概述
首鋼遷安有限公司7000立方米高爐鼓風機自動控製係統已於2004年9月順利試車成功，現已正式投產，為高爐供風。該鼓風機是由原首鋼動力廠4#風機搬遷建成。為了提高整個控製係統的穩定性,控製係統選用了性能穩定，功能完善的SCHNEIDER公司QUANTUM係列PLC，CPU采用雙機熱備形式，PLC本地站與遠程站之間采用了雙纜連接的方式。係統還配備了以態網模塊和工業交換機,keyitongguoguanglanyuqitagangweijinxingtongxun。youyushejidegaijin，shidezhenggexitongdexingnengdaolequanmiandeyouhua，wendingxing，anquanxing，jingjixingjiaoyiqiandouyoulequanmiandetigao。zicongtouchanyilai，xitonggongzuozhuangtaifeichangwending，youlidebaozhangleshengchan。
QUANTUM PLC雙機熱備技術的主要特點
雙機熱備係統具有非常高的可靠性
雙機熱備係統具有非常高的可靠性，體現在以下幾個方麵：
■控製係統為冗餘的雙CPU設計，運行時一主一備，並通過高速光纜連接；
■控製係統為冗餘的雙通訊通道，控製係統間通訊網絡采用Modbus Plus或TCP/IP協議,控製係統內部采用RIO網絡結構，以上網絡均可以采用雙纜冗餘方式；
■控製係統為冗餘的雙電源供電。
正常工作
時互為熱備的控製器具有的特性
在雙機熱備係統中，互為熱備的控製器具有如下的工作特性：
■實時數據傳輸，確保雙CPU程序的完全一致；
■每個掃描周期均傳送數據及狀態信息，確保雙CPU工作狀態的完全一致；
■兩個控製器之間采用光纜連接；
■切換完成的最長時間是兩個掃描周期；
■通訊速率為10M,熱備係統可放於3km之外；
■當控製程序發生改變時，可以自動完成程序下裝功能；
■初次組態時，用戶快速、有效隻需下裝一次程序；
■使用IEC方式的雙機熱備配置不需要編程工作；
■使用ModSoft/Concept組態軟件均可進行配置；
■用可裝載功能塊支持984/800係列用戶；
■CHS模塊熱更換-無需停機時間。
便捷安全的熱備切換方式
可以通過以下幾種方式實現便捷安全的熱備切換：
■將主控機鑰匙開關從RUN切到OFFLINE,即可完成手動熱備切換；
■也可以通過人機界麵或編程器切換；
■在電源失效，CPU失效，I/O失效（電纜或模板），NOM失效（隻在啟動時）將完成CPU的自動切換。
遷鋼公司7000風機熱備係統構成
PLC的硬件設備選型及設定
一套完整的Quantum 熱備係統需要以下設備：
■兩塊相同的至少四槽的背板；
■性能完全相同的兩塊CPU控製器；
■兩塊類型一致的RIO處理器；
■兩塊類型一致的電源模塊；
■兩塊熱備模板CHS 110；
■連接用的光纖電纜；
■網絡連接的組件包括：分支器，RIO處理器與RIO網絡連接使用的F接頭，分支器MA-0186-100，MA-0185-100，終端電阻52-0422-000 ；
■如果需要其他的通訊協議，則需要增加其他的通訊適配器。
根據以上的構成熱備係統的設備要求和實際需要，首鋼遷鋼公司7000立方米風機控製係統包括PLC控製櫃2套，分別用來安裝本地站和遠程站，雙機熱備的CPU安裝在本地站，本地站和遠程站之間采用雙纜連接。主要的設備選型如表1所示：
選定硬件設備後，需要按照如下的順序安裝熱備係統：
■安裝本地站和遠程站的電源模塊，CPU，RIO處理器，hot standby 模塊，TCP/IP模塊到背板，需要注意的是熱備係統兩個底板上安裝的模板種類和順序必須一致。兩個CPU地設備地址設定必須相同。兩個Ethernet模塊的IP地址設定必須相同。hot standby 模塊的指定滑動開關必須一個設定為A,另外一個設定為B.
■連接網絡，包括安裝RIO網絡和Ethernet網絡，按照網絡結構圖，分別安裝RIO處理器和遠程站之間的分支器和F接頭，連接RIO站間的同軸電纜，Ethernet交換機和網線；
■連接兩個hot standby 模塊之間的光纖。
編程和上位監控係統
首先確定編程和上位監控係統與PLC之間選擇TCP/IP的通訊協議。組態軟件Concept和上位監控軟件都支持TCP/IP的通訊協議，隻要將網絡搭建起來即可。遷鋼公司7000立方米風機熱備係統選用TCP/IP的通訊協議，需要的主要設備如下：
■編程和上位監控係統微機需配備Ethernet網卡；
■為了與熱備的PLC通訊，需要安裝Ethernet交換機；
另外，為了開發出理想的監控係統，選擇的監控軟件是美國TCPWonderware公司開發的InTouch8.0。InTouch是一個集成的、基於組CP/IP件的MMI係統――FactorySuite 2000中的一個核心組件。它具有美觀的HMI（人機接口界麵）和麵向對象的圖形開發環境，能夠高效、快捷地配置用戶的應用程序。其在穩定性，開放性，網絡功能，數據庫功能等方麵都具有很大的優越性。使用INTOUCH開發的監控畫麵包括顯示係統工藝過程的主畫麵，潤滑係統，軸振係統，軸位移係統等監控畫麵，以及報警、曆史曲線、實時曲線和報表等。係統的主要監控界麵如圖1，圖2，圖3，圖4所示。
圖1 風機控製係統的主畫麵
圖2 靜葉及風門的控製畫麵
圖3 風機的防喘控製曲線
圖4 係統的曆史趨勢顯示畫麵
熱備係統硬件網絡的構成
根據對PLC係統和編程和上位監控係統的選擇，確定整個控製係統的硬件網絡結構。控製係統由研華IPC610工業計算機一台，EPSON LQ1600KIII打印機一台，PHILIPS201P顯示器兩台，WINFAST多屏卡一塊等構成，其網絡結構如圖5所示。其中，PLC係統為雙機雙纜冗餘熱備係統，其主機IP為100.100.100.35和100.100.100.36，Quantum 本地（Local）站一個，遠程（Remote）站兩個，PLC主機與工控機之間采用TCP/IP通訊協議，工控機IP地址為100.100.100.37。
熱備係統CPU的軟件組態
使用Concept軟件來組態項目，在創建一個新的項目的時候，需要指定選項IEC Hot Standy選項。指定此選項的目的就是為了安裝相應的熱備係統支持程序到控製器中，在Concept V2.6版本中，這些支持程序是和Concept軟件綁定在一起的，在選中IEC Hot Standy 項目後就已經激活了相應的程序，如圖6，圖7所示。
圖5：雙機熱備係統硬件構成
圖6：指定選項IEC Hot Standy 選項
圖7：熱備係統支持程序
圖8：Hot Standby 擴展屬性
圖9：CHS 熱備模塊的顯示麵板
另外，還需要設定Hot Standby 擴展屬性，Hot Standby 擴展屬性包括的內容如圖8所示：
使用Concept軟件提供的Hot Standby擴展屬性組態界麵指定Hot Standby如下屬性：
■指定Hot Standby 命令寄存器參數；
■定義非傳送區域地址範圍，以減少CPU的掃描周期；
■定義CPU啟動後的工作狀態，相互熱備的CPU哪一個處於ONLINE狀態；
■定義處於熱備的CPU在程序發生不匹配時所產生動作，是由熱備轉為自動離線還是由熱備轉換為運行；
■定義當相互熱備的CPU工作狀態相互切換時要交換設備地址的通訊口，包括MODBUS口1，2，3；
■使能或者禁止邏輯映象按鈕忽略；
■定義執行邏輯升級時CPU所采取的處理方式，可以選擇“不用停機”也可以選擇“使用停機”方式；
完成上述的硬件配置和設定工作之後，分別將項目的配置下裝到兩個CPU中，熱備係統就已經建立起來。需要注意的是在向CPU中下裝組態時，需要先將兩個CPU的備用電池取下，至少10分鍾以上，以確保CPU在下裝組態之前存儲器中沒有任何數據。
熱備PLC係統常見故障及處理
熱備係統的硬件網絡結構圖如圖1所示，熱備CPU通過高速光纜連接，CPU的每個掃描周期均以10M通訊速率，實時由主CPU向備CPU傳輸數據及狀態信息,熱備係統具有自動程序下裝功能，快速、有效隻需下裝一次程序，配置不需要編程工作，CHS模塊熱更換-無停機時間。
CHS熱備模塊的顯示麵板如圖9所示，其主要顯示燈含義如表2。
結束語
由於風機在整個生產流程中的重要作用，控製係統必須穩定。使用QUANTUM PLC雙(shuang)機(ji)熱(re)備(bei)技(ji)術(shu)滿(man)足(zu)了(le)係(xi)統(tong)對(dui)控(kong)製(zhi)提(ti)出(chu)的(de)要(yao)求(qiu)，實(shi)現(xian)了(le)控(kong)製(zhi)的(de)安(an)全(quan)，穩(wen)定(ding)，高(gao)效(xiao)。該(gai)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)自(zi)投(tou)入(ru)以(yi)來(lai)，工(gong)作(zuo)性(xing)能(neng)非(fei)常(chang)穩(wen)定(ding)，為(wei)生(sheng)產(chan)提(ti)供(gong)了(le)保(bao)障(zhang)。實(shi)踐(jian)證(zheng)明(ming)該(gai)應(ying)用(yong)方(fang)案(an)是(shi)成(cheng)功(gong)的(de)。
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