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[摘要]：本文介绍了可编程序控制器与工控机在93#仪表联锁的应用，概述了系统的基本组成，介绍可编程序控制器的程序设计和工控机组态软件应用的几个典型问题。
[关键词]：工控机 可编程序控制器 数据通信 结构化程序设计 工控软件 电源
中图分类号：O572.21+3 文献标识码：O 文章编号：1009-914X（2012）35- 0206-01
一、93#装置概述
93#装置为辽阳石化分公司公用工程生产装置，它担负向各化工生产装置提供冷却循环水，工艺水，高压锅炉给水、中压锅炉给水，公用风，仪表风，高压氮等功能。化工生产要求93#装置必须保证安全连续平稳供出动能，否则将造成相应的化工装置被迫停车或故障停车。所以说93#装置的安全生产在石化分公司占有十分重要的地位。
93#装置主要采用的是仪表联锁控制，该系统是在建厂初期随装置配套设计的，它设计的指导思想是基于西方的思维习惯和现有的管理模式，所以该套联锁在当时比较先进。逻辑关系比较复杂，自动化程度高。但由于受当时的技术条件限制，93#装置这套复杂的联没系统是由数百个继电器组成，所以联锁系统比较庞大，该套联锁经过20多年的运行，老化现象日益严重，元器件大多达到了使用周期，时常出现误动作，至使安全联锁可靠性大幅度下降，已成为制约安全生产的隐患。根据93#装置在石化分公司的生产地位以及安全联锁的现状。我们将93#装置仪表联锁作为技改技措项目。
二、改造方案的总体设计
控制系统采用二级计算机控制结构。其基础控制采用可编程序控制器（以下简称PLC）。上位机系统采用PC机（工控计算机）完成组态编程诊断，工况显示，各种参数显示、打印、监控报警及各种管理功能。
三、实施方案
（一）、选型
根据技术调研，我们确定采用德国西门子公司的S7-300可编程序控制器即PLC来组成93#装置的仪表联锁系统，S7-300具有以下特点：
1.高可靠性：
高可靠性是我们追求的重要指标之一。它之所以具有高可靠性，主要是它采取了以下措施。
1.1所有输入/输出电路均采用光电隔离，使现场与PLC内部电路之间电气功隔离。
1.2各模块之间采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。
1.3采用性能优良的开关电源。
1.4具有良好的自诊断功能，一但电源或软、硬件发生异常性况，CPU立即采取有效措施，防止事故扩大。
1.5根据需要，PLC可以采用双CPU构成冗余系统，可靠性进一步提高。
由于采取了上述措施，PLC无故障运行时间可达几十万小时。
2.模块化设计
PLC各种部件，如CPU直流电源，I/O等均采用模块设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据需要自行组合。
3.易于掌握
任何先进技术只有被工人掌握才能发挥其功效。PLC的编程采用梯形图，在图形中主要是人们熟悉的各类接点线图，计数器等符号，人们易于理解。
4、性能指标
1、中央处理单元：315-2DP
A、工作存储器：64K，可装载2万-4条指令。
B、存储器：内置：96K，插入或存储卡：4M
C、实时时钟
D、指令执行周期：0.3-0.6us
E、计数器：64个
F、定时器：128个
G、通讯接口：一个MPI口，一个Profibus/DP接口。
2、通讯控制单元：CP342-5DP
CP342-5DP为用户提供各种不同的PROFIBUS总线系统通讯服务。包括：PROFIBUS-DP、S7通讯、S5兼容等。在我们这里，该单元主要负责系统内双CPU之间通讯任务。
3、分布式冗余子站ET200M-IM
它能基于SIMATIC S7的模块系统，将所有S7的I/O模块通过IM375与PROFIUBS-DP相连。
4、I/O模块
SM321/DI模块：16路数字量输入模块。
SM322/DO模块：16路数字量输出模块。
SM331/AI模块：8路模拟量输入模块。
5、有源总线部件：
该部件能够提供所有I/O模块的带电插拔，保证更换I/O模块时，系统不停车。
6、软件
没有软件的PLC就是一个摆设，什么也做不了。软件是整个系统的灵魂，本系统主要使用的软件有：
A、组态软件有：WINCC
B、编程软件：STEP 7
C、通讯软件：SIMATIC NET
D、冗余软件：Redundancy Package
E、过程控制软件
F、工艺流程组态软件
（二）控制系统的硬件配置
93#装置由100工段，300工段，400/600工段组成，每个工段的产品及工艺流程相互独立，为了最大限度的保证安全联锁系统的可靠性，用S7 300时各个工段分别进行设计。每个工段由二个CPU构成的双CPU冗余结构，CPU之间通过通讯卡实时通讯，当一个CPU发生故障时，自动发出信号，无扰动切换到备用的CPU工作。每个工段各设置了1个互为热备份的子站，一个工作，一个备用，子站的作用就是对各自工段的逻辑关系进行控制。现场的开关旱以及受控设备由I/O模块连接，最后子站和CPU的通讯卡进行联络，由上一级的CPU进行管理。同时在现场设置一个工程师站，也可以通过工程师站对系统编程或者逻辑修改。
（三）软件设置
控制系统的系统软件采用STEP 7，在STEP 7下开发的应用软件是采用梯形图法来完成的。新开发系统所组成的逻辑关系与原设计是一致的，同时又增加了新的功能，如第一報警，故障记录等，这些功能的开发便于仪表的维护，缩短故障排查时间。
（四）改造实施
我们93#装置的仪表联锁系统有一千多个开关量，逻辑关系比较复杂，在2001年大检修中实施改造获得一次成功，为了不影响生产我们将改造工程细分为以下几个阶段分步实施。
1、前期准备阶段
这一阶段主要包括系统方案的制定，软件，硬件的选择，系统组态，模拟调试等。
2、现场测绘
这一阶段主要工作是对现场的开头量以及受控设备的确认。
3、系统的安装
包括控制柜以及相关元件的安装。
4、系统的调试
这一阶段的工作主要是对系统的逻辑以及通信进行在线调试，并对系统进行性能测试。
四、供电电源的改造
93#装置原始继电器控制柜是采用48V直流供电，由P21变电所提供的48V DC电源是可靠的，它有两个直流电源柜，正常时一个工作一个备用，一但一个有问题，在用电源也将无扰动地切换到另一个备用柜工作，一但电源柜有问题，备用的蓄电池，立即供上，以保证系统正常工作。
由于我们选择的PLC是24V DC工作电源。而且PLC用电量比较少，经过设计和测算，每个柜子的负载电流为5-6A，我们每个柜子里系统采用的是双路热冗余电源，每路电源的单独供电能力为24V/10A，任何一路电源有故障，系统都得报警提示。
该电源采用了浮空技术，故现场开关量出现的直流接地现象得到有效的解决。
五、结束语
可编程控制器作为一项新技术，为工业生产带来一场新的技术革命，它用数字技术取代了传统的模拟电子技术，显示出无与伦比的优越性。93#装置采用PLC进行自动联锁控制，使现场仪表管理和控制水平上了一个新的台阶。该系统具有非常高的可靠性，性能先进，应用灵活，维护方便，减少了维护的工作量，为公用工程系统实现安全连续平稳长周期供应功能提供了可靠的保证。同时，可编程控制器在93#装置上的就用也为我公司在今后工作中解决类似问题提供了宝贵的经验，具有广泛的经济效益和社会效益。
[关键词]：工控机 可编程序控制器 数据通信 结构化程序设计 工控软件 电源
中图分类号：O572.21+3 文献标识码：O 文章编号：1009-914X（2012）35- 0206-01
一、93#装置概述
93#装置为辽阳石化分公司公用工程生产装置，它担负向各化工生产装置提供冷却循环水，工艺水，高压锅炉给水、中压锅炉给水，公用风，仪表风，高压氮等功能。化工生产要求93#装置必须保证安全连续平稳供出动能，否则将造成相应的化工装置被迫停车或故障停车。所以说93#装置的安全生产在石化分公司占有十分重要的地位。
93#装置主要采用的是仪表联锁控制，该系统是在建厂初期随装置配套设计的，它设计的指导思想是基于西方的思维习惯和现有的管理模式，所以该套联锁在当时比较先进。逻辑关系比较复杂，自动化程度高。但由于受当时的技术条件限制，93#装置这套复杂的联没系统是由数百个继电器组成，所以联锁系统比较庞大，该套联锁经过20多年的运行，老化现象日益严重，元器件大多达到了使用周期，时常出现误动作，至使安全联锁可靠性大幅度下降，已成为制约安全生产的隐患。根据93#装置在石化分公司的生产地位以及安全联锁的现状。我们将93#装置仪表联锁作为技改技措项目。
二、改造方案的总体设计
控制系统采用二级计算机控制结构。其基础控制采用可编程序控制器（以下简称PLC）。上位机系统采用PC机（工控计算机）完成组态编程诊断，工况显示，各种参数显示、打印、监控报警及各种管理功能。
三、实施方案
（一）、选型
根据技术调研，我们确定采用德国西门子公司的S7-300可编程序控制器即PLC来组成93#装置的仪表联锁系统，S7-300具有以下特点：
1.高可靠性：
高可靠性是我们追求的重要指标之一。它之所以具有高可靠性，主要是它采取了以下措施。
1.1所有输入/输出电路均采用光电隔离，使现场与PLC内部电路之间电气功隔离。
1.2各模块之间采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。
1.3采用性能优良的开关电源。
1.4具有良好的自诊断功能，一但电源或软、硬件发生异常性况，CPU立即采取有效措施，防止事故扩大。
1.5根据需要，PLC可以采用双CPU构成冗余系统，可靠性进一步提高。
由于采取了上述措施，PLC无故障运行时间可达几十万小时。
2.模块化设计
PLC各种部件，如CPU直流电源，I/O等均采用模块设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据需要自行组合。
3.易于掌握
任何先进技术只有被工人掌握才能发挥其功效。PLC的编程采用梯形图，在图形中主要是人们熟悉的各类接点线图，计数器等符号，人们易于理解。
4、性能指标
1、中央处理单元：315-2DP
A、工作存储器：64K，可装载2万-4条指令。
B、存储器：内置：96K，插入或存储卡：4M
C、实时时钟
D、指令执行周期：0.3-0.6us
E、计数器：64个
F、定时器：128个
G、通讯接口：一个MPI口，一个Profibus/DP接口。
2、通讯控制单元：CP342-5DP
CP342-5DP为用户提供各种不同的PROFIBUS总线系统通讯服务。包括：PROFIBUS-DP、S7通讯、S5兼容等。在我们这里，该单元主要负责系统内双CPU之间通讯任务。
3、分布式冗余子站ET200M-IM
它能基于SIMATIC S7的模块系统，将所有S7的I/O模块通过IM375与PROFIUBS-DP相连。
4、I/O模块
SM321/DI模块：16路数字量输入模块。
SM322/DO模块：16路数字量输出模块。
SM331/AI模块：8路模拟量输入模块。
5、有源总线部件：
该部件能够提供所有I/O模块的带电插拔，保证更换I/O模块时，系统不停车。
6、软件
没有软件的PLC就是一个摆设，什么也做不了。软件是整个系统的灵魂，本系统主要使用的软件有：
A、组态软件有：WINCC
B、编程软件：STEP 7
C、通讯软件：SIMATIC NET
D、冗余软件：Redundancy Package
E、过程控制软件
F、工艺流程组态软件
（二）控制系统的硬件配置
93#装置由100工段，300工段，400/600工段组成，每个工段的产品及工艺流程相互独立，为了最大限度的保证安全联锁系统的可靠性，用S7 300时各个工段分别进行设计。每个工段由二个CPU构成的双CPU冗余结构，CPU之间通过通讯卡实时通讯，当一个CPU发生故障时，自动发出信号，无扰动切换到备用的CPU工作。每个工段各设置了1个互为热备份的子站，一个工作，一个备用，子站的作用就是对各自工段的逻辑关系进行控制。现场的开关旱以及受控设备由I/O模块连接，最后子站和CPU的通讯卡进行联络，由上一级的CPU进行管理。同时在现场设置一个工程师站，也可以通过工程师站对系统编程或者逻辑修改。
（三）软件设置
控制系统的系统软件采用STEP 7，在STEP 7下开发的应用软件是采用梯形图法来完成的。新开发系统所组成的逻辑关系与原设计是一致的，同时又增加了新的功能，如第一報警，故障记录等，这些功能的开发便于仪表的维护，缩短故障排查时间。
（四）改造实施
我们93#装置的仪表联锁系统有一千多个开关量，逻辑关系比较复杂，在2001年大检修中实施改造获得一次成功，为了不影响生产我们将改造工程细分为以下几个阶段分步实施。
1、前期准备阶段
这一阶段主要包括系统方案的制定，软件，硬件的选择，系统组态，模拟调试等。
2、现场测绘
这一阶段主要工作是对现场的开头量以及受控设备的确认。
3、系统的安装
包括控制柜以及相关元件的安装。
4、系统的调试
这一阶段的工作主要是对系统的逻辑以及通信进行在线调试，并对系统进行性能测试。
四、供电电源的改造
93#装置原始继电器控制柜是采用48V直流供电，由P21变电所提供的48V DC电源是可靠的，它有两个直流电源柜，正常时一个工作一个备用，一但一个有问题，在用电源也将无扰动地切换到另一个备用柜工作，一但电源柜有问题，备用的蓄电池，立即供上，以保证系统正常工作。
由于我们选择的PLC是24V DC工作电源。而且PLC用电量比较少，经过设计和测算，每个柜子的负载电流为5-6A，我们每个柜子里系统采用的是双路热冗余电源，每路电源的单独供电能力为24V/10A，任何一路电源有故障，系统都得报警提示。
该电源采用了浮空技术，故现场开关量出现的直流接地现象得到有效的解决。
五、结束语
可编程控制器作为一项新技术，为工业生产带来一场新的技术革命，它用数字技术取代了传统的模拟电子技术，显示出无与伦比的优越性。93#装置采用PLC进行自动联锁控制，使现场仪表管理和控制水平上了一个新的台阶。该系统具有非常高的可靠性，性能先进，应用灵活，维护方便，减少了维护的工作量，为公用工程系统实现安全连续平稳长周期供应功能提供了可靠的保证。同时，可编程控制器在93#装置上的就用也为我公司在今后工作中解决类似问题提供了宝贵的经验，具有广泛的经济效益和社会效益。