一、 項目簡介
在大部分電廠主機(jī)、造紙等重要工業(yè)領(lǐng)域中,一旦在系統(tǒng)聯(lián)調(diào)或生產(chǎn)運(yùn)行過程中發(fā)生停機(jī)停車,需要通過DCS平臺來查找事故原因,而這些項目的工藝過程復(fù)雜、實時性高,一般的報警記錄及歷史趨勢已無法用來做出準(zhǔn)確的事故分析,事件順序記錄(Sequence Of Event)成為DCS的必需功能,且分辨率一般要求達(dá)到1ms。
我公司承接的內(nèi)蒙古準(zhǔn)格爾工業(yè)園區(qū)自備電廠脫硫DCS項目就明確提出了此要求。脫硫裝置在電廠中屬于輔助系統(tǒng),但由于裝置本身也是一套龐大復(fù)雜的系統(tǒng),它的運(yùn)行穩(wěn)定情況往往會影響到鍋爐主機(jī)的正常運(yùn)行,所以在脫硫系統(tǒng)中,重要電氣設(shè)備(如增壓風(fēng)機(jī)他、漿液循環(huán)泵、石灰石制粉機(jī)等)的跳閘信號,采用1ms的事件記錄。
按以往的PCS7系統(tǒng)配置,采用冗余CPU加上ET200M分布式I/O可在操作站實現(xiàn)10ms的時間標(biāo)簽分辨率,難以滿足上述分辨率,因此在項目中,我們利用了PCS7強(qiáng)大的兼容性,除了采用西門子A&D的產(chǎn)品外,結(jié)合了SIEMENS PTD和I&S集團(tuán)的相關(guān)產(chǎn)品,實現(xiàn)了上述要求。
二、 系統(tǒng)構(gòu)成
項目網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如下。
圖1 項目網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖
除了項目中本來用到的PCS7軟硬件外需如下部件用于實現(xiàn)SOE。
序號
名稱
訂貨號
數(shù)量
備注
1
AS414-3
6ES7654-2BA32-0XX0
1
2
CP443-1
6GK7443-1EX11-0XE0
1
3
MCP
6MD1010-0BA00 /cc
1
4
SICAM DI
6MD1021-0AA00
2
32通道,數(shù)量根據(jù)需要
5
Front Connector, 48pin
6ES7492-1AL00-0AA0
2
6
SOE Function Block
6AT4813-0CB05-0YA0
1
7
SICAM plusTOOLS
6MD5142-0AA00-5AA1
1
8
SICLOCK TM
2XV9450-1AR22
1
9
SICLOCK GPSDEC
2XV9450-1AR00
1
根據(jù)需要選用
表1 訂貨清單
AS414-3,首先要采用一臺非冗余的S7 400 的AS站,槽位最好選18槽的,以便可以插更多的SICAM DI卡(開關(guān)量輸入卡)。MCP時鐘同步卡,用于接收外部時鐘信號,同時同步SICAM DI卡及CPU。可通過端子與DCF77接收器相連。SICAM DI開關(guān)量輸入卡,用于數(shù)字量采集,分辨率為1ms,內(nèi)部存儲器可存儲200條事件記錄。同時,采用48針前端連接器用于連接信號電纜。
SICLOCK TM中央時鐘,見圖2。接收GPSDEC來的衛(wèi)星時鐘解碼信號(DCF without ZZB),提供多路多種形式的精確時鐘,我們用它為MCP提供時間源,同時可通過其本身自帶的以太網(wǎng)口接入DCS系統(tǒng)的SYSTEM BUS,為其他AS、OS提供時鐘。當(dāng)外部GPS信號故障時,其本身也可提供高精度的時鐘。
圖2 SICLOCK TM中央時鐘
SICLOCK GPSDEC ,GPS解碼器,見圖3。這個產(chǎn)品是可選的,當(dāng)SOE的時間標(biāo)簽要完全和GPS衛(wèi)星時間一致時選擇。GPSDEC訂貨包其中包括GPS信號天線、電源和解碼器,以及相關(guān)輔件。
圖3 GPS解碼器組件
除了上述硬件外,還需要SICAM plusTOOLS組態(tài)軟件(需授權(quán)),用于組態(tài)MCP卡和SICAM DI卡;還有SOE FUNCTION BLOCK功能軟件,用于CFC組態(tài),生成報警信息,編譯到WinCC報警信息庫。
三、 功能實現(xiàn)
有了以上的產(chǎn)品后,我們單獨(dú)為SOE系統(tǒng)設(shè)立了一面機(jī)柜,把所有這些相關(guān)設(shè)備集成在一起,基本沒有特殊的要求,只要考慮好安裝位置、供電、散熱和進(jìn)出線的方便即可。按照下圖,連接以上設(shè)備。同時在PCS7平臺之上加裝SICAM plusTOOLS軟件和SOE FUNCTION BLOCK功能軟件。
圖4 系統(tǒng)連接
1. GPS DEC安裝調(diào)試
天線包含在SICLOCK GPSDEC訂貨組件中,天線要安裝在室外開闊的地方(如平坦的房頂、建筑物的正面等),確保充分接收到衛(wèi)星信號,同時還要考慮到防雷擊。注意:不管是水平安裝還是垂直安裝,天線頭始終要保持垂直,如圖5所示。
圖5 GPS DEC天線安裝圖
可通過PC串口 對GPSDEC進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。運(yùn)行安裝軟盤中自解壓文件“GPSDEC_ConfigurationTool_SelfExtracted.exe”,生成文件夾“GPSDEC”,運(yùn)行其中的“gpsdec.exe”,即可對GPSDEC進(jìn)行參數(shù)設(shè)置,如下圖所示。
圖6 GPSDEC設(shè)置
2. SICLOCK TM的安裝調(diào)試
按下表,在其液晶面板上做如下參數(shù)設(shè)置。
參數(shù)號
參數(shù)菜單
參數(shù)名稱
參數(shù)值
備注
203
2A(Time & Date)
Set time→GMT offset
202
2B(
switch
none
230
4A(Input mode)
Input type
DCF
231
4B(Input E1)
E1 active/pass.
TTY active
240
5A(Output A1/A2)
A1 type
pulse
241
5A(Output A1/A2)
A1 type→A1 pulse type
DCF
242
5A(Output A1/A2)
A1 type→→A1 inversion
on
247
5A(Output A1/A2)
A1 type→→→A1 interface
level
320
5E(Level)
Output Level
7.0
表2 SICLOCK TM參數(shù)設(shè)置
在本項目中,除了SOE系統(tǒng)外,還有其他AS站以及操作員站、工程師站,為了能以SICLOCK TM時間為基準(zhǔn),把它們的時鐘都同步起來,我們可以利用SICLOCK TM的以太網(wǎng)同步功能,通過雙絞線連接其X6(RJ-45)接口或X5(ITP)接口到PCS7的系統(tǒng)總線,可以通過設(shè)置讓所有站都同步起來。
SICLOCK TM還要做如下設(shè)置。
參數(shù)號
參數(shù)菜單
參數(shù)名稱
參數(shù)值
備注
338
6A(LAN general)
LAN enable
on
339
6A(LAN general)
LAN enable→LAN phys.layer
Twisted pair
340
6A(LAN general)
LAN enable→→twisted pair)
RJ45
350
6B(LAN 1-5)
addr.1 protocol
Layer 2-S5
351
6B(LAN 1-5)
addr.1 protocol→addr. 1 transmit
every 10 sec.
352
6B(LAN 1-5)
addr.1 protocol→→addr. 1 def.
broadcast
表3 SICLOCK TM參數(shù)設(shè)置-LAN
通電后,十秒鐘左右,SICLOCK TM完成啟動,我們可以在1A菜單中查看主要數(shù)據(jù)。如下圖所示。
圖7 SICLOCK TM 菜單1A
相關(guān)參數(shù)可以在1A、1B、1C、1D、1E、1F菜單中查看到,不一一贅述。
3.組態(tài)
完成以上硬件連接和設(shè)置,即可打開SIMATIC MANAGER進(jìn)行硬件組態(tài)。按照圖11中SOE站,分別插入PS、CPU、MCP、SICAM DI和CP443-1。注意MCP要選擇“MCP TS-400”下的“MCP TS”。如下圖所示。
圖8 硬件組態(tài)
這里值得注意的是:MCP卡在第一次使用時必須進(jìn)行firmware下載,通過以太網(wǎng)無法下載,必須通過MPI/DP口,且必須嚴(yán)格遵循以下順序:①下載項目硬件組態(tài)到CPU來建立CPU和MCP之間的連接(下文會講到)。②下載MCP firmware。③切換CPU開關(guān)到“STOP”再到“RUN”。這其中,下載MCP firmware步驟又分為:①復(fù)位MCP卡面板上的“reset”鍵,快速地按三次,每次間隔1秒鐘,當(dāng)“LOAD”指示燈等以0.5Hz頻率閃爍時,表示“等待開始下載”,②在硬件組態(tài)MCP屬性里,點(diǎn)擊“Download firmware”按鈕,③在下載firmware的過程中,“LOAD”指示燈以2Hz頻率閃爍,表示“正在接收數(shù)據(jù)”,④下載完成后,“LOAD”指示燈以5Hz頻率閃爍。
然后再打開Netpro,在CPU和MCP間建立一個“S7 connection”,接口選擇“PLC internal”。
除了以上硬件組態(tài)外,還要組態(tài)工程師站和操作員站,在此就不再贅述。這樣即完成了硬件組態(tài)。
完成了硬件組態(tài),然后進(jìn)行軟件組態(tài)。打開一個CFC Chart,從“SOE_DRV”目錄中拖入FB657 MCP_ACT,輸入?yún)?shù)設(shè)置如下:
圖9 CFC組態(tài)
LADDR:8189。8189為MCP的硬件起始地址。CPU_ID和MCP_ID為16#1和16#30001,來自MCP硬件組態(tài)時系統(tǒng)分配的ID,可以從MCP的硬件屬性中獲得。
然后,再從“SOE_DRV”目錄中拖入FB656 DI32_DRV,分別連接MCP_ACT的輸出管腳“GS”、“SET_TIME”到DI32_DRV的輸入管腳“GS”、“SET_TIME”。
打開DI32_DRV屬性對話框,點(diǎn)擊“Message…”按鈕,彈出如下對話框。
圖10 編輯MESSAGE內(nèi)容和區(qū)域
在對話框中可以更改報警文本的OS area和Event中的報警信息內(nèi)容。
完成以上組態(tài)后,編譯上傳到WinCC,在WinCC畫面中添加一個報警控件“WinCC Alarm Control”,在屬性對話框Message lists選項卡中,篩選“Area”的文本內(nèi)容為“SOESOESOE”(和上文中的設(shè)置匹配)。如下圖所示。
圖11 WinCC Alarm Control中的設(shè)置
完成以上硬件部分和軟件部分的組態(tài)后,完成各個站的編譯下載并運(yùn)行。注意,由于SICLOCK TM在系統(tǒng)總線上做主時鐘,所以在ES和OS站的WinCC同步設(shè)置中都要選擇“Synchronization via System Bus”,且都為“Slave”。
四、功能測試
在ES和OS站上運(yùn)行WinCC Runtime,觀察MCP卡、SOE站CPU的時間、其他AS站CPU的時間以及ES和OS站的時間,應(yīng)該看到它們和SICLOCK TM的時間是同步的,不同的是MCP卡、SOE站CPU的時間、其他AS站CPU的時間為GMT 0時區(qū)的時間,和SICLOCK TM一致,而ES和OS站為北京時間。修改任何一處時間,都會很快被SICLOCK TM校正。
測試分辨率達(dá)到1ms,我們拿SICAM DI卡上的第二和第一通道做試驗,按二到一的順序依次快速(間隔小于等于1ms)地加上24VDC信號,模擬出兩個間隔小于等于1ms的DI信號,我們可以在WinCC上的報警框中看到下圖所示。
我們可以看到組態(tài)好的報警畫面中有兩條報警事件,分別是“Signal_2 Status:[ 0]”和“Signal_1 Status:[ 0]”,根據(jù)CFC中組態(tài)DI32_DRV塊時定義的報警事件內(nèi)容可知,它們分別對應(yīng)SICAM DI卡的第二和第一通道,它們的報警時間分別為“14:42:37.776”和“14:42:37.777”,時間分辨率達(dá)到1ms。
五、應(yīng)用體會
總體來說,目前在PCS7中,SOE 1ms分辨率的實現(xiàn)比其他一些廠家的DCS系統(tǒng)繁瑣,但在應(yīng)用過程中只要弄清原理,嚴(yán)格按照要求和應(yīng)有的步驟設(shè)計、接線、組態(tài)、調(diào)試,SOE 1ms分辨率的功能還是很容易實現(xiàn)的。
通過在內(nèi)蒙古準(zhǔn)格爾工業(yè)園區(qū)自備電廠脫硫DCS項目中的應(yīng)用,SOE 1ms的功能也得到了進(jìn)一步的驗證,為最終用戶的生產(chǎn)和事故分析帶來了很多方便,這也再一次讓我們體會到了PCS7及西門子自動化系統(tǒng)產(chǎn)品的博大精深。