一 合成氨PLC系統現狀分析

    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。合成氨裝置信號報警和聯鎖保護控制系統由美國生產的Modicon E984-785 PLC（以下簡稱E984-785 PLC）系統完成。E984-785 PLC系統為國外七十年代末期至九十初期產品主流產品，性能比較穩定，質量可靠。由于該系統使用時間較長，卡件不同程度出現過一些問題，尤其以PLC核心部分主機站單元出現的問題更為嚴重，主機站單元互為熱備冗余的PLC系統，其中一套PLC由于卡件出現問題無法正常運行，再加上產品的不斷更新換代，原984系列產品已經停產，部分卡件備件無法找到。致使互為熱備冗余的PLC系統單系列運行，一旦另一套PLC中任一模板出現故障，PLC系統無法正常運行，導致整個化肥裝置無法運行，不僅會造成極大的經濟損失，甚至會出現安全事故，后果不堪想象。PLC系統改造迫在眉睫。

二  改造方案的建立和實施

    針對E984-785 PLC系統出現的問題，經過認真分析研究，主機站問題嚴重，卡件備品無法找到，嚴重影響安全和生產，6個遠程I/O站（drop）故障少且有備品，能夠滿足生產，決定只對E984-785 PLC系統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公司產品，兼容性好，技術比較成熟，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系統代替原E984-785 PLC系統。此次改造在現有PLC系統的基礎上,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系統的主機站換成Quantum的主機站，原系統其他6個RIO遠程站不變。
 
    根據合成氨裝置安全聯鎖系統的控制I/O點數和Quantum PLC性能，選用Quantum PLC系統系列卡件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商對Modicon公司984系列產品較熟悉的情況，編程軟件選用指令結構與984系列完全兼容，但界面更友好，指令系統更豐富的 Concept 軟件,XL 版本,V2.6軟件包，可幫助用戶更方便地完成系統的開發，再開發及維護。

    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結構化程序設計；2功能塊圖：適合于過程控制；3梯形圖: 離散量控制的傳統語言；4結構化文本: 復雜的算法及數學處理；5指令列表: 低級語言，優化的性能。回路調節函數庫。用戶定義功能塊 (DFBs) 可反復使用。非IEC語言:984 Ladder Logic；“C” Tool kit 。Quantum通過軟件實現升級。所有CPU及智能模板使用Flash存儲操作系統；

    Concept 2.6在IEC程序上傳；熱備性能的提高--縮短掃描時間；更容易使用的開發環境。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系統聯試

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

三 Quantum PLC系統的優點

    1 Quantum PLC系統的特點

    Quantum PLC繼承和發展了 Square-D、Modicon、Telemi-canique 三大世界知名品牌PLC的優點， 又融入了當今PLC制造的最新技術，具有結構靈活、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，即系統冗余-CPU熱備系統，高速光纜連接；冗余的通訊通道-Modbus Plus，S908 I/O 網絡；冗余的電源；Quantum遠程I/O技術 (S908 RIO)即可確定的IO更新時間, 同步掃描-支持熱備系統的無擾切換；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產品開放性良好的特點，可與Modconnect（Modicon的合作伙伴組織，目前有數千家廠商參加，較著名的有IBM， HP, digital, 3M等等）的所有產品通訊其通訊方式主要有：Modbus 方式 --是事實上的工業標準，幾乎與所有網絡介質兼容，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+網是用于實時工業控制及I/O擴展的網絡。具有高效率的數據傳輸，價格低廉，性能可靠等優點。可與計算機，HMI，Modicon控制器，TIO，VVVF 等連接。其他方式---通過BM85可編程網橋，用戶可與任何公開協議的設備通訊。

    2 PLC系統主機站改造前后比較

    PLC系統主機站改造前后配置簡圖如下：

    E984-785冗余PLC系統主機站配置圖

    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。協處理器配合完成過程控制中較復雜的代數及數學運算。支持PCFL過程控制功能庫，過程控制能力強。

    E984-785 PLC系統電源和CPU是集成為一塊模板（E984-785）,而Quantum PLC系統電源和CPU是兩塊模塊
    
    （140CPS11420，140CPU43412A）。 E984-785 PLC系統主站機架（H819-209）框架式結構，Quantum PLC系統主站為背板結構（140XBP00600），背板采取統一的背板總線技術，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。背板結構靈活，便于升級和擴展，安裝維護方便。

    2.2 本地、遠程、分布式I/O網絡提供更為靈活的系統結構。Modbus網、Modbus Plus網構成多層次的網絡結構。主機架和遠程I/O機架可采用遠程I/O網通訊，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，以直觀的BCD碼旋轉開關設定網絡地址。

    Quantum PLC系統通訊電纜連接在兩個CPU卡的Modbus plus口上通過Modbus plus協議實現數據交換，沒有調制解調卡， E984-785 PLC系統通訊電纜連接在調制解調卡（J878）發送接受接口通過Modbus協議實現數據交換。Quantum PLC系統通過RM85網橋與橫河公司Centum XL DCS系統通訊，由于RM85網橋接口是25針，Centum XL DCS卡件接口9針，為了通訊中間用了25針轉為9針的轉接口。

    這次改造采用施耐德自動化公司高速可靠的實時工業控制局域網Modbus網，實現PLC站與DCS站之間數據的通訊。和原來遠程I/O站，本方案同樣采用S908這一高可靠、高速的網絡實現RIO擴展，既保證通訊效率又實現網絡協議的統一性。

    2.3 Quantum另一大特點通過軟件實現升級。所有CPU及智能模板使用Flash存儲操作系統；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，及時使用最新技術，可通過 www.modicon.com 下載最新系統程序。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，投用改后系統性能更加穩定可靠、結構靈活、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，確保了生產穩定長期穩定的進行，給企業帶來經濟效益。同時對與此內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。