Siemens Pcs7 IO Redundancy Practice in Haihua Aniline Project

SIEMENS PCS7冗余IO在山东海化苯胺项目中的应用
工程部杜家全
一．系统概况
5万吨/年苯胺装置，是山东海化股份有限公司天祥化工厂继8万吨/年甲烷氯化物及10万吨/年乙酸乙酯装置之后的又一重要装置；DCS系统仍采用SIEMENS PCS7 V6.1SP1。

DCS系统结构如下：
DCS 系统采用了冗余控制器：2套CPU 417-4H（仪表部分）、1套CPU 414-4H（电气部分）；并采用了冗余IO，包括AI冗余、AO冗余、DI冗余、DO冗余。

冗余控制器及冗余IO的结构示意如下：
如下为仪表部分第一个控制器及其IO组成示意图：
二．冗余IO
1.AI冗余（6ES7 331-7KF02-0AB0）
AI冗余分为带有冗余传感器的冗余模拟量输入模板方式：
和接入非冗余传感器的冗余模拟量输入模板方式：
在本项目中，模拟量输入为4－20mA信号，传感器不冗余，AI卡件为6ES7 331-7KF02-0AB0，故采用了第二种方式中的间接电流测量方式。

1．1 硬件设计
下图为接线原理图:
由于一个信号要接入两个卡件，所以我们采用了冗余端子，AI冗余端子结构如下（冗余端子可由柜厂订做或者向有资质的第三方购买）：（R1、R2为250欧姆）
当信号为4－20mA 2线制时，接线方式如下：：（CH1+/CH1-接入主卡件相应通道，CH2+/CH2-接入备用卡件相应通道）
当信号为4－20mA 4线制时，接线方式如下：（CH1+/CH1-接入主卡件相应通道，CH2+/CH2-接入备用卡件相应通道）
1．2 组态设置
设置控制器过程影像分区：
卡件冗余设置：
输入设置，在本项目中测量类型应为1－5V电压类型而非4－20mA电流型：
地址设置，过程影像区设为PIP1：
1．3 CFC
在CFC中，只需对冗余IO的低地址进行组态，可以认为高地址的卡件不存在；且冗余IO的驱动块必须放在和卡件过程影像区对应的OB中，否则有可能出现信号不稳定。

本项目中，卡件过程影像区为PIP1，对应的OB为OB35，所以驱动块应放在OB35中。

1．4 注意
AI冗余输入，采取一主一备的工作方式，始终只有一个卡件（或通道）输入，当主卡件（或通道）故障时，备用卡件（或通道）开始工作，存在切换时间，在切换瞬间，信号有毫秒级时间的跳变。

当0、2、4、6通道故障时，1、3、5、7通道将不能进行正常冗余切换，因此没有使用的1、3、5、7通道应短接起来以形成回路，不过当1、3、5、7通道故障时，0、2、4、6通道冗余切换不受影像。

2.AO冗余（6ES7 332-5HF00-0AB0）
AO冗余原理示意图如下：
2．1 硬件设计
AO冗余端子原理及接线图示如下：
2．2 组态设置
卡件冗余设置：
输出设置：输出为4－20mA电流型：
地址设置：过程影像区设为PIP1：
2．3 CFC
同1. 3部分。

2．4 注意：
AO冗余输出，采取主备卡件（或通道）同时工作各输出一半的工作方式，当一个卡件（或通道）故障时，另一个卡件（或通道）完全输出。

即：当一个冗余通道要输出20mA时，低地址的通道和高地址的通道各输出10mA，当低地址的通道故障（包括所在卡件故障）时，高地址输出20mA；反之亦然。

在切换过程中，整个输出会瞬间减小至原输出信号的一半再迅速变为正常。

3.DI冗余（6ES7 321-7BH01-0AB0）
DI冗余分为非冗余传感器的数字量输入模板方式：
和带有冗余传感器的数字量输入模板方式：
本项目中，我们采取了第一种方式。

3．1 硬件设计
通过继电器把一副触点转换为两副触点，分别接入主备的两个卡件；在转换过程中，继电器线圈要串入24V电源。

3．2 组态设计
类同于1. 2。

3. 3 CFC
类同于1. 3.
3. 4 注意
DI冗余采取的是一主一备的工作方式，类似于AI冗余，存在切换的问题。

4.DO冗余（6ES7 322-8BF00-0AB0）
通过并行连接两个数字量输出模板或安全型数字量输出模板的两个输出可以实现执行器的冗余控制。

本项目中由于DO卡件每个通道本身带有二极管，故无需另加二极管。

3．1 硬件设计
把主备两个通道的输出，分别输出到各自的继电器，再把两个继电器的输出并联后输出到执行器。

3．2 组态设计
类同于2. 2。

3. 3 CFC
类同于2. 3.
3. 4 注意
DO冗余采取的是主备同时工作的工作方式，主备通道的输出始终是一致的，因此不存在切换的问题。

三．应用体会
SIEMENS PCS7 IO冗余在山东海化股份有限公司天祥化工厂甲烷氯化物装置、苯胺装置及乙酸乙酯装置中得到了很好的应用，并根据实际情况，做了很多尝试，达到了用户的冗余要求。

这说明PCS7 冗余系统特别是IO冗余部分有了很大改进，但要真正实现冗余，达到安全要求，还需要项目工程师根据具体项目具体要求，进行细致的分析，并给出切实可行的方案。