1、1关于西门子S7-400H冗余PLC在现代高炉自动化中的应用运行事业部 陈国洪内容摘要：在许多自动化领域中，要求容错和高可靠性的自动化系统的应用越来越多。特别是在某些领域，停机将带来巨大的经济损失。在这种情况下，只有冗余系统才能满足高可靠性的要求。关键词：冗余 PLC 容错连接 高炉ABSTRACT: In automation area, automatic control system with high Fault-tolerance and reliability are being applied more and more. Especially in certain areas,
2、 parking will lead to huge economic losses. In this case, the redundant system must be used in order to meet the requirements for high reliability. Key words: redundant system , PLC, Fault-tolerant connection, blast furnace本文以河北沧州纵横高炉为例叙述了西门子S7-400H热冗余PLC在高炉炼铁中的应用特点，给出了一个典型应用配置，并对实际的应有情况做了分析评价。一、S7-
3、414H控制器的性能特点S7-414H 可编程控制器是西门子公司推出的一种具有高可用性和冗余结构的 PLC 系统，是一种智能化和分布性都达到了最新技术水平的可编程控制器。该控制器在控制、调节以及获取和准备过程数据的全部功能中都起着重要的作用。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。S7-414H 系统中的主要原件均采用了双重荣冗余结构设计，最大限度的满足用户对可靠性的要求，其系统构成结构简图如下图所示： 2从上图可以看出，为了保证系统的可靠性，S7-414H 系统的主要部件包括电源模块（PS）、CPU 模块、通讯模块（CP）、通讯网络（BUS）和通讯接
4、口模块（IM153-2）均采用了冗余结构，如果对可靠性要求更高的话，可以将信号模块（SA）也设计成冗余结构，由此就可以更大程度的保证系统稳定运行。当系统中的某个原件或通讯网络发生故障时，系统均能正常进行，不影响正常的生产。S7-414H 冗余系统是一个复杂系统，构建一个最基本最简单的冗余系统主站需要如下的典型配置：3二、S7-400H 组成的网络系统1、河北沧州纵横高炉是目前非常先进的高炉，其整体的技术水平体现在自动化控系统的设计与调试中。我们在设计中确保系统的高配置、长期使用的高性能、高可靠性以及较为完善的安全措施，并为用户提供良好的人机界面和故障诊断功能。设计完成后系统具有相当大的冗余能力
5、。河北沧州纵横高炉系统包括炉顶、上料、本体、热风、泵站、水冲渣、制粉喷煤，每个岗位分别为一套冗余 CPU。炉顶的 角和探尺以及冲渣的水泵通过变频器起动装置，并实现对重要辅机的保护和监控。全套系统的基本设备配置图如图所示。4高炉控制系统以西门子高性能的 S7-400H 热冗余主站 PLC 为控制核心，通过现场总线控制技术把数字化设备组成 PROFIBUS-DP 网络,实现炉顶、上料、本体、热风、泵站、水冲渣、制粉喷煤等岗位的 PLC、炉顶和冲渣的变频器、炉顶编码器的高速通讯，上位工控机和远程工控机实时监控、储存各个系统的运行状态并提供故障诊断信息。上位工控机、远程工控机与 S7-400H 热冗余
6、主站 PLC 通过光纤通信组成一个工业以太网；自动化级（PLC）、数字传动级、岗位操作台通过热冗余 PROFIBUS-DP 构成双总线网络系统，参数双向传递，显示一体化高炉仪表参数及画面，各种状态提示和帮助文本显示，为高炉工艺创建一个数字化、信息化、智能化的管理平台和友好的人机界面，实现对系统各装置的远程数据传输和故障监控，优化控制和监测整个炼铁过程。5三 S7-400 冗余系统组态S7-400 H 硬件组态以例子的形式介绍 S7-400H 系统的组态过程3.1 硬件安装（1）设置机架号CPU V3 版本，通过同步子模板上的开关设置；CPU V4 版本，通过 CPU 背板上的开关设置；CPU
7、通电后此机架号生效。（2）将同步子模板插到 CPU 板中。（3）连接同步光缆将两个位于上部的同步子模板相连；将两个位于下部的同步子模板相连；在打开电源或启动系统之前要确保 CPU 的同步光缆已经连接。（4）组态分布式 I/O 站 ET200M ，使其作为具有切换功能的 DP 从站。（5）将编程器连到第一个容错 CPU（CPU0）上，此 CPU 为 S7-400H 的主 CPU。（6）通电后 CPU 自检查CPU 第一次通电时，将执行一次 RAM 检测工作，约需 3 分钟。这段时间内 CPU 不接收通过 MPI 接口来的数据，并且 STOP LED 灯闪烁。如果有备用电池，再次通电时不再做此项检
8、查工作。（7）启动 CPU装入程序后执行一个热启动操作：首先启动主 CPU ，然后启动热备 CPU。63.2 使用 STEP 7 进行组态3.2.1 创建项目组态 S7-400H 在 STEP7 中新建一个项目，在 Insert 菜单下的Station 选项中选择 SIMATIC H Station，添加一个新的 S7-400H 的站，3.2.2 配置硬件（1）在 S7-400H 站目录下双击 Hardware 打开硬件配置。（2）添加一个 UR2 H 机架（3）配置电源和 CPU，并设定 CPU 上 PROFIBUS DP 主站的地址， （4）添加同步子模板到 IF1 和 IF2 槽位上。（
9、5）添加以太网网卡并配置 MAC 网络地址：只有以太网可以与 HMI 系统 WINCC 通信。(6)将机架 0 的硬件配置拷贝，粘贴，复制机架 1 并调整网络参数，如：以太网的MAC 地址等，在硬件组态中出现两个机架3.2.3 系统参数设置容错站中的模板参数赋值与 S7-400 标准站中的模板参数赋值没有什么区别。对于中央处理器单元只需对 CPU0（机架 0 上的 CPU）设定 CPU 参数，所设定的数值将自动分配给 CPU1（机架 1 上的 CPU）。除以下参数外 CPU1 的设置不能更改：CPU 的 MPI 地址 集成 PROFIBUS DP 接口的站地址和诊断地址I/O 地址区中的模板
10、在 I/O 地址区编址的模板必须完全在过程映象内或完全在过程映象外，否则不能7保证数据的一致性。CPU 参数设置(1) 点击 Cycle/Clock memory（循环/时钟存储器)”选项栏，设置 CPU 循环处理参数。建议设置:扫描循环监视时间尽可能长（例如 6000 ms）过程输入映象尽可能小（稍大于实际使用的输入点数）过程输出映象尽可能小（稍大于实际使用的输出点数）出现 I/O 访问错误时调用 OB 85： 只对于输入错误和输出错误（2)设置诊断缓冲区中的报文数量在“Diagnostics/Clock（诊断/时钟）”选项栏中可以设置诊断缓冲区的报文数量建议设定较大数值，例如：1000。（
11、3）模块的监控时间在“Startup （启动）”选项栏中，可以指定模块监视时间，它取决于容错站的配置。如果监视时间太短，CPU 将在诊断缓冲区中输入 W#16#6547 事件。参数的传输时间取决于以下因素： 总线系统的传输速率（传输速率高= 传输时间短）参数和系统数据块的大小（参数长= 传输时间长） 总线系统上的负载（从站多 = 传输时间长）建议设置：600（对应于 60 秒） (4) CPU 自检周期8在“H Parameter（冗余系统参数）”选项栏中，配置 CPU 后台自检的周期。可选范围为 10 分钟到 60000 分钟。建议设置：使用缺省值 90 分钟， 3.2.4 配置 ET200
12、M 站(1)点击 DP 总线“master: DP master system(1)”,在硬件目录 PROFIBUS DP 下，选择一个 IM153-2 的站点，双击添加一个 ET200M 站。(2)设定 ET200M 站的地址。(3)在 ET200M 站上添加 I/O 模块。3.2.5 配置 Y-Link 耦合器（1）点击 DP 总线“master: DP master system(1)”，在硬件目录的 DP/PA Link 下选择 IM157，并双击添加一个站。（2）设定 Y-Link 的站地址（3）选择将 Y-Link 设置为一个 DP/DP 耦合器或 DP/PA 耦合器（4）在 Y-
13、Link 后的 PROFIBUS 总线上添加单一总线接口的从站站点，如：Masterdrive 等。注意：在修改硬件配置后或退出 HW Config 之前一定要进行编译。3.2.6 添加错误诊断 OB 块以下错误 OB 块必须装入 S7-400H 的 CPU 中，OB70、OB72、OB80、OB82、OB83、OB85、OB86、OB87、OB88、OB121 和 OB 122。如果没有装载这些 OB，H 系统在出现错误时可能会进入 STOP 状态，这些 OB 块另一个功能可以对事件信息进行诊断，OB 块的诊断功能93.3 存储器复位下载用户程序前最好将存储器复位，步骤如下：（1） 设置模式
14、选择器至 STOP 设置结果：STOP 指示灯亮（2）设置模式选择器到 MRES 位置并保持结果：STOP 指示灯将熄灭 1 秒钟亮 1 秒钟，然后保持点亮状态。（3）将模式选择器置于 STOP 位置，然后在接下来的 3 秒内拨至 MRES ，然后再拨回 STOP 位置结果：STOP 指示灯以 2 Hz 至少闪亮 3 秒钟，执行存储器复位然后持续点亮。3.4STEP7 程序下装（1）点击 SIMATIC MANAGER-OPTION-SET PG/PC,选择相应的通讯接口。（2）在 SIMATIC MANAGER-PLC 下选择“Download”将用户程序装入 CPU0 中。在同步连接建立后
15、，CPU0 中的用户程序通过同步光纤自动传送到备份 CPU1 中。（3）将模式选择器开关拨到 RUN-P 位置启动 S7-400H 。首先启动 CPU0， 然后启动 CPU1。结果 CPU0 作为主 CPU 启动，CPU1 作为热备 CPU 启动。在热备 CPU建立同步链接并更新缓存区数据后，S7-400H 转换到冗余工作方式并执行用户程序四冗余通讯:沧州高炉控制系统中,通过光纤环网各 PLC 之间、PLC 与上位机之间10有大量的数据进行交换，特别是各 PLC 之间的数据交换更是重要因为他直接参与或影响各系统的控制。PLC 之间要创立容错连接 。1、容错连接的创立：在 STEP7 中打开 NETPRO,鼠标右键点击本岗位CPU，插入新连接: 2. 选取容错连接的对象：如炉顶 PLC
