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論文導(dǎo)讀：由于歷年來九羊鐵廠環(huán)境惡劣等諸多因素，本座高爐的PLC設(shè)計(jì)要求采用冗余熱備，以防止因CPU故障造成的高爐修風(fēng)或停產(chǎn)。因此，九羊鐵廠1280m3高爐的PLC設(shè)計(jì)采用施耐德熱備冗余CPU67160。本文著重介紹了施耐德熱備冗余CPU67160以及圖爾克現(xiàn)場總線設(shè)備的冗余在萊蕪九羊鐵廠1280m3高爐中的應(yīng)用情況。
關(guān)鍵詞：施耐德，熱備冗余，CPU

　　萊蕪九羊鐵廠1280m3高爐于2008年7月投產(chǎn)，是九羊鐵廠第一座1000立方米以上的高爐。由于歷年來九羊鐵廠環(huán)境惡劣等諸多因素，本座高爐的PLC設(shè)計(jì)要求采用冗余熱備，以防止因CPU故障造成的高爐修風(fēng)或停產(chǎn)。因此，九羊鐵廠1280m3高爐的PLC設(shè)計(jì)采用施耐德熱備冗余CPU67160。本文著重介紹了施耐德熱備冗余CPU67160以及圖爾克現(xiàn)場總線設(shè)備的冗余在萊蕪九羊鐵廠1280m3高爐中的應(yīng)用情況。
　　1 工程概況
　　萊蕪九羊鐵廠1280m3高爐設(shè)計(jì)共分熱風(fēng)爐、爐頂本體、礦槽及軟水四部分，其中，熱風(fēng)爐、爐頂本體及礦槽三系統(tǒng)采用施耐德熱備冗余CPU67160。因?yàn)楸靖郀t設(shè)計(jì)要求，部分模擬量信號采用圖爾克現(xiàn)場總線，所以，PLC系統(tǒng)中加裝施耐德與圖爾克總線通訊模塊PTQPDPMV1模塊2塊，以便于總線設(shè)備的冗余。以下采用九羊鐵廠1280高爐熱風(fēng)爐系統(tǒng)舉例。
　　硬件配置：2塊6槽背板140XBP00600分別為主、備背板。PLC主背板設(shè)備：CPS11420、CPU67160、140NOE77101、140CRP93200、PTQPDPMV1。PLC備背板設(shè)備：CPS11420、CPU67160、140NOE77101、140CRP93200、PTQPDPMV1。
　　2 施耐德Quantum-PLC的性能特點(diǎn)
　�。�1）世界上第一個(gè)通用自動化平臺，具有強(qiáng)大的處理能力，可滿足大部分離散和過程控制。
　�。�2）提供了IEC要求的全部5種編程方式：LD、FBD、SFC、IL、ST，將傳統(tǒng)DCS與PLC的優(yōu)勢完美地結(jié)合于一體。
　　（3）滿足用戶對自動化產(chǎn)品高性能、簡單化、模塊化、開放性和低價(jià)位的要求。
　�。�4）CPU單元可選586控制器，單機(jī)支持超過300個(gè)回路和65000點(diǎn)I/O，背板總線速率高達(dá)80兆。
　�。�5）可靠性高，所有I/O模塊均可帶電熱插拔。
　�。�6）提供防爆的本質(zhì)安全型模塊和符合美國軍標(biāo)的表面涂敷涂層模板，能有效抵抗酸堿環(huán)境腐蝕，輸出模塊提供故障狀態(tài)預(yù)設(shè)置功能。
　�。�7）具有本地I/O、遠(yuǎn)程I/O和分布式I/O三種I/O方式。
　　（8）提供10/100M自適應(yīng)TCP/IP以太網(wǎng)接口模塊，支持光纖雙環(huán)冗余。同時(shí)支持通用的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，如:CISCO、Dlink、3COM、Hyes等。
　　（9）提供多種控制系統(tǒng)和儀表系統(tǒng)的接口模塊，如：Profibus-DP、Interbus、ASCII、Lonworks、HART等接口模塊。
　　3 施耐德冗余CPU67160
　　施耐德PLC雙機(jī)熱備系統(tǒng)與Unity Pro軟件相兼容，并通過QuantumCPU提供關(guān)鍵過程應(yīng)用所需要的高度可用性。
　　 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的中心部分是兩個(gè)Quantum PLC機(jī)架，即通常意義下的主機(jī)和備機(jī)。它們的硬件配置必須相同，每個(gè)本地機(jī)架上的安裝的模塊必須一致。每個(gè)機(jī)架配置的核心部件是140CPU67160處理器，專門設(shè)計(jì)用于UnityPro軟件下的雙機(jī)熱備架構(gòu)。該處理器是一個(gè)雙槽模塊，同時(shí)包含中央處理單元和一個(gè)冗余協(xié)處理器。
　　 主PLC執(zhí)行應(yīng)用程序并且控制輸入輸出(I/O)。備PLC駐留在后臺，必要的時(shí)候取代主PLC。備機(jī)和主機(jī)之間通過一個(gè)集成在CPU當(dāng)中的高速光纖鏈路(100Mbps)相連接。
　　 此光纖鏈路(62.5/125多模光纖)可以擴(kuò)展2公里遠(yuǎn)，中間無需任何附件設(shè)備。“備用”PLC當(dāng)中的用戶應(yīng)用程序數(shù)據(jù)正是通過此光纖鏈路被周期性地更新。
　　在“主”PLC意外發(fā)生故障時(shí)，備用系統(tǒng)自動切換，由備用PLC使用最新的數(shù)據(jù)內(nèi)容執(zhí)行應(yīng)用程序并更新I/O。一旦系統(tǒng)發(fā)生切換，備用PLC 就將變?yōu)?ldquo;主”PLC。在發(fā)生故障的PLC修復(fù)并重新連接到系統(tǒng)當(dāng)中時(shí)，它將承擔(dān)備用PLC 的角色。
　　 使用Unity Pro軟件的雙機(jī)熱備系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)主備機(jī)之間平穩(wěn)、無縫的切換。切換對于過程而言是透明的，系統(tǒng)對過程的監(jiān)控不會中斷，并且不會因?yàn)榘l(fā)生硬件故障而受到不利影響。使用Unity Pro的雙機(jī)熱備系統(tǒng)因此能夠減少停機(jī)時(shí)間，同而提高生產(chǎn)效率。
　　4 CPU冗余系統(tǒng)的搭建
　　九羊鐵廠1280高爐PLC采用CPU設(shè)備冗余，后帶RIO分站的配置形式。PLC主站為2塊6槽背板，背板上的配置相同，分別為CPS11420、CPU67160、140NOE77101、140CRP93200、PTQPDPMV1，2塊CPU67160采用熱備光纖連接。后帶2個(gè)施耐德PLC從站(如圖)，PLC分站內(nèi)為開關(guān)量控制信號。PTQPDPMV1模塊用于施耐德CPU與圖爾克總線設(shè)備的連接，圖爾克總線設(shè)備采集現(xiàn)場模擬量信號。
　　
　　圖1：施耐德PLC的CPU冗余配置
　　5 圖爾克總線設(shè)備冗余的配置
　　圖爾克總線設(shè)備冗余的實(shí)現(xiàn)，需要在編程軟件UNITY中設(shè)置一段程序，在PTQ出現(xiàn)問題的時(shí)候，連鎖UNITYCPU的相關(guān)狀態(tài)字，使相應(yīng)的CPU停止工作，切換到備用CP。在UNITY中新建LD程序段，使“PTQPDPMV1HSBY_StatIn”與“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 結(jié)束語
　　CPU67160作為施耐德開發(fā)的一款專用冗余CPU產(chǎn)品，具有很強(qiáng)大的功能，組態(tài)方便，設(shè)置靈活，且穩(wěn)定可靠。在目前PLC冗余系統(tǒng)中具有廣泛應(yīng)用。在萊蕪九羊1280m3高爐項(xiàng)目中，施耐德冗余CPU67160的無擾切換及穩(wěn)定性達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，獲得了用戶的歡迎和肯定。