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電解工業鹽水是獲得氯氣、氫氣和燒堿等工業原料的主要方法之一，其生產過程是通過整流機組輸出大電流到電解槽，使工業鹽水發生電離，從而產生氯氣、燒堿和氫氣等產品。由于電解工業鹽水是一個連續而又復雜的生產過程，而且整流機組直流電流的輸出對生產有著至關重要的作用，一旦整流機組出現問題，就可能損壞電解槽和其他相關的設備。為此，對整流機組的控制提出了可靠性高、穩定性強、容錯能力好的要求，并應盡可能的減少整流設備和整流變壓器出現故障的可能性。

作者通過分析用戶的需求和目前工業生產領域中廣泛采用的高可靠性系統，同時也對比了國內外的PLC生產廠家，如ABB，AB，Schneider和Siemens，終選用了西門子公司生產的具有冗余功能的S7-414H系統。

2、 控制器性能及控制系統構成

2.1 S7-414H控制器性能

S7-414H可編程控制器是西門子公司推出的一種具有高可用性和冗余結構的PLC系統，是一種智能化和分布性都達到了水平的可編程控制器。該控制器在控制、調節以及獲取和準備過程數據的全部功能中都起著重要的作用。S7-414H系統中的主要元件均采用了雙重冗余結構設計，大限度的滿足用戶對可靠性的要求，其系統構成結構簡圖如下圖1所示：

圖1 具有冗余功能的S7-414H系統結構圖

從上圖可以看出，為了保證系統的可靠性，S7-414H系統的主要部件包括電源模塊（PS）、CPU模塊、通訊模塊（CP）、通訊網絡（BUS）和通訊接口模塊（IM153-2）均采用了冗余結構，如果對可靠性要求更高的話，可以將信號模塊（SM）也設計成冗余結構，由此就可以更大程度的保證系統穩定運行。當系統中的某個元件或通訊網絡發生故障時，系統均能正常運行，不影響正常的生產。S7-414H冗余系統是一個復雜系統，構建一個基本的冗余系統主站需要如下的典型配置：

2.2 燒堿裝置控制系統構成

燒堿裝置控制系統主要是對電解槽的送電系統及輔助設備進行控制和保護，其控制設備包括4臺整流機組系統、4臺整流變壓器系統、4套純水冷卻系統以及4套直流刀開關系統，完成的控制功能包括直流刀開關狀態監視和遠程操作、直流電流遠程設定和監視、整流變壓器和整流機組保護信號采集、報警和故障跳閘，純水冷卻系統的參數采集和處理，并且通過工業以太網，將重要的數據送入計算機進行顯示、保存和打印?？刂葡到y的網絡原理如圖2所示：

圖2 燒堿裝置控制原理圖
從上圖可以看出，控制系統分為三個層次，即現場層、控制層和管理層。
現場層為分布在4個整流機組控制柜內的ET200M，由于主站為S7-414H冗余系統，因此ET200M必須配置成可帶電熱插拔（即Active Bus）的子系統而且每個子站必須配置兩塊IM153-2 DP接口模塊，其每個子站典型配置如下所示：

每個ET200M子站分別采集各自的變壓器保護信號、整流機組保護信號、純水冷卻器保護信號和直流刀開關信號及其他的保護信號，但不能進行控制和計算處理。

控制層中冗余的S7-414H PLC通過大傳輸速率為12MB/s的Profibus DP現場總線對ET200M的信號進行采集處理，完成控制和保護功能，并且通過工業以太網模塊CP443-1上傳必要的數據。CP443-1通訊模塊是西門子公司S7-400系列PLC中的工業以太網通訊模塊，其支持TCP/IP、ISO協議。對于S7-414H系統，為了保證上位機與PLC通訊的可靠性，對CP443-1僅推薦ISO通訊協議，也就是說只設置MAC地址，而屏蔽掉IP地址。

管理層主要是對設備的重要參數進行顯示、保存和打印，共配置有三臺工業控制計算機。其中兩臺計算機配置有CP1613智能網卡，并且運行有Wincc監控軟件和Wincc冗余選項，雙方互為備用，任何一臺發生問題均不影響系統的正常運行。工藝室的計算機與冗余計算機則以Server/Client的方式瀏覽數據和參與控制。

2.3 監控計算機的配置與組態

監控計算機為現場設備的運行參數、運行狀態和歷史數據的顯示、保存和打印提供了一個形象的平臺，極大地方便了用戶的操作和維護。對于每臺與S7-414H PLC通訊的監控計算機，