故障，经常造成运行人员无法正常监视各项参数。需重新启动工控机、CPU及通讯设备。

2KM系统特点

2.1KM概述

和利时MACS-K系列硬件是和利时公司推出的高可靠性的DCS硬件系统，该系统基于工业以太网PROFIBUS-DP现场DP总线冗余构架，集成基于HART标准协议的HAMS系统。KM系统由工程师、操作员、历史、现场控制站及工业控制网络等部件组成。

KM系统以微处理器DPU为核心具备CRT显示、控制操作、打印记录、系统试验等功能的独立完整的含DP总线的双冗余控制系统。系统集成度高，利于故障判断。

2.2KM版本主要有以下优点：

a）采用对等网无服务器环节，风险分散，数据传输效率高。

b）硬件采用最新型的芯片技术，模件具有增强底座可以直接抗击220VAC电源接入。卡件可以扩展端子匹配FM系列卡件的布置。

c）操作层设备采用win7系统，为系统升级提供了保障。

3替代S7-400方案

3.1硬件选择与配置

3.1.1利用原有机柜，维持原有机柜现场电缆和接线位置不变，避免机柜的安装和接线电缆的重新布置。

3.1.2在原有机柜上安装KM系列硬件（主控、模件、电源底座等）及辅助配件。

3.1.3根据现场I/O数量及工艺控制系统要求，配置输入/出等模块及底座（按120%配置）；配置底板、接线端子板等；配置220VAC、48/24VDC等电源装置和设备；配置导轨、线槽安装附件。

3.1.4配置操作员/历史/工程师站和显示器等监控及网络设备。

3.1.5每个控制站主控制单元冗余配置，实现冗余控制器无扰切换。按照原有的控制站进行等量配置并进行优化和组合。

3.2软件选择与配置

3.2.1安装新控制站主控单元、操作员站设备并安装最新系统Macsv6.5.2和补丁程序。

3.2.2操作层工程师、操作员、历史站等设备采用win7系统。工作站根据实现的功能安装HOLLiASMACSV6-OPS（HIS；ENG；Commmnicator）等系统软件并进行软件的授权及测试。

3.3网络结构的搭设

采用对等网结构，任何一台工作站死机不会引起系统故障或崩溃。

图3：替代后的DCS系统网络结构

4MACS-KM系统的实施与调试

4.1准备工作

4.1.1清理IO信息及根据现场设备控制需求，配置输出/入等模块及其底座；配置底板、接线端子板等；配置220VAC、48/24VDC等电源装置和设备；配置监控及网络设备。

4.1.2计算配置现场需要的足够数量的安装材料(导轨、线槽、螺丝、接地线、电源线、空开等)。

4.1.3收集IO信息，进行硬件、逻辑、画面的组态。

4.2硬件安装

4.2.1拆除原有操作员站、机柜内部所有设备及接线。

4.2.2布置柜内导轨、电源、主控单元、模件、交换机等设备。

4.2.3更换新的操作员站（可以兼HIS、ENG功能）。

4.2.4恢复柜内端子接线及预制电缆、连接网络线及光纤。

4.2.5测试绝缘和电源，系统带电。

4.3软件安装

新计算机安装和利时最新的HOLLiAS-K第5代控制系统（含：实时监控、控制算法组态、控制器运行、通讯程序、ISOPCsever、服务器监控以及授权），这些软件一般出厂前已经安装完毕，在现场根据KM系统中担任不同的角色利用提供的光盘安装不同的软件。

4.4送电调试

4.4.1硬件安装完毕，根据电源及外回路接线测试合格即可进行系统带电，拷入先期组态好的逻辑及画面并下装修改，静态调试。

4.4.2动态调试。

4.4.2.1进行通道测试及校验、网络测试、冗余和电源切换试验。

4.4.2.2进行组态单体设备调试。

4.2.2.3进行信号模拟步序及顺序调试。

4.2.2.4进行系统动态联调、联锁试验、自动调试及DCS系统的性能测试。

5结束语

此次实施KM系统替代S7-400系统，将硬件改造为KM系列，软件升级到MACSV6.5.2。改造后解决了老S7-400软、硬件问题，使辅控系统和主机DCS系统融为一体；软件可读性大大提高，解决WINCC、InTouch、STEP7组态软件不利于理解、培训、运行维护问题；解决了网络、模件的备件问题。KM系列DCS广泛性的使用，其强大的功能、稳定的控制效果，保证了辅控系统的安全稳定运行。为其它控制系统改造为和利时KM系统实施提供应用经验。

参考文献:

[1]HOLLiASK系列软硬件手册

作者简介：颜绍霖1975年10月05日出生，男，工程师，大学，现任电热检修部副主任，从事热控工程技术专业。