论文部分内容阅读
摘要：本文通过马钢第三钢轧总厂3#异型坯连铸机S5控制系统升级改造的实践，简要说明了S5控制系统升级为S7控制系统的思路和方法。从硬件系统和软件系统两个方面入手，根据控制功能的要求以及西门子STEP 7 自带的转换工具进行升级，再进行必要的功能优化以满足更高的控制要求。
关键词：S5控制系统升级 硬件组态 优化
上个世纪90年代，西门子S5工业自动化系统是当时控制系统的主流，我厂当时上马了一批采用西门子S5控制系统的项目，比如1#连铸机、3#连铸机、2#LF炉等。随着技术的革新，到了2000年以后，更为先进的西门子S7控制系统逐渐成熟，S7系统不但能实现S5的所有功能，而且在运算速度、稳定性、抗干扰、系统冗余方面都有很大的提升，S5被更先进的自动化系统淘汰已是大势所趋。
我厂3#异型坯连铸机于1998年建成投产，当时采用的是S5控制系统，由于S5备件价格昂贵而且越来越难于订货，加上S5系统在学习和维护方面比较困难，2008年由自动化部设计施工，将老的S5系统改造为S7系统，由于当时工期紧、施工难度大、经费困难，留下配水系统的JB2柜没有改造，准备作为第二次改造的内容。今年6月份3#连铸机大修，我们利用此次机会自行设计，将3#连铸机的JB2柜进行升级改造。
1 改造方案的设计思路
1.1硬件系统的设计
S5系统的硬件和S7系统的硬件完全不同，虽然在S7系统中，S5的从站仍然可以挂在S7的系统中，但是由于备件的原因，建议全部替换为S7的模块。
老的S5系统配置如下：两个ET200U从站，站地址分别为5和6，5#站内有3个4输入的模拟量输入模块、1个模拟量输出模块、1个数字量输入模块和2个数字量输出模块，6#站内有3个模拟量输入模块和7个模拟量输出模块。
初步解决方案为：使用1个S7的ET200M站代替原来的5#、6#ET200U从站，根据I/O数量的需要，在本站中设置数字量输入、输出模块各1个，模拟量输入模板两个，模拟量输出模板1个。
1.2软件系统的设计
西门子S5程序的升级比较复杂，由于S7并不是S5的简单升级，S7对S5程序并不兼容，S5的程序并不能直接移植到S7系统中运行，这就需要对S5的程序进行转换。虽然西门子提供了S5程序到S7程序的转换工具，但是使用“converting S5 files”后，所转换的程序会出现各种问题。为了保证程序的可用性，我们还必须仔细的核对修改。
1.3功能缺陷的优化设计
为了使改造后的系统更加稳定可靠，这就需要我们对原设计中不合理的部分进行优化，比如根据生产工艺的需要，在HMI画面上显示必要的报警，现场的干扰信号很强，这就需要我们在改造的过程中考虑如何尽可能的抑制干扰，使干扰的影响程度降低到最小等等。
2 改造方案的实施步骤
2.1 PLC程序的转换
首先"converting s5 files"，对所有出现的警告和错误，比对S5程序，对错误的地方进行修正。语法上的问题基本上S5手册里都有详细说明，如RS是S5里的system data words， LIR直接访问ram等等，明白作用后就可以直接在S7里替换掉。另外一些S5的特殊功能块，S7也有相对应的，比如，用FC125代替IM308C的通讯诊断功能块FB225。S5里的PB与FB块全部转换成了S7的FC块，PB为“顺序控制”，主要用梯形图实现一些基本的逻辑控制，“converting s5 files”后，一般不会出问题，可放心使用，FB为“功能”，转换后很可能有各种问题，不过总能找到解决办法。
2.2针对原系统功能缺陷的优化
为保证电源稳定性，将原柜内凤凰接口改为保险端子，增加SITOP电源容量；对配水平台上原来的结晶器四个面的流量显示进行修改，原来流量显示的信号源为流量计，现改为ET200的模拟量输出驱动，去除信号分配器，降低干扰。重新制作新的JB2柜，对柜子密封性、柜内照明、通风散热设计、接地保护系统进行改进；对原部分程序做修改，对部分模拟量做低通滤波，以减少电磁干扰对模拟量的影响产生误报警；修改干油润滑的控制程序，在WINCC画面上增加干油润滑的报警功能等。
3 改造项目实施的体会
西门子S5系统到S7系统的升级看似很难，其实找对方法了也是比较容易的事情，在做升级工作之前，必须从几个方面进行技术准备，逐步入手：
了解设备的工艺过程。这个是必须的，熟悉工艺了才有助于阅读程序，修改程序和调试程序。
硬件配置的升级。原有S5的硬件配置是必须要清楚的，因为外部的设备是不变的，升级基本都是PLC控制系统的升级，升级后的PLC系统必须与外部设备匹配，所以必须知道原来系统用了多少DI/DO，AI/AO，是电压型的还是电流型的，是0-10V还是4-20mA的等等，这些了解清楚了，才能在S7的模块中选择性能参数对应的模块去替代S5模块。
PLC程序的升级，此部分有自动转换的软件可以使用，分以下几个步骤进行：1）、对于S5的PLC程序不需要全部理解的太透，具体的深入程度看个人的能力，爱好以及工期的要求，起码的了解程度是：首先了解原程序的程序结构，各个功能数据块的调用关系；其次，能知道程序中所有程序块的作用，老外的程序一般程序块都很多，有系统的，有自己编的，可以不去知道每个语句的含义，但是必须了解每个块的用途；最后，弄清各个DB块的作用，哪些是系统数据块，哪些是用于和HMI交互的，哪些是用户数据块。了解了这些方便于后期程序的修改。2）、使用S7自带的S5到S7的转换工具：converting s5 files，使用此工具的自动转换的正确率为70%左右，其余的30%则不能正确的转换过来，这个时候就得去人工检查修改了，转换过程中，错误的部分会有提示，根据提示去逐一检查，找到错误的地方后，对照S5的程序，用STEP 7的语句重新编写即可。有的部分是可以直接去掉的，在S5中为了和HMI通讯必须调用一个功能块，比如用于和HMI进行SINEC L1方式通讯的FB56即TDOP：L1虽然报错，但因为它失去了作用，因此可以直接删除了。当所有的错误修改完成后，PLC程序部分就OK了。
关键词：S5控制系统升级 硬件组态 优化
上个世纪90年代，西门子S5工业自动化系统是当时控制系统的主流，我厂当时上马了一批采用西门子S5控制系统的项目，比如1#连铸机、3#连铸机、2#LF炉等。随着技术的革新，到了2000年以后，更为先进的西门子S7控制系统逐渐成熟，S7系统不但能实现S5的所有功能，而且在运算速度、稳定性、抗干扰、系统冗余方面都有很大的提升，S5被更先进的自动化系统淘汰已是大势所趋。
我厂3#异型坯连铸机于1998年建成投产，当时采用的是S5控制系统，由于S5备件价格昂贵而且越来越难于订货，加上S5系统在学习和维护方面比较困难，2008年由自动化部设计施工，将老的S5系统改造为S7系统，由于当时工期紧、施工难度大、经费困难，留下配水系统的JB2柜没有改造，准备作为第二次改造的内容。今年6月份3#连铸机大修，我们利用此次机会自行设计，将3#连铸机的JB2柜进行升级改造。
1 改造方案的设计思路
1.1硬件系统的设计
S5系统的硬件和S7系统的硬件完全不同，虽然在S7系统中，S5的从站仍然可以挂在S7的系统中，但是由于备件的原因，建议全部替换为S7的模块。
老的S5系统配置如下：两个ET200U从站，站地址分别为5和6，5#站内有3个4输入的模拟量输入模块、1个模拟量输出模块、1个数字量输入模块和2个数字量输出模块，6#站内有3个模拟量输入模块和7个模拟量输出模块。
初步解决方案为：使用1个S7的ET200M站代替原来的5#、6#ET200U从站，根据I/O数量的需要，在本站中设置数字量输入、输出模块各1个，模拟量输入模板两个，模拟量输出模板1个。
1.2软件系统的设计
西门子S5程序的升级比较复杂，由于S7并不是S5的简单升级，S7对S5程序并不兼容，S5的程序并不能直接移植到S7系统中运行，这就需要对S5的程序进行转换。虽然西门子提供了S5程序到S7程序的转换工具，但是使用“converting S5 files”后，所转换的程序会出现各种问题。为了保证程序的可用性，我们还必须仔细的核对修改。
1.3功能缺陷的优化设计
为了使改造后的系统更加稳定可靠，这就需要我们对原设计中不合理的部分进行优化，比如根据生产工艺的需要，在HMI画面上显示必要的报警，现场的干扰信号很强，这就需要我们在改造的过程中考虑如何尽可能的抑制干扰，使干扰的影响程度降低到最小等等。
2 改造方案的实施步骤
2.1 PLC程序的转换
首先"converting s5 files"，对所有出现的警告和错误，比对S5程序，对错误的地方进行修正。语法上的问题基本上S5手册里都有详细说明，如RS是S5里的system data words， LIR直接访问ram等等，明白作用后就可以直接在S7里替换掉。另外一些S5的特殊功能块，S7也有相对应的，比如，用FC125代替IM308C的通讯诊断功能块FB225。S5里的PB与FB块全部转换成了S7的FC块，PB为“顺序控制”，主要用梯形图实现一些基本的逻辑控制，“converting s5 files”后，一般不会出问题，可放心使用，FB为“功能”，转换后很可能有各种问题，不过总能找到解决办法。
2.2针对原系统功能缺陷的优化
为保证电源稳定性，将原柜内凤凰接口改为保险端子，增加SITOP电源容量；对配水平台上原来的结晶器四个面的流量显示进行修改，原来流量显示的信号源为流量计，现改为ET200的模拟量输出驱动，去除信号分配器，降低干扰。重新制作新的JB2柜，对柜子密封性、柜内照明、通风散热设计、接地保护系统进行改进；对原部分程序做修改，对部分模拟量做低通滤波，以减少电磁干扰对模拟量的影响产生误报警；修改干油润滑的控制程序，在WINCC画面上增加干油润滑的报警功能等。
3 改造项目实施的体会
西门子S5系统到S7系统的升级看似很难，其实找对方法了也是比较容易的事情，在做升级工作之前，必须从几个方面进行技术准备，逐步入手：
了解设备的工艺过程。这个是必须的，熟悉工艺了才有助于阅读程序，修改程序和调试程序。
硬件配置的升级。原有S5的硬件配置是必须要清楚的，因为外部的设备是不变的，升级基本都是PLC控制系统的升级，升级后的PLC系统必须与外部设备匹配，所以必须知道原来系统用了多少DI/DO，AI/AO，是电压型的还是电流型的，是0-10V还是4-20mA的等等，这些了解清楚了，才能在S7的模块中选择性能参数对应的模块去替代S5模块。
PLC程序的升级，此部分有自动转换的软件可以使用，分以下几个步骤进行：1）、对于S5的PLC程序不需要全部理解的太透，具体的深入程度看个人的能力，爱好以及工期的要求，起码的了解程度是：首先了解原程序的程序结构，各个功能数据块的调用关系；其次，能知道程序中所有程序块的作用，老外的程序一般程序块都很多，有系统的，有自己编的，可以不去知道每个语句的含义，但是必须了解每个块的用途；最后，弄清各个DB块的作用，哪些是系统数据块，哪些是用于和HMI交互的，哪些是用户数据块。了解了这些方便于后期程序的修改。2）、使用S7自带的S5到S7的转换工具：converting s5 files，使用此工具的自动转换的正确率为70%左右，其余的30%则不能正确的转换过来，这个时候就得去人工检查修改了，转换过程中，错误的部分会有提示，根据提示去逐一检查，找到错误的地方后，对照S5的程序，用STEP 7的语句重新编写即可。有的部分是可以直接去掉的，在S5中为了和HMI通讯必须调用一个功能块，比如用于和HMI进行SINEC L1方式通讯的FB56即TDOP：L1虽然报错，但因为它失去了作用，因此可以直接删除了。当所有的错误修改完成后，PLC程序部分就OK了。