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CPU热备冗余系统在莱芜九羊铁厂1280m3高炉的应用

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作者:秩名。 TAGS:应用,系统,PLC,施耐德,CPU67160,
   导读:由于历年来九羊铁厂环境恶劣等诸多因素,本座高炉的PLC设计要求采用冗余热备,以防止因CPU故障造成的高炉修风或停产。因此,九羊铁厂1280m3高炉的PLC设计采用施耐德热备冗余CPU67160。本文着重介绍了施耐德热备冗余CPU67160以及图尔克现场总线设备的冗余在莱芜九羊铁厂1280m3高炉中的应用情况。 关键词:施耐德,热备冗
余,CPU

  莱芜九羊铁厂1280m3高炉于2008年7月投产,是九羊铁厂第一座1000立方米以上的高炉。由于历年来九羊铁厂环境恶劣等诸多因素,本座高炉的PLC设计要求采用冗余热备,以防止因CPU故障造成的高炉修风或停产。因此,九羊铁厂1280m3高炉的PLC设计采用施耐德热备冗余CPU67160。本文着重介绍了施耐德热备冗余CPU67160以及图尔克现场总线设备的冗余在莱芜九羊铁厂1280m3高炉中的应用情况。
  1 工程概况
  莱芜九羊铁厂1280m3高炉设计共分热风炉、炉顶本体、矿槽及软水四部分,其中,热风炉、炉顶本体及矿槽三系统采用施耐德热备冗余CPU67160。因为本高炉设计要求,部分模拟量信号采用图尔克现场总线,所以,PLC系统中加装施耐德与图尔克总线通讯模块PTQPDPMV1模块2块,以便于总线设备的冗余。以下采用九羊铁厂1280高炉热风炉系统举例。
  硬件配置:2块6槽背板140XBP00600分别为主、备背板。PLC主背板设备:CPS11420、CPU67160、140NOE77101、140CRP93200、PTQPDPMV1。PLC备背板设备:CPS11420、CPU67160、140NOE77101、140CRP93200、PTQPDPMV1。
  2 施耐德Quantum-PLC的性能特点
  (1)世界上第一个通用自动化平台,具有强大的处理能力,可满足大部分离散和过程控制。
  (2)提供了IEC要求的全部5种编程方式:LD、FBD、SFC、IL、ST,将传统DCS与PLC的优势完美地结合于一体。
  (3)满足用户对自动化产品高性能、简单化、模块化、开放性和低价位的要求。
  (4)CPU单元可选586控制器,单机支持超过300个回路和65000点I/O,背板总线速率高达80兆。
  (5)可靠性高,所有I/O模块均可带电热插拔。
  (6)提供防爆的本质安全型模块和符合美国军标的表面涂敷涂层模板,能有效抵抗酸碱环境腐蚀,输出模块提供故障状态预设置功能。
  (7)具有本地I/O、远程I/O和分布式I/O三种I/O方式。
  (8)提供10/100M自适应TCP/IP以太网接口模块,支持光纤双环冗余。同时支持通用的网络设备,如:CISCO、Dlink、3COM、Hyes等。
  (9)提供多种控制系统和仪表系统的接口模块,如:Profibus-DP、Interbus、ASCII、Lonworks、HART等接口模块。
  3 施耐德冗余CPU67160
  施耐德PLC双机热备系统与Unity Pro软件相兼容,并通过QuantumCPU提供关键过程应用所需要的高度可用性。
[论文网 lunwen.nangxue.com]   系统结构的中心部分是两个Quantum PLC机架,即通常意义下的主机和备机。它们的硬件配置必须相同,每个本地机架上的安装的模块必须一致。每个机架配置的核心部件是140CPU67160处理器,专门设计用于UnityPro软件下的双机热备架构。该处理器是一个双槽模块,同时包含中央处理单元和一个冗余协处理器。
   主PLC执行应用程序并且控制输入输出(I/O)。备PLC驻留在后台,必要的时候取代主PLC。备机和主机之间通过一个集成在CPU当中的高速光纤链路(100Mbps)相连接。
   此光纤链路(62.5/125多模光纤)可以扩展2公里远,中间无需任何附件设备。“备用”PLC当中的用户应用程序数据正是通过此光纤链路被周期性地更新。
  在“主”PLC意外发生故障时,备用系统自动切换,由备用PLC使用最新的数据内容执行应用程序并更新I/O。一旦系统发生切换,备用PLC 就将变为“主”PLC。在发生故障的PLC修复并重新连接到系统当中时,它将承担备用PLC 的角色。
   使用Unity Pro软件的双机热备系统能够实现主备机之间平稳、无缝的切换。切换对于过程而言是透明的,系统对过程的监控不会中断,并且不会因为发生硬件故障而受到不利影响。使用Unity Pro的双机热备系统因此能够减少停机时间,同而提高生产效率。
  4 CPU冗余系统的搭建
  九羊铁厂1280高炉PLC采用CPU设备冗余,后带RIO分站的配置形式。PLC主站为2块6槽背板,背板上的配置相同,分别为CPS11420、CPU67160、140NOE77101、140CRP93200、PTQPDPMV1,2块CPU67160采用热备光纤连接。后带2个施耐德PLC从站(如图),PLC分站内为开关量控制信号。PTQPDPMV1模块用于施耐德CPU与图尔克总线设备的连接,图尔克总线设备采集现场模拟量信号。
  
  图1:施耐德PLC的CPU冗余配置
  5 图尔克总线设备冗余的配置
  图尔克总线设备冗余的实现,需要在编程软件UNITY中设置一段程序,在PTQ出现问题的时候,连锁UNITYCPU的相关状态字,使相应的CPU停止工作,切换到备用CP。在UNITY中新建LD程序段,使“PTQPDPMV1HSBY_StatIn”与“PTQPDPMV1HSBY_StatOut”中的“PTQPDPMV1HSBY_StatIn.ModuleStatus_ProfibusCRC32=PTQPDPMV1HSBY_StatOut.ModuleStatus_ProfibusCRC32”和“PTQPDPMV1HSBY_StatIn.ModuleStatus_PTQModuleCRC32=PTQPDPMV1HSBY_StatOut.ModuleStatus_ModuleCRC32”相等即可。
  6 结束语
  CPU67160作为施耐德开发的一款专用冗余CPU产品,具有很强大的功能,组态方便,设置灵活,且稳定可靠。在目前PLC冗余系统中具有广泛应用。在莱芜九羊1280m3高炉项目中,施耐德冗余CPU67160的无扰切换及稳定性达到了设计要求,获得了用户的欢迎和肯定。