一 合成氨PLC系统现状分析

    兰州石化公司化肥厂大化肥装置是由日本东洋公司承建的进口设备，1997年建成投产。合成氨装置信号报警和联锁保护控制系统由美国生产的Modicon E984-785 PLC（以下简称E984-785 PLC）系统完成。E984-785 PLC系统为国外七十年代末期至九十初期产品主流产品，性能比较稳定，质量可靠。由于该系统使用时间较长，卡件不同程度出现过一些问题，尤其以PLC核心部分主机站单元出现的问题更为严重，主机站单元互为热备冗余的PLC系统，其中一套PLC由于卡件出现问题无法正常运行，再加上产品的不断更新换代，原984系列产品已经停产，部分卡件备件无法找到。致使互为热备冗余的PLC系统单系列运行，一旦另一套PLC中任一模板出现故障，PLC系统无法正常运行，导致整个化肥装置无法运行，不仅会造成极大的经济损失，甚至会出现安全事故，后果不堪想象。PLC系统改造迫在眉睫。

二  改造方案的建立和实施

    针对E984-785 PLC系统出现的问题，经过认真分析研究，主机站问题严重，卡件备品无法找到，严重影响安全和生产，6个远程I/O站（drop）故障少且有备品，能够满足生产，决定只对E984-785 PLC系统主机站进行升级改造，远程I/O站不做改造。同时对PLC工程师站升级。

    用配置DELL P4 3.0G 512M USB 1.44M 52X CDROM 19‘液晶PLC工程师站取代原PⅢ配置的PLC工程师站便于组态和维护；用施耐德自动化公司Modicon TSX Quantum PLC（以下简称Quantum PLC）代替原PLC。由于E984-785 PLC和Quantum PLC都是Medcon公司产品，兼容性好，技术比较成熟，在短期能够完成，同时投资少，这种方案更适合实际。
升级改造过程如下：

    1 硬件的升级改造

    用Quantum PLC系统代替原E984-785 PLC系统。此次改造在现有PLC系统的基础上,新增加双机热备Quantum 系列CPU模板、通讯模板、切换单元、电源模板。即将原984系统的主机站换成Quantum的主机站，原系统其他6个RIO远程站不变。
 
    根据合成氨装置安全联锁系统的控制I/O点数和Quantum PLC性能，选用Quantum PLC系统系列卡件140CPS11420（ Quantum电源, 115/230 VAC,11Amp），140CPU43412A CPU（intel 4X86/133为主处理器，2M用户逻辑,2MB, 1MB+）、140CRP93200 RIO处理器接口、140CHS11000 Quantum热备卡件、140XBP00600背板等模件代替相应原模件组成新PLC主机站，其余6个I/O远程站不做任何处理。

    在施工过程拆除E984-785 PLC卡件、机架、通讯线及PLC工程师站，安装好Quantum PLC系统背板、卡件、PLC工程师站，接好通讯线，硬件安装工作完成。

    2 软件的升级改造

    在编程软件方面，鉴于用户及工程开发商对Modicon公司984系列产品较熟悉的情况，编程软件选用指令结构与984系列完全兼容，但界面更友好，指令系统更丰富的 Concept 软件,XL 版本,V2.6软件包，可帮助用户更方便地完成系统的开发，再开发及维护。

    Concept是先进的、获奖的编程工具，所有5种 IEC 1131-3 语言即顺序流程图: 1结构化程序设计；2功能块图：适合于过程控制；3梯形图: 离散量控制的传统语言；4结构化文本: 复杂的算法及数学处理；5指令列表: 低级语言，优化的性能。回路调节函数库。用户定义功能块 (DFBs) 可反复使用。非IEC语言:984 Ladder Logic；“C” Tool kit 。Quantum通过软件实现升级。所有CPU及智能模板使用Flash存储操作系统；

    Concept 2.6在IEC程序上传；热备性能的提高--缩短扫描时间；更容易使用的开发环境。在Concept 保护：保护 - Project 或 DFB；下载到 PLC后-IEC 代码不许修改，不许仿真；Security Tool-New PROTECT tab；导出成ASC须口令等特点。

    改造前，把原来E984-785 PLC用Modsoft V2.6编程工具编辑的梯形逻辑图复制导出，Concept 2.6软件上转化Quantum PLC Concept 2.6编程工具的梯形逻辑图，整个工作难度不大，转化后的梯形逻辑图和原图基本没有变化，熟悉原来程序的操作维护人员不用多学就可以胜任工作。

    3系统联试

    PLC系统的软硬件升级改造完成后，对卡件通道和程序进行调试，整个工作进展顺利，程序基本没有修改，整个调试工作在很短的时间完成。

三 Quantum PLC系统的优点

    1 Quantum PLC系统的特点

    Quantum PLC继承和发展了 Square-D、Modicon、Telemi-canique 三大世界知名品牌PLC的优点， 又融入了当今PLC制造的最新技术，具有结构灵活、功能强劲、使用简便、性价比高、集成度高、兼容性好等特点。Quantum PLC是双机热备冗余系统，即系统冗余-CPU热备系统，高速光缆连接；冗余的通讯通道-Modbus Plus，S908 I/O 网络；冗余的电源；Quantum远程I/O技术 (S908 RIO)即可确定的IO更新时间, 同步扫描-支持热备系统的无扰切换；1.544 Mega baud；可连接31个远程I/O分站；同轴缆4公里, 光缆10 公里。Quantum PLC秉承Modicon产品开放性良好的特点，可与Modconnect（Modicon的合作伙伴组织，目前有数千家厂商参加，较著名的有IBM， HP, digital, 3M等等）的所有产品通讯其通讯方式主要有：Modbus 方式 --是事实上的工业标准，几乎与所有网络介质兼容，可通过电话有线，无线进行通讯应用。通常采用RS232口，进行通讯。Modbus Plus方式 --- MB+网是用于实时工业控制及I/O扩展的网络。具有高效率的数据传输，价格低廉，性能可靠等优点。可与计算机，HMI，Modicon控制器，TIO，VVVF 等连接。其他方式---通过BM85可编程网桥，用户可与任何公开协议的设备通讯。

    2 PLC系统主机站改造前后比较

    PLC系统主机站改造前后配置简图如下：

    E984-785冗余PLC系统主机站配置图

    2.1 Quantum机架和I/O模块设计体积小，槽位配置灵活，任何模块(包CPU模块、通讯模块以及电源模块)都可以任意配置，无槽位限制。协处理器配合完成过程控制中较复杂的代数及数学运算。支持PCFL过程控制功能库，过程控制能力强。

    E984-785 PLC系统电源和CPU是集成为一块模板（E984-785）,而Quantum PLC系统电源和CPU是两块模块
    
    （140CPS11420，140CPU43412A）。 E984-785 PLC系统主站机架（H819-209）框架式结构，Quantum PLC系统主站为背板结构（140XBP00600），背板采取统一的背板总线技术，背板总线通讯速率达到(80 Mbits)，背板总线支持：-所有电源组合，所有CPU种类，所有智能模板，本地I/O，远程I/O，分布式I/O。背板结构灵活，便于升级和扩展，安装维护方便。

    2.2 本地、远程、分布式I/O网络提供更为灵活的系统结构。Modbus网、Modbus Plus网构成多层次的网络结构。主机架和远程I/O机架可采用远程I/O网通讯，通讯速率达1.544M，可以采用单缆，双缆或光纤配置。取消复杂的DIP开关，以直观的BCD码旋转开关设定网络地址。

    Quantum PLC系统通讯电缆连接在两个CPU卡的Modbus plus口上通过Modbus plus协议实现数据交换，没有调制解调卡， E984-785 PLC系统通讯电缆连接在调制解调卡（J878）发送接受接口通过Modbus协议实现数据交换。Quantum PLC系统通过RM85网桥与横河公司Centum XL DCS系统通讯，由于RM85网桥接口是25针，Centum XL DCS卡件接口9针，为了通讯中间用了25针转为9针的转接口。

    这次改造采用施耐德自动化公司高速可靠的实时工业控制局域网Modbus网，实现PLC站与DCS站之间数据的通讯。和原来远程I/O站，本方案同样采用S908这一高可靠、高速的网络实现RIO扩展，既保证通讯效率又实现网络协议的统一性。

    2.3 Quantum另一大特点通过软件实现升级。所有CPU及智能模板使用Flash存储操作系统；支持软件升级即CPU，通讯模板，IO处理器，其它智能模板；对用户投资的极大保护即及时更新系统，及时使用最新技术，可通过 www.modicon.com 下载最新系统程序。这些条件为以后的改造打下了基础。

    用Concept 软件,XL 版本,V2.6软件包代替Modsoft V2.6版本编程软件，Concept 软件在Windows XP上运行，克服了Modsoft V2.6在DOS界面上运行的缺陷，使用更加灵活方面。

四 升级改造后达到的效果

    2006年7月合成氨装置PLC升级改造为Quantum PLC系统，投用改后系统性能更加稳定可靠、结构灵活、功能强劲、使用简便、性价比高、集成度高、兼容性好等特点。摆脱了备件不足，维护困难的局面。排除了兰州石化公司化肥厂合成氨重大安全隐患，确保了生产稳定长期稳定的进行，给企业带来经济效益。同时对与此内似设备提供一种改造思路并为今后的进一步改造打下良好基础。