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，壓榨部的MCS系統和DCS系統。

　　#5紙機雖經過兩次改造，但MCS系統仍為西門子公司在20世紀80年代推出的S5系統，目前S5系統大多數CPU模塊和信號處理模塊已經不再生產，給企業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。2010年#5紙機整體搬遷，#5紙機MCS系統由S5系統升級為S7系統。

　　隨著科學技術的發展，舊有設備或技術的淘汰，有效的進行企業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，以及其間遇到的問題和解決方法。

　　2 生產工藝介紹

　　廣紙#5紙機是長網造紙機，是一條生產新聞紙和文化紙的生產線，主要生產工藝包括液壓油站、網部、壓榨部、前烘缸、施膠、后烘缸、卷曲、復卷和包裝等控制過程。其紙張生產基本數據如下：

　　3 原S5-PLC控制系統簡介

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

　　4 控制系統改造升級方案

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

　　第一種：將原有的S5系統拆除，重新配置一套新的PLC控制系統（非SIEMENSPLC）；該種方案可以解決系統問題，但由于系統的不兼容性，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，影響了整個系統的改造質量和周期。

　　第二種：將原有的S5系統拆除，重新配置一套S7PLC控制系統；該種方案可以順利解決系統問題，由于S7系統是在S5的基礎上升級而成，在很大的方面都具有兼容性，例如：程序的結構、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的升級帶來幫助；使改造的周期縮短，系統改造質量提高。

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

　　4.1主要工作內容及注意要點

　　根據廣紙PM5搬遷改造的要求，將升級為西門子S7PLC控制系統，增加1臺操作站、一臺工程師站，并根據現場作適當的改造。主要工作內容如下：

　　4.1.1S7-PLC控制系統硬件設計

　　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控制系統的升級，升級后的PLC系統必須與外部設備匹配，清楚原系統I/O配置，在S7的模塊中選擇性能參數對應的模塊去替代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、軟件組態等相關知識，對STP7和WINCC軟件能夠熟練使用。

　　更換現場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S7系統配置圖重新繪制系統硬件接線圖，最好與原S5系統I/O順序相同、I/O地址相同，不要與新增加點數發生沖突。

　　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，力爭柜內硬件布置做最小的改動。

　　4.1.2S5程序轉換為S7程序

　　雖然S7為S5升級換代產品，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后的替代產品，并要求在在S7系統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構，各個功能塊數據塊的調用關系；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，分清系統數據塊、用戶數據塊，方便于后期的程序修改。

　　最后，利用STEP7轉換軟件將S5程序轉換為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程序部分轉換完成。

　　邏輯程序部分在轉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，而S7中一般使用FC105進行數據采集，輸入到DB塊中為32位浮點數，解決方法有兩種，一種是使用S7中FC105替換S5中FB251，將數據直接存儲為32位浮點數，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，數據結果直接存儲為有符號16位數，與S5數據格式一致，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，也會大大減少轉換程序的時間，還可以防止由于變量地址對應不準確而產生錯誤。

　　4.1.3S7-PLC控制系統通電、調試；

　　程序調試分單體設備靜態調試和整體動態調試

　　啟停單個設備，根據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、現場儀表接線是否正確。

　　當現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系統有5種編程方式，即STL（指令表），LAD（梯形圖），FBD（功能塊），Graph（順序功能）以及SCL（結構文本）。本項目中S5系統模擬量采集、壓區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的數據結構基本類似，但是表述方法不同，在修改程序的過程中一定要注意數據格式的一致性。例如：在S5中KF數據類型相當于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，如調用需專用的授權。而S7內集成有各種庫文件。例如在讀取模擬量輸入上，在S5中需調用授權的FB250功能塊，不僅表達繁瑣，而且幫助信息非常少。而S7只需調用FC105后輸入幾個簡單的變量參數即可實現功能；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內集成了PID功能模塊，只需直接調用即可，但調試很麻煩，需要大量的實踐經驗與技巧

　　第四前面我們也講過，這里再強調一下，最好保持原S5系統與現S7系統變量表地址一致，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 結束語

　　通過控制系統S5-S7PLC的升級改造，優化了用戶軟件，并增加上位機監控系統，監視和控制紙機設備，并有故障診斷功能，進一步完善了控制系統。該項目經過硬件安裝、現場技術服務，對系統I/O測試，功能測試及開機調試，紙機已成功出紙。結果表明，該PLC控制系統的功能滿足紙機生產要求。