1.引言
天津石化烯烴部污水處理裝置原來采用的是西門子S5-115U，該套污水裝置從1994年投入生產，至今該套系統已經連續運行十多年，按照西門子公司提供的產品元件更換周期，大部分元件（如：I/O卡，通訊卡等）均已經超過使用壽命，而且部分元件已出現明顯老化現象，由于PLC故障引發的生產事故近年不斷增加，有時會給環境帶來一定的影響；另外原污水控制系統有部分余量，但是這些年來隨著一些技改技措，增加了許多監視、控制點，原富余點已經基本利用上，再有新的改造或增加監視控制點已基本沒有位置，這樣為污水裝置今后技改技措的發展帶來一定的難度。還有由于該型號產品已經淘汰，備件產量較少，價錢比較高且采購周期長。
前段時間操作站與PLC通訊的通訊卡出現故障，不能通訊，加之工控機的硬盤也發生故障，工藝人員只能到現場手動操作控制現場的工況，故決定馬上進行升級改造該套控制系統。經過綜合考慮決定控制系統采用西門子S7-400,監控系統采用西門子WINCC監控軟件，使操作安全、便捷。
2.控制系統硬件配置方案
由于PLC具有通用性強、使用方便、適應面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點。它采用可編程序的存貯器，用來在其內部存貯執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令，并通過數字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。可編程序控制器及其有關設備，都應按易于與工業控制系統形成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。采用以S7-400為核心的控制系統使系統更加安全、可靠而且易操作、易管理、易維護，可以進行優化控制和先進控制。另外從價格因素考慮，改造用的的PLC控制系統可以利舊使用污水車間原來限制下來的一套控制系統，不用從新購置S7-400的硬件設備，大大節省了資金，而且日后維護、檢修的費用都較低。
經過對該套裝置的控制點數統計以及對復雜回路、聯鎖回路的分析決定，改造后系統由一個主機架（CPU機架）和擴展機架構成，
其中數字量輸入模板為6ES7 421-1BL00-0AA0，DI32*24VDC，
數字量輸出模板為6ES7 422-1BL00-0AA0，DO32*24VDC/0.5A，
模擬量輸入模板為6ES7 431-1BL00-0AB0，AO8*13Bit；
模擬量輸出模板為6ES7 432-1HF00-0AA0，AO8*13Bit；
PLC系統供電由一個20A的SIEMENS電源提供，以保證系統良好運行。
系統硬件組態結構如圖一、圖二、圖三：
系統硬件組態結構如圖一
系統硬件組態結構如圖二
系統硬件組態結構如圖三
3.控制系統軟件配置方案
本系統在軟件上用STEP7 V5.3用于PLC的編程和硬件及網絡的組態；控制室上位機采用DELL產品，系統軟件采用WINDOWS2000，人機界面采用WINCC完成組態，中空可以完成開、停車及控制的所有操作，上位機CRT顯示裝置開停車狀態、壓力、溫度、液位、等參數，顯示報警狀態、歷史趨勢圖、調節閥開關狀態，并具有報表打印功能。
4.控制系統網絡結構及網絡協議配置
本系統S7400主機架和其它機架ET200M以及觸屏采用PROFIBUS-DP總線連接。PLC與上位機的通訊采用MPI網，通過主機架上的網卡連接，便于以后的網絡擴展。CPU上的MPI（多點接口）用于和編程器以及其他的CPU通訊。
控制系統S7-400網絡組態如圖四所示：
圖四 控制系統S7-400網絡組態圖
5.此次改造的難點
軟件上需要將S5-115U程序轉換為S7-400的程序，一開始嘗試用軟件的方式將S5-115U程序轉換為S7-400的程序，但轉換出來的程序S7-400不能識別，沒有成功，軟件編寫只能重新自己編寫，地址需要重新定義，另外工期特別緊，只給了半個月的工期，因此工作量比較繁重。
10、綜合故障監控系統
因其是全場的污水處理裝置是核心生產設備，它的安全運行至關重要，其運行參數如壓力、溫度、液位、分析參數等必須嚴格監控，否則會對環境造成影響，因此有必要設置綜合故障監控系統。
需要指出是，上述控制系統不是孤立的，它們應該相互聯系起來，才能實現整個系統的協調控制。為了使該系統安全可靠，主要選用AB、SIEMENS和HONEYWELL等國際著名公司的產品作為系統硬件，將所有的監控點和控制回路組態成畫面，組成較DCS更靈活、經濟，而且速度更快、更安全可靠的控制系統；具備參數監視、歷史記錄、各控制回路調節、報警聯鎖、聯鎖切除、工作點運行狀態顯示：故障分析提示、與上位機通訊、自診斷(包括線路診斷)以及各種打印功能等。PLC控制和手動控制雙重控制系統，即在PLC斷電或不能正常工作的情況下，用手動控制系統來操縱主要系統閥門，保證污水的安全運行。
6.系統構成特點
安全可靠，系統機柜內的220V交流電源和24V直流電源都接入UPS電源，外部電源故障斷電后可維持40分鐘不間斷供電，不會對PLC系統供電產生影響。
組態方便，可在線修改。工程師站和操作員站即可進行離線編程組態和流程圖修改，也可進行在線編程組態，并采用軟連接的方式對組態控制方案進行動態顯示和模擬操作。所有組件可在線插拔，在線增減I/O卡件，在線修改控制組態并下裝及在線修改流程圖并下裝。
易于維護性：組態專有功能塊可對各個部件進行測試，診斷和維護，一旦卡件損壞，系統檢測到以后立即以聲光報警形式報警并啟動打印機打印設備名稱、故障類別及發生時間等。與此同時故障設備也有發光二極管亮燈提示，維護人員可及時處理。
7．結束語
該套控制系統經調試后機組于2008年7月一次開車成功運行至今，S7-400 PLC控制系統運行良好，人機界面直觀，流程圖美觀大方，運行設備的啟動條件和停機聯鎖一目了然，操作簡單方便，控制系統合理、可靠獲得了操作和管理人員的一致認可，控制系統的硬件配置和軟件組態體現了很高的性價比。由上述可見當今高性能的PLC完全可以完成順序控制、復雜回路控制和高級運算功能，而且方式靈活，安全可靠。有著廣泛的應用前景。