QUANTUM PLC双机热备技术在首钢迁钢公司7000风机自控系统中的应用(1).pdf

QU AN T U M P L C双机热备技术 在首钢迁钢公司 7 0 0 0 风机 自控系统中的应用 杨永奇，北京首钢自动化信息技术有限公司 概述 首钢迂安有限公司 7 0 0 0立方 米高 炉鼓风机 自动控制系统已于2 0 0 4 年9 月 JI I lJ 试车成功．现已正式投产 ，为高炉 供风 。 该鼓风机是由原首钢动力厂4 } ；} 风 机搬迁建成。为了提高整个控制系统的 稳定性， 控制系统选 用了性 能稳定 ， 功能 完善的 S C H N 日 DE R公司 Q U A N T U M系 列 P L C．C P U采用双机热备形式 ．P L C 本地站与远程站之间采用了双缆连接的 方式。系统还配备 了以态 网模块和 工业 交换机， 可以通过光缆与其他 岗位进行通 讯 。由于设计的改进 ．使得整个系统的 性能到了全面的优 化． 稳定性 ． 安全性 ． 经济性较 以前都有 了全面的提高 。自从 投产以来 ．系统工作状态非常稳定 ，有 力的保障了生产。 Q U A N T U M P L C双机热备技术的主 要特点 双机热备系统具有非常高的可靠性 双机热备系统具有非常高的可靠 性 ，体现在以下几个方面 - 控制系统为冗余的双 CP U设计 ， 运行时一主一备， 并通过高速光缆连撬 - 控制系统为冗余 的双通讯通道 ， 控制系统间通讯 网络采用 Mo d b u s P lu s 或T C P ／ I P 协议， 控制系统内部采用R I O网 络结构 ．以上网络均可以采用双缆冗余 方式 -控制系统为冗余的双电源供电。 正常工作时互为热备的控制器具有的特性 在双机热备系统 中，互为热备的控 制器具有如下的工作特性 -实时数据传输． 确保双CP U程序 的完全一致 -每个扫描周期均传送 数据及状态 信 息 ，确保 双 CP U工作状 态的完全一 致 -两个控 制器之间采 用光缆连接 -切换完成的最长时间是两个扫描 周期 - 通讯速率为 1 O M， 热备 系统可放 于 3 k m之外 - 当控制程序发生改变时 ．可以自 动完成程序下装功能 -初次组态时 ．用户快速 、有效只 需下装一次程序 -使用 I E C方式的双机热备配置不 需要编程工作 ； -使用 Mo d S o f t ／ C o n c e p t 组态软件 均可进行配置 ； 用可装载功能块支持9 8 4 ／ 8 0 0 系 列用户 -C H S 模块热更换一 无需停机时间。 便捷安全的热备切换方式 可以通过以下几种方式实现便捷安 全的热备切换 - 将主控机钥匙开关从 R UN切到 O F F L IN E ， 即可完成手动热备切换 - 也可 以通 过人机 界面或编 程器 图1风机控制系统的主画面 图 2静叶及风门的控制画面 图3 风机的防喘控制曲线 图4系统的历史趋势显示画面 w w w ． C E C h in a m a g ． c o rn C O N T R O L E N G I N E E R IN G CH IN A l 2 0 0 7 ．0 4 5 9 l 维普资讯 切换 ； - 在 电源失效 ，CP U失效 ，I／ 0失 效 电缆或模板 ，N O M失效 只在启 动时 将完成 C P U的自动切换。 迁钢公司7 0 0 1 风机热备系统构成 P L C的硬件设备选型及设定 一 套完整的Qu a n t u m热备系统需要 以下设备 -两块相同的至少 四槽的背板 -性能 完全相 同的两块 CP U 控 制 器 -两块类型一致的 R IO处理器 -两块类型一致的 电源模块 -两块热备模板 CH S 1 1 0 一连接用的光纤 电缆 ； - 网络连接的组件包括分支器， R I O处理器与 R IO 网络连接使用的 F 接 头 ．分支器 M A一 0 1 8 6 ～O 0．M A 一 0 1 8 5 1 O 0，终端电阻 5 2 0 4 2 2 0 0 0； -如果需要其他的通讯协议 ，则需 要增加其他的通讯适配器。 根据以上的构成热备系统的设备要 求和实际需要． 首钢迁钢公司7 0 0 0 立方 米风机控制系统包括 P L C控制柜2套， 分别用来安装本地站和远程站 ， 双机热 备的CP U 安装在本地站 ， 本地站和远程 站之间采用双缆连接。 主要的设备选型 如表 1 所示 选定硬件设备后 ，需要按照如下的 顺序安装热备系统 表2 C H S 热备模块的显示含义 ■ 鱼 曩_ R e a d y 绿色 常亮时．表示 模块供电正常，且已 通过内部初始化测试 闪亮时． 表示模块正试图 从错 误状态恢复 。 ， P r im a r y 绿色 表示当 前C P U为主控制器； 囊 C o mE r r 红色 模块正试图恢复热备通讯 ．或者当前 C H S热备通讯失败被检测到； ， S t a n d b y 琥珀色 常亮时． 表示当 前d r 为备 用控制器 并且准备 一 _ 1 ll 亭 ’ 一 好成为 主C P U 控制器 时亮时． 表示程序正在翘 过程申 C o mA c t 绿色 常亮时，表示当前OR S热备模块正在通讯中 ’ 闪亮时．当前C H S热备通讯错误被检测到。 一 t 、 -安装本地站和远程站的电源模块． CP U．R IO处理器 ．h o t s t a n d b y模块 ． T CP ／ I P 模块到背板 ， 需要注意 的是热 备 系统两个底板上安装的模板种类和顺序 必须一致 。 两个C P U地设备地址设定必 须相同。两个E t h e r n e t 模块的l P地址设 定必须相同。 h o t s t a n d b y模块的指定滑 动开关必须一个设定为A ， 另外一个设定 为 B． 一连接网络．包括安装 R IO网络和 E t h e r n e t 网络 ． 按照网络结构图 ， 分别安 装 R I O处理器和远程站之间的分支器和 F接头 ，连 接 Rl O 站 间的 同轴 电缆 ， E t h e r n e t 交换机和网线 ； 一 连接两个 h o t s t a n d b y模块之间 的光纤。 编程和上位监控系统 首先 确定编 程和 上位监控 系统 与 P L c之间选择T C P ／ I P的通讯协议 。 组态 软件Co n c e p t 和上位监控软件都支持 表1 首钢迁钢7 O 0 0 风机热备系统的设备选型表 T C P ／ I P 的通讯协议 ， 只要将网 络搭建 起来 即可 。迁 钢公司 7 0 0 0立方米风 机热备系统选 用T CP ／ IP 的通讯协议 ． 需要的 主要设备如下 -编程和上位监控系统微 机需配备 E t h e r n e t 网卡 ； - 为 了与热备的 P L C通 讯 ． 需要安装E t h e r n e t 交换机 另外 ． 为了开发 出理 想的 监控系统 选择 的监控软件是 美国T C P Wo n d e r wa r e 公 司开 发的 ln T o u c h 8 ． 0 。I n T o u c h是 一 个集成 的、基于组 C P ／ I P 件 I ∞ 2 0 0 7 ．0 4 I C O N T R O L E N G IN E E R IN G C H IN A． W W W C E C h in a m c o m 的MMI 系统 F a c t o r y S u it e 2 0 0 0中的 一 个核心组件 。它具有美观的 H Ml 人 机接口界面 和面向对象的图形开发环 境 ． 能够高效 、快捷地配置用户的应用 程序 。 其在稳定性 ． 开放性 ．网络功能 ． 数据 库功能等 方面都具有很 大的优越 性。 使用lN T oU C H开发的监控 画面包括 显示 系统 工艺过程 的主 画面 ．润滑系 统 ． 轴振系统 ． 轴位移 系统等监控 画面 ． 以及报警、历史 曲线 、实时曲线和报表 等。系统的主要监控界面如图 1 ，图 2 ． 图 3．图 4所 示 。 热备系统硬件罔络的构成 根据对 P L C系统和编程和上位监控 系统的选择 ， 确定整个控制系统的硬件 网络结构。 控制系统 由研华I P C 6 1 O T业 计算机一台 ， E P S ON L Q1 6 0 0 K I II ； T E B 机 一 台 ，P Hl L l P S2 01 P显 示器 两台 ， Wl N S T 多屏卡一块等构成 ， 其网络结 构如图 5所示 其中．P L C系统为双机 双缆冗余热备系统 ．其主机 I P为 1 O 0 ． 1 O 0． 1 O 0 。 3 5和 1 O 0． 1 O 0． 1 O 0。 3 6 Qu a n t U m本地 L o c a } 站 一个 ，远程 R e m o t e 站两个 ．P L C主机与工控机 之间采 用T CP ／ IP 通讯协议 ． 工控机 lP 地 址为 1 0 0 ． 1 0 0 ． 1 0 0 ． 3 7 。 热备系统C P U的软件组态 使 用C o n c e p t 软件来组态项 目．在 创建一个新的项目的时候 ． 需要指定选 项 IE C H o t S t a n d y 选项。指定此选项的 目的就是为了安装相应的热备系统支持 程序 到控制器中 在C o n c e p t V 2 ． 6 版本 中 这些支持程序是和 C o n c e p t 软件绑 维普资讯 定在一起 的 在选中 IE C H o t S t a n d y项 目后就 已经激活 了相应的程序 ． 如图6 ． 图 7 所示。 另外 ．还需要设定 H o t S t a n d b y扩 展属性 ．H o t S t a n d b y扩展属性包括的 内容如图 8 所示 使 用 C0 n c eP t 软 件提 供的 H0t S t a n d b y扩展属性 组态界面指 定 H0 t S t a n d b y如下属性 - 指定 H o t S t a n d b y命令寄存 器 参数； -定义非传送 区域地址 范围 以减 少 C P U的扫描周期 ； - 定义 CP U启动后 的工作状 态 ． 图7 热备系统支持程序 图8 H o t S t a n d b y扩展属性 C H S热备模块的显示面板 相互热备 的 CP U哪一个 处于 ON L I NE 状态 -定义处于热备的CP U 在程序发生 不匹配时所产生动作 是 由热备转为 自 动离线还是由热 备转换为运行 ； 一定义 当相 互热备的C P U T作状态 相互切换时要交换设备地址 的通讯 口． 包括 M0D B U S口 1 ．2．3 -使能或者禁止逻辑映象按钮忽略 一定义执行逻辑升级 时C P U 所采取 的处理方式 ．可 以选择 “ 不用停机 也 可以选择 使用停机 方式 ； 完成上述的硬件配置和设定 工作之 后 ． 分别将项 目的配置下装到两个C P U 中，热备 系统就已经建立起来。需要注 意的是在向C P U中下装组态时． 需要先 将两个 CP U的备用电池取下 ．至少 1 0 分钟以上 ， 以确保C P U在下装组态之前 存储器中没有任何数据 。 热备P L C系统常见故障及处理 热备系统 的硬件网络结构 图如 图 1 所示 ．热备 CP U通过高速光缆 连接 ， CP U的每个 扫描 周期均以 1 O M通讯速 率 实时由主CP U向备C P U传输数据 及状态信息， 热备系统具有自动程序下装 功能 ． 快速 、 有效只需下装一次程序 配 置不需要编程工作 ，C H S模块热更换一 无停机时间。 C H S热备模块的显示面板如图9 所 示 ．其主要显示灯含义如表 2 。 结束语 由于风机在整个生产流程中的重要 作用 控制系统必须稳定 。 使用QU A N T U M P L C 双机热备技术满足了系统对控 制提出的要求 实现了控制的安全 稳 定 ．高效。该控 制系统 自投入 以来 ，工 作性能非常稳定．为生产提供了保障。 实践证明该应用方案是成功的。 目 文章编号 0 7 0 4 1 0 发 送 短 信。文 章 编 号 评 语 代 码 ” 至 1 3 8 1 6 1 2 4 9 9 5 ，告诉我们您对此文的意见。 1 - 很好，有很高的参考价值 2 - 一般．有一定的参考价值 3 一 不好。没有参考价值 同时还具备手动控制的功能 。该控制回 路既能控制稳流仓仓重保持在一个范围 之内 ．起到稳定喂料的作 用．又达到生 料均化的效果 满足了工艺要求 通过上述的硬件组态和软件编 程． 完成从原料预均化及输送至水泥包 装生产线上所有电动机和其 它各种用 电 设备的顺序逻辑控制、过程参数检测、 显示、回路调节等功能．操作员在中央 控制室对上述范围生产线进行监视 、 管 理和操作控制。 结束语 该系统 自投运 以来 运行可靠 、 稳 定 ． 操作简单灵活 维护 方便 ． 无论是 硬件的可靠性 ． 还是软件的可操作性． 易 用性 都是较 佳的 。两个 水泥 厂投产 后短 时 间内即达产 ．目前生产 稳定正 常 系统产 生了 良好 的经济效 益和社 会效益。 矗 文章编号 0 7 0 4 0 9 发 送 短信“ 文 章 编 号 评 语 代 码 ”至 1 3 8 1 6 1 2 4 9 9 5 。告诉我们您对此文的意见。 1 - 很好。有很高的参考价值 2 一 般。有一定的参考价值 3 - 不好。没有参考价值 w w w CE C h in a m a g c o m． C O N T R O L E N G iN E E R iN G C H IN A I 2 0 0 7 ． 0 4 雠 维普资讯