一、          項目簡介

在大部分電廠主機、造紙等重要工業領域中，一旦在系統聯調或生產運行過程中發生停機停車，需要通過DCS平臺來查找事故原因，而這些項目的工藝過程復雜、實時性高，一般的報警記錄及歷史趨勢已無法用來做出準確的事故分析，事件順序記錄（Sequence Of Event）成為DCS的必需功能，且分辨率一般要求達到1ms。

我公司承接的內蒙古準格爾工業園區自備電廠脫硫DCS項目就明確提出了此要求。脫硫裝置在電廠中屬于輔助系統，但由于裝置本身也是一套龐大復雜的系統，它的運行穩定情況往往會影響到鍋爐主機的正常運行，所以在脫硫系統中，重要電氣設備（如增壓風機他、漿液循環泵、石灰石制粉機等）的跳閘信號，采用1ms的事件記錄。

按以往的PCS7系統配置，采用冗余CPU加上ET200M分布式I/O可在操作站實現10ms的時間標簽分辨率，難以滿足上述分辨率，因此在項目中，我們利用了PCS7強大的兼容性，除了采用西門子A&D的產品外，結合了SIEMENS PTD和I&S集團的相關產品，實現了上述要求。

二、          系統構成

項目網絡結構圖如下。

圖1 項目網絡結構圖

除了項目中本來用到的PCS7軟硬件外需如下部件用于實現SOE。

                表1 訂貨清單

AS414-3，首先要采用一臺非冗余的S7 400 的AS站，槽位最好選18槽的，以便可以插更多的SICAM DI卡（開關量輸入卡）。MCP時鐘同步卡，用于接收外部時鐘信號，同時同步SICAM DI卡及CPU。可通過端子與DCF77接收器相連。SICAM DI開關量輸入卡，用于數字量采集，分辨率為1ms，內部存儲器可存儲200條事件記錄。同時，采用48針前端連接器用于連接信號電纜。

SICLOCK TM中央時鐘，見圖2。接收GPSDEC來的衛星時鐘解碼信號（DCF without ZZB），提供多路多種形式的精確時鐘，我們用它為MCP提供時間源，同時可通過其本身自帶的以太網口接入DCS系統的SYSTEM BUS，為其他AS、OS提供時鐘。當外部GPS信號故障時，其本身也可提供高精度的時鐘。

圖2 SICLOCK TM中央時鐘

SICLOCK GPSDEC ，GPS解碼器，見圖3。這個產品是可選的，當SOE的時間標簽要完全和GPS衛星時間一致時選擇。GPSDEC訂貨包其中包括GPS信號天線、電源和解碼器，以及相關輔件。

圖3 GPS解碼器組件

除了上述硬件外，還需要SICAM plusTOOLS組態軟件（需授權），用于組態MCP卡和SICAM DI卡；還有SOE FUNCTION BLOCK功能軟件，用于CFC組態，生成報警信息，編譯到WinCC報警信息庫。

三、          功能實現

有了以上的產品后，我們單獨為SOE系統設立了一面機柜，把所有這些相關設備集成在一起，基本沒有特殊的要求，只要考慮好安裝位置、供電、散熱和進出線的方便即可。按照下圖，連接以上設備。同時在PCS7平臺之上加裝SICAM plusTOOLS軟件和SOE FUNCTION BLOCK功能軟件。

圖4  系統連接

1.             GPS DEC安裝調試

天線包含在SICLOCK GPSDEC訂貨組件中，天線要安裝在室外開闊的地方（如平坦的房頂、建筑物的正面等），確保充分接收到衛星信號，同時還要考慮到防雷擊。注意：不管是水平安裝還是垂直安裝，天線頭始終要保持垂直，如圖5所示。

圖5 GPS DEC天線安裝圖

可通過PC串口 對GPSDEC進行參數設置。運行安裝軟盤中自解壓文件“GPSDEC_ConfigurationTool_SelfExtracted.exe”，生成文件夾“GPSDEC”，運行其中的“gpsdec.exe”，即可對GPSDEC進行參數設置，如下圖所示。

圖6 GPSDEC設置

2.             SICLOCK TM的安裝調試

按下表，在其液晶面板上做如下參數設置。

表2 SICLOCK TM參數設置

在本項目中，除了SOE系統外，還有其他AS站以及操作員站、工程師站，為了能以SICLOCK TM時間為基準，把它們的時鐘都同步起來，我們可以利用SICLOCK TM的以太網同步功能，通過雙絞線連接其X6(RJ-45)接口或X5(ITP)接口到PCS7的系統總線，可以通過設置讓所有站都同步起來。

SICLOCK TM還要做如下設置。

表3 SICLOCK TM參數設置－LAN

通電后，十秒鐘左右，SICLOCK TM完成啟動，我們可以在1A菜單中查看主要數據。如下圖所示。

圖7 SICLOCK TM 菜單1A

相關參數可以在1A、1B、1C、1D、1E、1F菜單中查看到，不一一贅述。

 3.             組態 

完成以上硬件連接和設置，即可打開SIMATIC MANAGER進行硬件組態。按照圖11中SOE站，分別插入PS、CPU、MCP、SICAM DI和CP443-1。注意MCP要選擇“MCP TS-400”下的“MCP TS”。如下圖所示。

圖8 硬件組態

這里值得注意的是：MCP卡在第一次使用時必須進行firmware下載，通過以太網無法下載，必須通過MPI/DP口，且必須嚴格遵循以下順序：①下載項目硬件組態到CPU來建立CPU和MCP之間的連接（下文會講到）。②下載MCP firmware。③切換CPU開關到“STOP”再到“RUN”。這其中，下載MCP firmware步驟又分為：①復位MCP卡面板上的“reset”鍵，快速地按三次，每次間隔1秒鐘，當“LOAD”指示燈等以0.5Hz頻率閃爍時，表示“等待開始下載”，②在硬件組態MCP屬性里，點擊“Download firmware”按鈕，③在下載firmware的過程中，“LOAD”指示燈以2Hz頻率閃爍，表示“正在接收數據”，④下載完成后，“LOAD”指示燈以5Hz頻率閃爍。

然后再打開Netpro，在CPU和MCP間建立一個“S7 connection”，接口選擇“PLC internal”。

除了以上硬件組態外，還要組態工程師站和操作員站，在此就不再贅述。這樣即完成了硬件組態。

完成了硬件組態，然后進行軟件組態。打開一個CFC Chart，從“SOE_DRV”目錄中拖入FB657 MCP_ACT，輸入參數設置如下：

圖9 CFC組態

LADDR：8189。8189為MCP的硬件起始地址。CPU_ID和MCP_ID為16#1和16#30001，來自MCP硬件組態時系統分配的ID，可以從MCP的硬件屬性中獲得。

然后，再從“SOE_DRV”目錄中拖入FB656 DI32_DRV，分別連接MCP_ACT的輸出管腳“GS”、“SET_TIME”到DI32_DRV的輸入管腳“GS”、“SET_TIME”。

打開DI32_DRV屬性對話框，點擊“Message…”按鈕，彈出如下對話框。

圖10 編輯MESSAGE內容和區域

在對話框中可以更改報警文本的OS area和Event中的報警信息內容。

完成以上組態后，編譯上傳到WinCC，在WinCC畫面中添加一個報警控件“WinCC Alarm Control”，在屬性對話框Message lists選項卡中，篩選“Area”的文本內容為“SOESOESOE”（和上文中的設置匹配）。如下圖所示。

圖11 WinCC Alarm Control中的設置

完成以上硬件部分和軟件部分的組態后，完成各個站的編譯下載并運行。注意，由于SICLOCK TM在系統總線上做主時鐘，所以在ES和OS站的WinCC同步設置中都要選擇“Synchronization via System Bus”，且都為“Slave”。

 四、          功能測試 

在ES和OS站上運行WinCC Runtime，觀察MCP卡、SOE站CPU的時間、其他AS站CPU的時間以及ES和OS站的時間，應該看到它們和SICLOCK TM的時間是同步的，不同的是MCP卡、SOE站CPU的時間、其他AS站CPU的時間為GMT 0時區的時間，和SICLOCK TM一致，而ES和OS站為北京時間。修改任何一處時間，都會很快被SICLOCK TM校正。

測試分辨率達到1ms，我們拿SICAM DI卡上的第二和第一通道做試驗，按二到一的順序依次快速（間隔小于等于1ms）地加上24VDC信號，模擬出兩個間隔小于等于1ms的DI信號，我們可以在WinCC上的報警框中看到下圖所示。

 圖12 SOE分辨率1ms

我們可以看到組態好的報警畫面中有兩條報警事件，分別是“Signal_2 Status:[  0]”和“Signal_1 Status:[  0]”，根據CFC中組態DI32_DRV塊時定義的報警事件內容可知，它們分別對應SICAM DI卡的第二和第一通道，它們的報警時間分別為“14:42:37.776”和“14:42:37.777”，時間分辨率達到1ms。

 五、          應用體會 

總體來說，目前在PCS7中，SOE 1ms分辨率的實現比其他一些廠家的DCS系統繁瑣，但在應用過程中只要弄清原理，嚴格按照要求和應有的步驟設計、接線、組態、調試，SOE 1ms分辨率的功能還是很容易實現的。

通過在內蒙古準格爾工業園區自備電廠脫硫DCS項目中的應用，SOE 1ms的功能也得到了進一步的驗證，為最終用戶的生產和事故分析帶來了很多方便，這也再一次讓我們體會到了PCS7及西門子自動化系統產品的博大精深。