PLC雙機(jī)熱備技術(shù)的主要特點(diǎn)與應(yīng)用

施耐德QUANTUMPLC雙機(jī)熱備技術(shù)在首鋼遷鋼公司7000風(fēng)機(jī)自控系統(tǒng)中的應(yīng)用首鋼遷安7000立方米高爐鼓風(fēng)機(jī)自動控制系統(tǒng)已于2023年9月順利試車成功，現(xiàn)已正式投產(chǎn)，為高爐供風(fēng)。該鼓風(fēng)機(jī)是由原首鋼動力廠4#風(fēng)機(jī)移遷建成。為了提高整個控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性,控制系統(tǒng)選用了性能穩(wěn)定，功能完善的SCHNEIDER公司QUANTUM系列PLC，CPU摘用雙機(jī)熱備形式，PLC本地站與遠(yuǎn)程站之間摘用了雙纜連接的方式。系統(tǒng)還配備了以態(tài)網(wǎng)模塊和工業(yè)交換機(jī),可以通過光纜與其他崗位進(jìn)行通訊。由于設(shè)計的改進(jìn)，使得整個系統(tǒng)的性能到了全面的優(yōu)化，穩(wěn)定性，平安性，經(jīng)濟(jì)性較以前都有了全面的提高。自從投產(chǎn)以來，系統(tǒng)工作狀態(tài)非常穩(wěn)定，有力的保障了生產(chǎn)。2QUANTUMPLC雙機(jī)熱備技術(shù)的主要特點(diǎn)2.1雙機(jī)熱備系統(tǒng)具有非常高的可靠性雙機(jī)熱備系統(tǒng)具有非常高的可靠性，表達(dá)在以下幾個方面：1)控制系統(tǒng)為冗余的雙CPU設(shè)計，運(yùn)行時一主一備，并通過高速光纜連接；2)控制系統(tǒng)為冗余的雙通訊通道，控制系統(tǒng)間通訊網(wǎng)絡(luò)摘用ModbusPlus或TCP/IP協(xié)議,控制系統(tǒng)內(nèi)部摘用RIO網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以上網(wǎng)絡(luò)均可以摘用雙纜冗余方式；3)控制系統(tǒng)為冗余的雙電源供電。2.2正常工作時互為熱備的控制器具有的特性在雙機(jī)熱備系統(tǒng)中，互為熱備的控制器具有如下的工作特性：1)實(shí)時數(shù)據(jù)傳輸，確保雙CPU程序的完全一致；2)每個掃描周期均傳送數(shù)據(jù)及狀態(tài)信息，確保雙CPU工作狀態(tài)的完全一致；3)兩個控制器之間摘用光纜連接；4)切換完成的最長時間是兩個掃描周期；5)通訊速率為10M,熱備系統(tǒng)可放于3km之外；6)當(dāng)控制程序發(fā)生改變時，可以自動完成程序下裝功能；7)初次組態(tài)時，用戶快速、有效只需下裝一次程序；8)使用IEC方式的雙機(jī)熱備配置不需要編程工作；9)使用ModSoft/Concept組態(tài)軟件均可進(jìn)行配置；10)用可裝載功能塊支持984/800系列用戶；11)CHS模塊熱更換-無需停機(jī)時間。2.3便利平安的熱備切換方式可以通過以下幾種方式實(shí)現(xiàn)便利平安的熱備切換：1)將主控機(jī)鑰匙開關(guān)從RUN切到OFFLINE,即可完成手動熱備切換；2)也可以通過人機(jī)界面或編程器切換；3)在電源失效，CPU失效，I/O失效(電纜或模板)，NOM失效(只在啟動時)將完成CPU的自動切換。3遷鋼公司7000風(fēng)機(jī)熱備系統(tǒng)構(gòu)成3.3PLC的硬件設(shè)備選型及設(shè)定一套完整的Quantum熱備系統(tǒng)需要以下設(shè)備：1)兩塊相同的至少四槽的背板；2)性能完全相同的兩塊CPU控制器；3)兩塊類型一致的RIO處理器；4)兩塊類型一致的電源模塊；5)兩塊熱備模板CHS110；6)連接用的光纖電纜；7)網(wǎng)絡(luò)連接的組件包括：分支器，RIO處理器與RIO網(wǎng)絡(luò)連接使用的F接頭，分支器MA-0186-100，MA-0185-100，終端電阻52-0422-000；8)如果需要其他的通訊協(xié)議，那么需要增加其他的通訊適配器。根據(jù)以上的構(gòu)成熱備系統(tǒng)的設(shè)備要求和實(shí)際需要，首鋼遷鋼公司7000立方米風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)包括PLC控制柜2套，分別用來安裝本地站和遠(yuǎn)程站，雙機(jī)熱備的CPU安裝在本地站，本地站和遠(yuǎn)程站之間摘用雙纜連接。主要的設(shè)備選型如表1所示：選定硬件設(shè)備后，需要按照如下的順序安裝熱備系統(tǒng)：1)安裝本地站和遠(yuǎn)程站的電源模塊，CPU，RIO處理器，hotstandby模塊，TCP/IP模塊到背板，需要注意的是熱備系統(tǒng)兩個底板上安裝的模板種類和順序必須一致。兩個CPU地設(shè)備地址設(shè)定必須相同。兩個Ethernet模塊的IP地址設(shè)定必須相同。hotstandby模塊的指定滑動開關(guān)必須一個設(shè)定為A,另外一個設(shè)定為B.2)連接網(wǎng)絡(luò)，包括安裝RIO網(wǎng)絡(luò)和Ethernet網(wǎng)絡(luò)，按照網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖，分別安裝RIO處理器和遠(yuǎn)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(jī)和網(wǎng)線；3)連接兩個hotstandby模塊之間的光纖。3.4編程和上位監(jiān)控系統(tǒng)首先確定編程和上位監(jiān)控系統(tǒng)與PLC之間選擇TCP/IP的通訊協(xié)議。組態(tài)軟件Concept和上位監(jiān)控軟件都支持TCP/IP的通訊協(xié)議，只要將網(wǎng)絡(luò)搭建起來即可。遷鋼公司7000立方米風(fēng)機(jī)熱備系統(tǒng)選用TCP/IP的通訊協(xié)議，需要的主要設(shè)備如下：1)編程和上位監(jiān)控系統(tǒng)微機(jī)需配備Ethernet網(wǎng)卡；2)為了與熱備的PLC通訊，需要安裝Ethernet交換機(jī)；另外，為了開發(fā)出理想的監(jiān)控系統(tǒng)，選擇的監(jiān)控軟件是美國TCPWonderware公司開發(fā)的InTouch8.0。InTouch是一個集成的、基于組CP/IP件的MMI系統(tǒng)——FactorySuite2000中的一個核心組件。它具有美觀的HMI〔人機(jī)接口界面〕和面向?qū)ο蟮膱D形開發(fā)環(huán)境，能夠高效、快捷地配置用戶的應(yīng)用程序。其在穩(wěn)定性，開放性，網(wǎng)絡(luò)功能，數(shù)據(jù)庫功能等方面都具有很大的優(yōu)越性。使用INTOUCH開發(fā)的監(jiān)控畫面包括顯示系統(tǒng)工藝過程的主畫面，潤滑系統(tǒng)，軸振系統(tǒng)，軸位移系統(tǒng)等監(jiān)控畫面，以及報警、歷史曲線、實(shí)時曲線和報表等。系統(tǒng)的主要監(jiān)控界面如圖1，圖2，圖3，圖4所示。3.3熱備系統(tǒng)硬件網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成根據(jù)對PLC系統(tǒng)和編程和上位監(jiān)控系統(tǒng)的選擇，確定整個控制系統(tǒng)的硬件網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)?？刂葡到y(tǒng)由研華IPC610工業(yè)計算機(jī)一臺，EPSONLQ1600KIII打印機(jī)一臺，PHILIPS201P顯示器兩臺，WINFAST多屏卡一塊等構(gòu)成，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖5所示。其中，PLC系統(tǒng)為雙機(jī)雙纜冗余熱備系統(tǒng)，其主機(jī)IP為100.100.100.35和100.100.100.36，Quantum本地〔Local〕站一個，遠(yuǎn)程〔Remote〕站兩個，PLC主機(jī)與工控機(jī)之間摘用TCP/IP通訊協(xié)議，工控機(jī)IP地址為100.100.100.37。3.4熱備系統(tǒng)CPU的軟件組態(tài)使用Concept軟件來組態(tài)工程，在創(chuàng)立一個新的工程的時候，需要指定選項(xiàng)IECHotStandy選項(xiàng)。指定此選項(xiàng)的目的就是為了安裝相應(yīng)的熱備系統(tǒng)支持程序到控制器中，在ConceptV2.6版本中，這些支持程序是和Concept軟件綁定在一起的，在選中IECHotStandy工程后就已經(jīng)激活了相應(yīng)的程序，如圖6，圖7所示。圖5：雙機(jī)熱備系統(tǒng)硬件構(gòu)成另外，還需要設(shè)定HotStandby擴(kuò)展屬性，HotStandby擴(kuò)展屬性包括的內(nèi)容如圖8所示：使用Concept軟件提供的HotStandby擴(kuò)展屬性組態(tài)界面指定HotStandby如下屬性：1)指定HotStandby命令存放器參數(shù)；2)定義非傳送區(qū)域地址范圍，以減少CPU的掃描周期；3)定義CPU啟動后的工作狀態(tài)，相互熱備的CPU哪一個處于ONLINE狀態(tài)；4)定義處于熱備的CPU在程序發(fā)生不匹配時所產(chǎn)生動作，是由熱備轉(zhuǎn)為自動離線還是由熱備轉(zhuǎn)換為運(yùn)行；5)定義當(dāng)相互熱備的CPU工作狀態(tài)相互切換時要交換設(shè)備地址的通訊口，包括MODBUS口1，2，3；6)使能或者禁止邏輯映象按鈕忽略；7)定義執(zhí)行邏輯升級時CPU所摘取的處理方式，可以選擇“不用停機(jī)〞也可以選擇“使用停機(jī)〞方式；完成上述的硬件配置和設(shè)定工作之后，分別將工程的配置下裝到兩個CPU中，熱備系統(tǒng)就已經(jīng)建立起來。需要注意的是在向CPU中下裝組態(tài)時，需要先將兩個CPU的備用電池取下，至少10分鐘以上，以確保CPU在下裝組態(tài)之前存儲器中沒有任何數(shù)據(jù)。4熱備PLC系統(tǒng)常見故障及處理熱備系統(tǒng)的硬件網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)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(shí)時由主CPU向備CPU傳輸數(shù)據(jù)及狀態(tài)信息,熱備系統(tǒng)具有自動程序下裝功能，快速、有效只需下裝一次程序，配置不需要編程工作，CHS模塊熱更換-無停機(jī)時間。C