1 引言

　　廣紙#5紙機是1953年從芬蘭引進，1991年和1996年兩次引進芬蘭Valmet公司技術對紙機關鍵設備進行改造，自動化控制方面配套有紙頁定量、水分、厚度控制的QCS系統(tǒng)，壓榨部的MCS系統(tǒng)和DCS系統(tǒng)。

　　#5紙機雖經(jīng)過兩次改造，但MCS系統(tǒng)仍為西門子公司在20世紀80年代推出的S5系統(tǒng)，目前S5系統(tǒng)大多數(shù)CPU模塊和信號處理模塊已經(jīng)不再生產(chǎn)，給企業(yè)使用帶來了很大的不便，取而代之的是西門子公司新推出的S7系統(tǒng)。2010年#5紙機整體搬遷，#5紙機MCS系統(tǒng)由S5系統(tǒng)升級為S7系統(tǒng)。

　　隨著科學技術的發(fā)展，舊有設備或技術的淘汰，有效的進行企業(yè)的技術改造是一個帶有普遍性意義的問題。本文主要介紹了將#5紙機如何由S5升級為S7系統(tǒng)，以及其間遇到的問題和解決方法。

　　2 生產(chǎn)工藝介紹

　　廣紙#5紙機是長網(wǎng)造紙機，是一條生產(chǎn)新聞紙和文化紙的生產(chǎn)線，主要生產(chǎn)工藝包括液壓油站、網(wǎng)部、壓榨部、前烘缸、施膠、后烘缸、卷曲、復卷和包裝等控制過程。其紙張生產(chǎn)基本數(shù)據(jù)如下：

　　3 原S5-PLC控制系統(tǒng)簡介

　　廣紙#5紙機壓榨部原PLC控制系統(tǒng),為西門子S5PLC控制系統(tǒng)，其CPU為115U，現(xiàn)場按鈕開關操作，PLC通過8個DO通道控制LCD屏顯示故障信息。系統(tǒng)硬件配置圖如下：

　　4 控制系統(tǒng)改造升級方案

　　S5系統(tǒng)可以升級非西門子PLC系統(tǒng)，例如AB、Schneider等廠家的PLC系統(tǒng)，也可以升級為西門子S7系統(tǒng)。下面介紹一下兩種方案的優(yōu)缺點：

　　第一種：將原有的S5系統(tǒng)拆除，重新配置一套新的PLC控制系統(tǒng)（非SIEMENSPLC）；該種方案可以解決系統(tǒng)問題，但由于系統(tǒng)的不兼容性，例如：信號模塊的接線方式、和第三方廠家設備通訊方式等都會導致系統(tǒng)的升級有很大的難度；改造的周期也大大延長，影響了整個系統(tǒng)的改造質(zhì)量和周期。

　　第二種：將原有的S5系統(tǒng)拆除，重新配置一套S7PLC控制系統(tǒng)；該種方案可以順利解決系統(tǒng)問題，由于S7系統(tǒng)是在S5的基礎上升級而成，在很大的方面都具有兼容性，例如：程序的結(jié)構(gòu)、編程語言的相似和第三方廠家設備通訊方式等都會給系統(tǒng)的升級帶來幫助；使改造的周期縮短，系統(tǒng)改造質(zhì)量提高。

　　本次S5升級改造我們采用第二種方案，即S5系統(tǒng)升級為S7系統(tǒng)。系統(tǒng)配置圖如下：

　　4.1主要工作內(nèi)容及注意要點

　　根據(jù)廣紙PM5搬遷改造的要求，將升級為西門子S7PLC控制系統(tǒng)，增加1臺操作站、一臺工程師站，并根據(jù)現(xiàn)場作適當?shù)母脑?。主要工作?nèi)容如下：

　　4.1.1S7-PLC控制系統(tǒng)硬件設計

　　首先，我們要了解原S5的硬件配置。外部的設備是不變的，升級基本都是PLC控制系統(tǒng)的升級，升級后的PLC系統(tǒng)必須與外部設備匹配，清楚原系統(tǒng)I/O配置，在S7的模塊中選擇性能參數(shù)對應的模塊去替代S5的模塊，建立新的硬件配置并完成接線工作；其次，熟悉掌握當前S7-PLC硬件配置、軟件組態(tài)等相關知識，對STP7和WINCC軟件能夠熟練使用。

　　更換現(xiàn)場S5控制器以及相應的信號輸入輸出模塊,電源模塊、導軌及重新配線。在這個過程中我們要注意以下幾點：

　　第一根據(jù)S7系統(tǒng)配置圖重新繪制系統(tǒng)硬件接線圖，最好與原S5系統(tǒng)I/O順序相同、I/O地址相同，不要與新增加點數(shù)發(fā)生沖突。

　　第二替換所有模塊全部、所有外部接線重新連接，因此必須做到認真仔細，否則輸入、輸出點混亂的話將對模塊產(chǎn)生嚴重傷害。

　　第三S5的中央機架和擴展模塊的尺寸與S7的有很大的不同，要合理選型、充分利用原柜體空間，力爭柜內(nèi)硬件布置做最小的改動。

　　4.1.2S5程序轉(zhuǎn)換為S7程序

　　雖然S7為S5升級換代產(chǎn)品，但是S5升級改造為S7的工作量同樣非常巨大。S5與S7相比較而言，其無論從編程語言、產(chǎn)品框架等都有極大的不同。這就要求不僅對S5編程語言、思路有詳細的了解，而且要能找出S5對應升級S7后的替代產(chǎn)品，并要求在在S7系統(tǒng)上編出具有相同功能的流程圖。

　　首先，了解設備的工藝過程，這個是必須的。熟悉工藝了才有助于閱讀程序，修改程序和調(diào)試程序。這個可以要求甲方提供設備資料或直接的對設備工藝進行講解。

　　其次，了解原程序的程序結(jié)構(gòu)，各個功能塊數(shù)據(jù)塊的調(diào)用關系；掌握原S5程序中所有程序塊（OB,FC,FB...）的作用，了解每個塊的用途；掌握所有DB塊的作用，分清系統(tǒng)數(shù)據(jù)塊、用戶數(shù)據(jù)塊，方便于后期的程序修改。

　　最后，利用STEP7轉(zhuǎn)換軟件將S5程序轉(zhuǎn)換為S7程序，逐條檢查每一條程序，錯誤的地方必須人工修改。當所有的錯誤修改完成后，PLC程序部分轉(zhuǎn)換完成。

　　邏輯程序部分在轉(zhuǎn)換過程中基本都是正確的，為確保萬無一失，還是應該逐條檢查，以確保連鎖關系的正確性。只要細心，這部分是沒有問題的；本項目中，S5使用FB251進行模擬量采集，輸入到DB塊中為有符號16位數(shù)，而S7中一般使用FC105進行數(shù)據(jù)采集，輸入到DB塊中為32位浮點數(shù)，解決方法有兩種，一種是使用S7中FC105替換S5中FB251，將數(shù)據(jù)直接存儲為32位浮點數(shù)，但是和本模擬量處理相關的部分部分要做相應修改；另一種是自己編寫模擬量采集程序，數(shù)據(jù)結(jié)果直接存儲為有符號16位數(shù)，與S5數(shù)據(jù)格式一致，和本模擬量處理相關的部分保持不變，本項目采用第二中方法。

　　在編寫和修改S7程序過程中，我們要在STEP7中重新定義變量表，在地址分配中我們要注意原S5系統(tǒng)已有的變量地址保持不變，新增加的變量分配新的地址。這樣既便于程序的校對，也會大大減少轉(zhuǎn)換程序的時間，還可以防止由于變量地址對應不準確而產(chǎn)生錯誤。

　　4.1.3S7-PLC控制系統(tǒng)通電、調(diào)試；

　　程序調(diào)試分單體設備靜態(tài)調(diào)試和整體動態(tài)調(diào)試

　　啟停單個設備，根據(jù)實際情況進行人工解鎖，檢驗設備運行是否正常。這個過程主要檢查PLC控制柜、現(xiàn)場儀表接線是否正確。

　　當現(xiàn)場所有工況條件滿足后，進行整體試車，這個過程中主要檢測設備連鎖關系是否滿足工藝要求。

　　5 升級改造中注意問題

　　第一西門子S7系統(tǒng)有5種編程方式，即STL（指令表），LAD（梯形圖），F(xiàn)BD（功能塊），Graph（順序功能）以及SCL（結(jié)構(gòu)文本）。本項目中S5系統(tǒng)模擬量采集、壓區(qū)加壓控制等程序關鍵部分都是采用STL（指令表）方式編寫的，通常我們使用較多的是LAD和FBD，但是一定要掌握指令表編程方式，即STL（指令表）。

　　第二S5與S7的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基本類似，但是表述方法不同，在修改程序的過程中一定要注意數(shù)據(jù)格式的一致性。例如：在S5中KF數(shù)據(jù)類型相當于S7-300中的INT；S5中的KG類型相當于S7-300中的REAL。

　　第三S5中沒有集成的為庫文件，如調(diào)用需專用的授權(quán)。而S7內(nèi)集成有各種庫文件。例如在讀取模擬量輸入上，在S5中需調(diào)用授權(quán)的FB250功能塊，不僅表達繁瑣，而且?guī)椭畔⒎浅Ｉ?。而S7只需調(diào)用FC105后輸入幾個簡單的變量參數(shù)即可實現(xiàn)功能；S5中沒有PID功能塊，在遇到例如溫度控制這一塊，S5采用的是自編的語句表程序非常繁瑣，而S7內(nèi)集成了PID功能模塊，只需直接調(diào)用即可，但調(diào)試很麻煩，需要大量的實踐經(jīng)驗與技巧

　　第四前面我們也講過，這里再強調(diào)一下，最好保持原S5系統(tǒng)與現(xiàn)S7系統(tǒng)變量表地址一致，雖然也可以重新定義變量表，但這會增加修改程序的時間。

　　第五取消操作盤上的大量儀表，就需采用西門子WICC上位機軟件，而上位機軟件因其涉及的功能比較多，所以編制起來比較麻煩，這就需要對WINCC軟件有熟練的掌握。另外，當大量儀表盤操作被上位機操作取代后，必須對操作人員重新培訓，使之熟練掌握。

　　6 結(jié)束語

　　通過控制系統(tǒng)S5-S7PLC的升級改造，優(yōu)化了用戶軟件，并增加上位機監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)視和控制紙機設備，并有故障診斷功能，進一步完善了控制系統(tǒng)。該項目經(jīng)過硬件安裝、現(xiàn)場技術服務，對系統(tǒng)I/O測試，功能測試及開機調(diào)試，紙機已成功出紙。結(jié)果表明，該PLC控制系統(tǒng)的功能滿足紙機生產(chǎn)要求。