基于S7-1500RH斗輪機(jī)冗余系統(tǒng)

李加羽

摘要：在火力發(fā)電廠中，煤是發(fā)電設(shè)備的主要原料，穩(wěn)定的向鍋爐設(shè)備輸送原料是保證發(fā)電安全穩(wěn)定的重要環(huán)節(jié)。斗輪堆取料機(jī)在火力發(fā)電廠中屬于輸煤系統(tǒng)中十分重要的設(shè)備。部分電廠由于料場(chǎng)面積有限，存煤量一般，甚至只有一臺(tái)斗輪堆取料機(jī)。因此斗輪堆取料機(jī)的電氣控制穩(wěn)定性尤為重要，本文PLC控制冗余設(shè)計(jì)角度探討設(shè)計(jì)思路。

關(guān)鍵詞：斗輪機(jī)，S7-1500，冗余系統(tǒng)

1、斗輪堆取料機(jī)簡介

斗輪堆取料機(jī)，是指一種用于大型干散貨堆場(chǎng)的既能堆料又能取料的連續(xù)輸送的高效裝卸機(jī)械。它主要有堆料和取料兩種作業(yè)方式。堆料由帶式輸送機(jī)運(yùn)來的散料經(jīng)尾車卸至臂架上的帶式輸送機(jī)，從臂架前端拋卸至料場(chǎng)。通過整機(jī)的運(yùn)行，臂架的回轉(zhuǎn)、俯仰可使料堆形成梯形斷面的整齊形狀。取料是通過臂架回轉(zhuǎn)和斗輪旋轉(zhuǎn)連續(xù)實(shí)現(xiàn)的。物料經(jīng)卸料板卸至反向運(yùn)行的臂架帶式輸送機(jī)上，再經(jīng)機(jī)器中心處下面的漏斗卸至料場(chǎng)帶式輸送機(jī)運(yùn)走。通過整機(jī)的運(yùn)行，臂架的回轉(zhuǎn)、俯仰，可使斗輪將儲(chǔ)料堆的物料取盡。由斗輪機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、帶式輸送機(jī)、尾車、俯仰與其他輔助機(jī)構(gòu)組成。

2、PLC冗余控制

2.1 PLC冗余分類

PLC冗余可以分為：軟件冗余和硬件冗余。硬件冗余對(duì)硬件型號(hào)有所要求，連接方式也不同，但對(duì)軟件并無特殊要求。 在工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中大量選用可編程邏輯控制器（PLC）作為控制器，隨著技術(shù)的發(fā)展又組建冗余系統(tǒng)進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性。目前冗余的分類方式很多，而采用PLC冗余方式的有兩種，即軟冗余和硬冗余。硬冗余系統(tǒng)的冗余結(jié)構(gòu)確保了任何時(shí)候的系統(tǒng)可靠性，例如所有的重要部件都是冗余配置。這包括了冗余的CPU、供電模件和用于冗余CPU通信的同步模塊。

2.2 S7-1500RH冗余系統(tǒng)

西門子開發(fā)出全新 SIMATIC S7-1500R/H 系列冗余控制系統(tǒng)?；跇?biāo)準(zhǔn)型 SIMATIC S7-1500CPU，SIMATIC S7-1500R/H 采用透明化編程方式，使用 TIA Portal STEP7 編程語言進(jìn)行編程，把程序從標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)遷移到冗余系統(tǒng)，無需額外工作。SIMATIC S7-1500R/H 憑借其高可用性，能夠有效防止數(shù)據(jù)丟失以及避免停機(jī)。此外，該系列控制系統(tǒng)采用 PROFINET 系 統(tǒng)冗余的方式，可以充分利用 PROFINET 的高效、靈活、高性能的特點(diǎn)。SIMATIC S7-1500R/H 能夠最大限度地降低生產(chǎn)故障機(jī)率。

2.3、斗輪機(jī)的CPU1515R冗余配置

斗輪機(jī)PLC系統(tǒng)分為上部電氣室主站和下部電氣室分站。PLC系統(tǒng)外的IO設(shè)備包括走行變頻器、回轉(zhuǎn)變頻器、走行編碼器、俯仰編碼器、回轉(zhuǎn)編碼器。IO外設(shè)的通訊協(xié)議均為PN通訊，與PLC系統(tǒng)構(gòu)成同一PN網(wǎng)絡(luò)。在 S7-1500R 冗余系統(tǒng)中，冗余 PLC 必須安裝在 MRP 冗余環(huán)網(wǎng)中，這是實(shí)現(xiàn)冗余 PLC 主備之間實(shí)現(xiàn)組態(tài)和程序同步的必要條件。使用SCALANCE XC-200將IO設(shè)備與PLC系統(tǒng)連接成環(huán)網(wǎng)。當(dāng)任意一條線路中斷時(shí)，由于建立的是“圓形環(huán)網(wǎng)”，整個(gè)PLC與IO外設(shè)通訊依然可靠連接。司機(jī)室設(shè)置了HMI觸摸屏用于顯示設(shè)備報(bào)警及運(yùn)行信號(hào)，HMI可通過連接交換機(jī)實(shí)現(xiàn)與冗余 PLC 的通信。PLC系統(tǒng)的底板為有源底板，所有IO模塊支持不停機(jī)熱插拔。

2.4、冗余PLC的調(diào)試

S7-1500R 冗余 PLC 通過 PROFINET X1 接口的網(wǎng)絡(luò)連接后會(huì)自動(dòng)確定主備關(guān)系，通過

PLC 上的 DISPLAY 顯示面板可查看主備狀態(tài)。P 表示 Primary，為主 PLC，B 表示 Backup，為備 PLC，下載時(shí)只能下載主 PLC，備 PLC 只有在啟動(dòng)時(shí)將組態(tài)和程序從主 PLC 同步到備 PLC。冗余 PLC 第一次下載時(shí)，因?yàn)槌鰪S無 IP 地址，在下載窗口不顯示 PLC 的主備關(guān)系，只顯示MAC 地址，此時(shí)要根據(jù)冗余 PLC 上的 DISPLAY 面板查看主備關(guān)系，找到主 PLC 對(duì)應(yīng)的 MAC地址，下載時(shí)再根據(jù) MAC 地址選擇正確的主 PLC 執(zhí)行下載。冗余系統(tǒng)主備 PLC 之間的同步分為兩個(gè)階段：

（1）備 PLC 啟動(dòng)時(shí)的同步

組態(tài)和程序下載到主 PLC 后，此時(shí)冗余系統(tǒng)工作在單機(jī)模式（RUN-Solo），操作備 PLC 上的模式開關(guān)從 STOP 切換到 RUN，將啟動(dòng)主 PLC 到備 PLC 的同步過程。實(shí)現(xiàn)主備 PLC 同步的前提條件是同步連接正常 和MRP 環(huán)網(wǎng)處于閉環(huán)狀態(tài)。

（2）冗余系統(tǒng)工作在 RUN-Redundant 狀態(tài)下的同步

當(dāng)冗余系統(tǒng)工作在冗余模式（RUN-Redundant）時(shí)，主 PLC 將根據(jù)一定的同步機(jī)制將運(yùn)行數(shù)據(jù)同步到備 PLC，以確保冗余系統(tǒng)主備 PLC 切換時(shí)不影響系統(tǒng)的不間斷運(yùn)行。

2.5、冗余PLC的切換

冗余系統(tǒng)工作在冗余模式下時(shí)，當(dāng)滿足下面條件時(shí)將進(jìn)行主備 PLC 切換，原備 PLC 切換為主 PLC 進(jìn)行正常的程序處理和 IO 數(shù)據(jù)交換：

（1）主 PLC STOP。

（2）主 PLC 斷電。

（3）主備 PLC 切換的同時(shí)冗余系統(tǒng)也將切換到單機(jī)模式（RUN-Solo

結(jié)語：通過斗輪機(jī)控制系統(tǒng)的冗余設(shè)計(jì)，提高了運(yùn)行可靠性保證了電廠輸煤的穩(wěn)定性。

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