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０．引言
天津钢管有限责任公司轧管厂精整生产线承担管排锯切、矫直、NDT探伤、修磨等工艺任务。其中3#管排锯是德国制造，型号为WAGNER 1600R的圆盘冷距机，辅助设备包括管排辊道、切头尾挡板、定尺挡板、回转臂、缓冲链等。锯切机组主要由冷床及下料装置、主机和辅助设备构成。
3#管排锯电控自动化系统采用的是西门子公司在20世纪80年代推出的S5系统，由于使用年限较长，存在诸多问题，暴漏缺点较多，主要表现为：(1)系统老化，运行不稳定；(2)电气系统维护工作量大，维护费用高，生产作业率低；(3)备品备件难以解决。为了不影响生产，3#管排锯电气系统由S5系统升级为S7系统。
随着科学技术的发展，旧有设备或技术的淘汰，有效的进行企业的技术改造是一个带有普遍性意义的问题。本文主要介绍了将3#管排锯如何由S5升级为S7系统，以及其间遇到的问题和解决方法。
1.改造内容和方案
改造內容为轧管厂南线锯控制系统PLC设备、HMI系统。
自动化系统改用西门子S7-400系列，保留控制柜内其它元件，新做现场控制箱一个，配备便携式编程器1台。
改造后的S7-400控制系统能够完成现有的S5系统的所有控制功能，HMI根据现场生产要求编制画面，保证系统能够正常运行。
1.1设计思想
由于本系统是一套已经在工厂成熟使用，并且担负着繁重的生产任务的系统，因此该系统在改造期间必须在规定的停产时间内完成硬件安装和软件调试工作。改造后必须具备可靠、适用、先进性能，并且完整的保留原系统的控制功能和现场操作的习惯。
1.2硬件软件配置与功能
即原来S5中央单元及扩展单元所在柜体。用一套西门子S7-400替代原来S5控制功能，主要配置如下：
S7-400部分：机架底板；PS407电源模块一块；CPU模块（414-2DP）一块；以太网模块（CP443-1）一块；开关量输入模块（16点DC24V）十块；开关量输出模块（16点DC24V）八块；模拟量输入模块（4路）一块；模拟量输出模块（8路）一块。
其中CPU模块具有PRFOIBUS-DP和MPI两个通讯口，MPI口用于编程和程序的监视，DP口用于HMI画面的监控。
上位机采用西门子工控机一台，组态监控软件采用西门子WinccV6.2,操作系统用WINDOWS XP专业版，画面设计按工艺流程显示。
1.3改造重点及要点
这是一套在现场成功使用多年的系统，分析、研究老系统PLC程序是一项非常重要的工作，通过对老的程序的分析有利于新系统编程和调试，并且对系统的顺利投产有很大的帮助。
在调试之前的设计期间，具体的了解现场柜体的安装情况。
主站与子站间通讯通过西门子DP网进行，上位机通讯采用西门子以太网。
为了适应生产实际要求，在调试之前，设计人员将到现场了解操作工操作习惯，维护人员的实际要求，组态HMI画面。
2.主要工作内容及主要要点
根据3#管排锯改造的要求，将升级为西门子S7-PLC控制系统，并根据现场作适当的改造。主要工作内容如下：
2.1 S7-PLC控制系统硬件设计
首先，我们要了解原S5的硬件配置。外部的设备是不变的，升级基本都是PLC控制系统的升级，升级后的PLC系统必须与外部设备匹配，清楚原系统I/O配置，在S7的模块中选择性能参数对应的模块去替代S5的模块，建立新的硬件配置并完成接线工作；其次，熟悉掌握当前S7-PLC硬件配置、软件组态等相关知识，对S7和WINCC软件能够熟练使用。
更换现场S5控制器以及相应的信号输入输出模块,电源模块、导轨及重新配线。在这个过程中我们要注意以下几点：
第一根据S7系统配置图重新绘制系统硬件接线图，最好与原S5系统I/O顺序相同、I/O地址相同，不要与新增加点数发生冲突。
第二替换所有模块全部、所有外部接线重新连接，因此必须做到认真仔细，否则输入、输出点混乱的话将对模块产生严重伤害。
第三S5的中央机架和扩展模块的尺寸与S7的有很大的不同，要合理选型、充分利用原柜体空间，力争柜内硬件布置做最小的改动。
2.2 S5程序转换为S7程序
虽然S7为S5升级换代产品，但是S5升级改造为S7的工作量同样非常巨大。S5与S7相比较而言，其无论从编程语言、产品框架等都有极大的不同。这就要求不仅对S5编程语言、思路有详细的了解，而且要能找出S5对应升级S7后的替代产品，并要求在在S7系统上编出具有相同功能的流程图。
首先，了解设备的工艺过程，这个是必须的。熟悉工艺了才有助于阅读程序，修改程序和调试程序。这个可以要求甲方提供设备资料或直接的对设备工艺进行讲解。
其次，了解原程序的程序结构，各个功能块数据块的调用关系；掌握原S5程序中所有程序块（OB,FC,FB...）的作用，了解每个块的用途；掌握所有DB块的作用，分清系统数据块、用户数据块，方便于后期的程序修改。
最后，利用STEP7转换软件将S5程序转换为S7程序，逐条检查每一条程序，错误的地方必须人工修改。当所有的错误修改完成后，PLC程序部分转换完成。
逻辑程序部分在转换过程中基本都是正确的，为确保万无一失，还是应该逐条检查，以确保连锁关系的正确性。只要细心，这部分是没有问题的；本项目中，S5使用FB251进行模拟量采集，输入到DB块中为有符号16位数，而S7中一般使用FC105进行数据采集，输入到DB块中为32位浮点数，解决方法有两种，一种是使用S7中FC105替换S5中FB251，将数据直接存储为32位浮点数，但是和本模拟量处理相关的部分部分要做相应修改；另一种是自己编写模拟量采集程序，数据结果直接存储为有符号16位数，与S5数据格式一致，和本模拟量处 理相关的部分保持不变，本项目采用第二中方法。
在编写和修改S7程序过程中，我们要在STEP7中重新定义变量表，在地址分配中我们要注意原S5系统已有的变量地址保持不变，新增加的变量分配新的地址。这样既便于程序的校对，也会大大减少转换程序的时间，还可以防止由于变量地址对应不准确而产生错误。
2.3 S7-PLC控制系统通电、调试
程序调试分单体设备静态调试和整体动态调试。
启停单个设备，根据实际情况进行人工解锁，检验设备运行是否正常。这个过程主要检查PLC控制柜、现场仪表接线是否正确。
当现场所有工况条件满足后，进行整体试车，这个过程中主要检测设备连锁关系是否满足工艺要求。
3.升级改造中注意问题
第一S5与S7的数据结构基本类似，但是表述方法不同，在修改程序的过程中一定要注意数据格式的一致性。例如：在S5中KF数据类型相当于S7-300中的INT；S5中的KG类型相当于S7-300中的REAL。
第二S5中没有集成的为库文件，如调用需专用的授权。而S7内集成有各种库文件。例如在读取模拟量输入上，在S5中需调用授权的FB250功能块，不仅表达繁琐，而且帮助信息非常少。而S7只需调用FC105后输入几个简单的变量参数即可实现功能；S5中没有PID功能块，在遇到例如温度控制这一块，S5采用的是自编的语句表程序非常繁琐，而S7内集成了PID功能模块，只需直接调用即可，但调试很麻烦，需要大量的实践经验与技巧。（下转第6页）
（上接第53页）第三前面我们也讲过，这里再强调一下，最好保持原S5系统与现S7系统变量表地址一致，虽然也可以重新定义变量表，但这会增加修改程序的时间。
第四取消操作盘上的大量仪表，就需采用西门子WICC上位机软件，而上位机软件因其涉及的功能比较多，所以编制起来比较麻烦，这就需要对WINCC软件有熟练的掌握。另外，当大量仪表盘操作被上位机操作取代后，必须对操作人员重新培训，使之熟练掌握。
4.结束语
通过控制系统S5-S7PLC的升级改造，优化了用户软件，并增加上位机监控系统，监视和控制备，并有故障诊断功能，进一步完善了控制系统。该项目经过硬件安装、现场技术服务，对系统I/O测试，功能测试及开机调试，管排距已经正常切割。结果表明，该PLC控制系统的功能满足南线锯生产要求。
【参考文献】
［１］深入浅出西门子S7-400PLC.北京航空航天大学出版社.
［２］电气传动自动化技术手册.机械工业出版社.
［３］西门子公司S7-400硬件和安装手册．
天津钢管有限责任公司轧管厂精整生产线承担管排锯切、矫直、NDT探伤、修磨等工艺任务。其中3#管排锯是德国制造，型号为WAGNER 1600R的圆盘冷距机，辅助设备包括管排辊道、切头尾挡板、定尺挡板、回转臂、缓冲链等。锯切机组主要由冷床及下料装置、主机和辅助设备构成。
3#管排锯电控自动化系统采用的是西门子公司在20世纪80年代推出的S5系统，由于使用年限较长，存在诸多问题，暴漏缺点较多，主要表现为：(1)系统老化，运行不稳定；(2)电气系统维护工作量大，维护费用高，生产作业率低；(3)备品备件难以解决。为了不影响生产，3#管排锯电气系统由S5系统升级为S7系统。
随着科学技术的发展，旧有设备或技术的淘汰，有效的进行企业的技术改造是一个带有普遍性意义的问题。本文主要介绍了将3#管排锯如何由S5升级为S7系统，以及其间遇到的问题和解决方法。
1.改造内容和方案
改造內容为轧管厂南线锯控制系统PLC设备、HMI系统。
自动化系统改用西门子S7-400系列，保留控制柜内其它元件，新做现场控制箱一个，配备便携式编程器1台。
改造后的S7-400控制系统能够完成现有的S5系统的所有控制功能，HMI根据现场生产要求编制画面，保证系统能够正常运行。
1.1设计思想
由于本系统是一套已经在工厂成熟使用，并且担负着繁重的生产任务的系统，因此该系统在改造期间必须在规定的停产时间内完成硬件安装和软件调试工作。改造后必须具备可靠、适用、先进性能，并且完整的保留原系统的控制功能和现场操作的习惯。
1.2硬件软件配置与功能
即原来S5中央单元及扩展单元所在柜体。用一套西门子S7-400替代原来S5控制功能，主要配置如下：
S7-400部分：机架底板；PS407电源模块一块；CPU模块（414-2DP）一块；以太网模块（CP443-1）一块；开关量输入模块（16点DC24V）十块；开关量输出模块（16点DC24V）八块；模拟量输入模块（4路）一块；模拟量输出模块（8路）一块。
其中CPU模块具有PRFOIBUS-DP和MPI两个通讯口，MPI口用于编程和程序的监视，DP口用于HMI画面的监控。
上位机采用西门子工控机一台，组态监控软件采用西门子WinccV6.2,操作系统用WINDOWS XP专业版，画面设计按工艺流程显示。
1.3改造重点及要点
这是一套在现场成功使用多年的系统，分析、研究老系统PLC程序是一项非常重要的工作，通过对老的程序的分析有利于新系统编程和调试，并且对系统的顺利投产有很大的帮助。
在调试之前的设计期间，具体的了解现场柜体的安装情况。
主站与子站间通讯通过西门子DP网进行，上位机通讯采用西门子以太网。
为了适应生产实际要求，在调试之前，设计人员将到现场了解操作工操作习惯，维护人员的实际要求，组态HMI画面。
2.主要工作内容及主要要点
根据3#管排锯改造的要求，将升级为西门子S7-PLC控制系统，并根据现场作适当的改造。主要工作内容如下：
2.1 S7-PLC控制系统硬件设计
首先，我们要了解原S5的硬件配置。外部的设备是不变的，升级基本都是PLC控制系统的升级，升级后的PLC系统必须与外部设备匹配，清楚原系统I/O配置，在S7的模块中选择性能参数对应的模块去替代S5的模块，建立新的硬件配置并完成接线工作；其次，熟悉掌握当前S7-PLC硬件配置、软件组态等相关知识，对S7和WINCC软件能够熟练使用。
更换现场S5控制器以及相应的信号输入输出模块,电源模块、导轨及重新配线。在这个过程中我们要注意以下几点：
第一根据S7系统配置图重新绘制系统硬件接线图，最好与原S5系统I/O顺序相同、I/O地址相同，不要与新增加点数发生冲突。
第二替换所有模块全部、所有外部接线重新连接，因此必须做到认真仔细，否则输入、输出点混乱的话将对模块产生严重伤害。
第三S5的中央机架和扩展模块的尺寸与S7的有很大的不同，要合理选型、充分利用原柜体空间，力争柜内硬件布置做最小的改动。
2.2 S5程序转换为S7程序
虽然S7为S5升级换代产品，但是S5升级改造为S7的工作量同样非常巨大。S5与S7相比较而言，其无论从编程语言、产品框架等都有极大的不同。这就要求不仅对S5编程语言、思路有详细的了解，而且要能找出S5对应升级S7后的替代产品，并要求在在S7系统上编出具有相同功能的流程图。
首先，了解设备的工艺过程，这个是必须的。熟悉工艺了才有助于阅读程序，修改程序和调试程序。这个可以要求甲方提供设备资料或直接的对设备工艺进行讲解。
其次，了解原程序的程序结构，各个功能块数据块的调用关系；掌握原S5程序中所有程序块（OB,FC,FB...）的作用，了解每个块的用途；掌握所有DB块的作用，分清系统数据块、用户数据块，方便于后期的程序修改。
最后，利用STEP7转换软件将S5程序转换为S7程序，逐条检查每一条程序，错误的地方必须人工修改。当所有的错误修改完成后，PLC程序部分转换完成。
逻辑程序部分在转换过程中基本都是正确的，为确保万无一失，还是应该逐条检查，以确保连锁关系的正确性。只要细心，这部分是没有问题的；本项目中，S5使用FB251进行模拟量采集，输入到DB块中为有符号16位数，而S7中一般使用FC105进行数据采集，输入到DB块中为32位浮点数，解决方法有两种，一种是使用S7中FC105替换S5中FB251，将数据直接存储为32位浮点数，但是和本模拟量处理相关的部分部分要做相应修改；另一种是自己编写模拟量采集程序，数据结果直接存储为有符号16位数，与S5数据格式一致，和本模拟量处 理相关的部分保持不变，本项目采用第二中方法。
在编写和修改S7程序过程中，我们要在STEP7中重新定义变量表，在地址分配中我们要注意原S5系统已有的变量地址保持不变，新增加的变量分配新的地址。这样既便于程序的校对，也会大大减少转换程序的时间，还可以防止由于变量地址对应不准确而产生错误。
2.3 S7-PLC控制系统通电、调试
程序调试分单体设备静态调试和整体动态调试。
启停单个设备，根据实际情况进行人工解锁，检验设备运行是否正常。这个过程主要检查PLC控制柜、现场仪表接线是否正确。
当现场所有工况条件满足后，进行整体试车，这个过程中主要检测设备连锁关系是否满足工艺要求。
3.升级改造中注意问题
第一S5与S7的数据结构基本类似，但是表述方法不同，在修改程序的过程中一定要注意数据格式的一致性。例如：在S5中KF数据类型相当于S7-300中的INT；S5中的KG类型相当于S7-300中的REAL。
第二S5中没有集成的为库文件，如调用需专用的授权。而S7内集成有各种库文件。例如在读取模拟量输入上，在S5中需调用授权的FB250功能块，不仅表达繁琐，而且帮助信息非常少。而S7只需调用FC105后输入几个简单的变量参数即可实现功能；S5中没有PID功能块，在遇到例如温度控制这一块，S5采用的是自编的语句表程序非常繁琐，而S7内集成了PID功能模块，只需直接调用即可，但调试很麻烦，需要大量的实践经验与技巧。（下转第6页）
（上接第53页）第三前面我们也讲过，这里再强调一下，最好保持原S5系统与现S7系统变量表地址一致，虽然也可以重新定义变量表，但这会增加修改程序的时间。
第四取消操作盘上的大量仪表，就需采用西门子WICC上位机软件，而上位机软件因其涉及的功能比较多，所以编制起来比较麻烦，这就需要对WINCC软件有熟练的掌握。另外，当大量仪表盘操作被上位机操作取代后，必须对操作人员重新培训，使之熟练掌握。
4.结束语
通过控制系统S5-S7PLC的升级改造，优化了用户软件，并增加上位机监控系统，监视和控制备，并有故障诊断功能，进一步完善了控制系统。该项目经过硬件安装、现场技术服务，对系统I/O测试，功能测试及开机调试，管排距已经正常切割。结果表明，该PLC控制系统的功能满足南线锯生产要求。
【参考文献】
［１］深入浅出西门子S7-400PLC.北京航空航天大学出版社.
［２］电气传动自动化技术手册.机械工业出版社.
［３］西门子公司S7-400硬件和安装手册．