PLC冗佘设计在鲁丽热风炉系统中的应用.pdf

自 动 化 技术 与 应 用 2 0 1 1 年 第3 O 卷 第9 期 行 业 应 用 与 交 流 n du s t r ial App l ic a t i o n s a n d Co mmu n i c a t ion s P L C冗佘设计在鲁丽热风炉系统 中的应用 纪冬丽 ． 赵艳敏 ， 于成龙 。 王 青 莱钢集团自动化部 ， 山东 莱芜 2 7 1 1 0 4 摘要 本文介绍了Q u a n t u m P L C在鲁丽钢铁集团 1 0 8 0 m 高炉热风炉控制系统中的应用， 以及P L C控制系统的硬件配置和软件功 能。系统采用冗余配置， 极大地提高了热风炉控制系统的稳定性， 保障了高炉生产的顺行。 关键字 高炉； 热风炉； P L C； 冗余 中图分类号 T M5 7 1 ． 6 1 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 3 7 2 4 1 2 0 1 0 0 9 0 0 7 0 0 2 Th e Ap p l i c a t i o n o f PL C Re d u n d a n c y De s i g n s i n L u l i Ho t Bl a s t S t o v e S y s t e m J I Do n g l i ， ZH AO Y a n - mi n ， YU Ch e n g - l o n g ， WANG q i n g De p a r t me n t o f Au t o ma t i o n L a i wu S t e e l Gr o u p ， L a i wu 2 7 1 1 0 4 C h i n a Ab s t r a c t T h i s a r t i c l e i n t r o d u c e s t h e a p p l i c a t i o n o f Qu a n t u m P L C i n t h e h o t s t o v e s c o n t r o l s y s t e m o f Lu l i s t e e l S 1 0 8 0 m b l a s t f u r n a c e s ， a s w e l l a s t h e h a r d wa r e c o n f i g u r a t i o n a n d s o f t wa r e f u n c t i o n o f t h e P L C c o n t r o l s y s t e m． T h e s y s t e m u s e s t h e r e d u n d a n c y d i s p o s i t i o n ，e n h a n c e d t h e h o t b l a s t s t o v e c o n t r o l s y s t e m’ S s t a b i l i t y e n o r mo u s l y ， a n d s a f e g u a r d e d t h e bl a s t f u r n a c e s p r o d u c t i o n ． Ke y wo r ds bl a s t f u r n a c e ； h o t s t o v e s ； P LC； r e d u n d a n c y 1 引言 在重要的工业生产领域 中， 采用冗余技术提高控制 系统可靠性 的做法越来越普遍 。常规的冗余就是采用 成倍增加元件的方式来参与控制 ， 以期能够将因控制设 备的意外而导致的停机降到最少 。鲁丽钢铁集团建有 3 座热风炉， 控制系统采用 S c h n e i d e r Q u a n t u m系列 P L C 硬件组成基础 自动化系统， 监控软件采用 i F i x 4 ． 0 编制 ， 编程软件采用 Un i t y 3 ． 0 ， Wi n d o ws x p 3 作为系统平台 界面， 组成计算机化的操作系统 ， 实现人机通讯 。为了 提高 P L C系统的可靠性 ， 我们在硬件设计方面采取 了 P L C系统冗余配置的方案， 采用双 C P U冗余策略， 以及 一 些硬件方面的抗干扰措施 ， 以保证热风炉系统的可 靠 、连续、安全运行 。 2 热风炉 的工 艺概述 收稿 日期 2 01 1 0 3 1 7 热风炉是给高炉提供热风的炼铁设备。高炉配置 3 座顶燃式热风炉， 该顶燃式热风炉为俄罗斯的专利技 术 ， 取消了内燃式热风炉的蓄热室和燃烧室的隔墙 ， 由 蓄热室、拱顶、预燃室组成， 喷射旋流预燃室置于热风 炉拱顶之上， 每座热风炉的预燃室环形布置 I 2个燃烧 器。煤气和空气从不 同角度高速喷入炉 内， 旋流并混 合 ， 充分混合、燃烧 ， 完全燃烧 、烟气温度最高时进入 格子砖， 换热效果好I I 1 。 本控制系统主要完成本系统上各种开关、模拟量 的检测与控制 ； 利用热风炉烟气 ， 设置热风炉助燃空气 和高炉煤气双预热系统 ，以节省能源。并设助燃风机 两台 ， 一用一备 ， 以及各种切断阀和调节 阀， 以实现热 风炉换炉及燃烧 、送风控制要求 ， 在 同等条件下 ， 能降 低高度 ， 提高风温 2 0 C-5 0 ℃并适应 1 2 5 0 ℃一1 3 0 0 ℃风 温的要求。 3 P L C冗余设计原理 行 业 应 用 与 交 流 n du s t r i a l Ap pli c a t ion s an d Comm u n i c a t ion s 自动化 技术与应用 2 0 1 1年第 3 0卷第 9期 P L C冗余可以分为软件冗余和硬件冗余两种。软 件冗余， 则是通过将相同型号的 CP U插在同一机架上 ， 利用背板通讯 ， 软件设计实现数据的读取 、备用 ， 以及 主控权的转移 ， 监测到异常时 自动切换。 P LC硬件冗余则是采用两个 CP U处理器模块及两 个冗余通讯模块 ， 一个处理器模块作为工作状态下的主 处理器 ， 另外一个作为备用状态下的从处理器。正常工 作条件时， 所有 I ／ O模块都由主处理器进行控制 ， 从处理 器 同时参与运算并处于后备状态。在此期间， 从处理器 不参与程序的执行 ， 但会时刻与主处理器保持数据的同 步性和一致性 ， 即主处理器的内部数据将被从处理器复 制及跟踪。一旦主处理器 出现异常状况不能正常投入 工作， 从处理器就根据与主处理器同步的数据投入到工 作状态， 对程序的执行进行控制 ， 以保证系统在不间断 的情况下正常运行【 引 。出现故障的处理器模块可拆下进 行或更换 ， 不会影响系统的正常运行。 P LC可编程控制器一个工作周期内的主要任务有 自身诊断、输入采样、程序执行、输出刷新。在 P L C冗 余的系统 中， 由于整套系统采用同一网络搭建 ， 逻辑控 制器结构使用了 “ 生产者 ／客户”技术， 这种技术允许 多个控制器共享输入信息和输出状态， 这样从处理器就 可以时时的与主处理器保持数据的同步 ， 确保了主、从 处理器输入采样 、输出刷新的一致。在正常工作状态 下 ， 主处理器将任务的执行结果传送给从处理器 ， 然后 继续执行剩下的任务。如若在执行一段任务 时主处理 器出现故障而不能继续参与控制的时候 ， 这时控制权会 发生切换 ， 从处理器会接替主处理器重新执行出现故障 的那段任务。这时从处理器使用的输 出刷新来 自于主 处理器上一个工作周期执行任务的结果 ， 这样就保证了 在整个 P L C冗余系统的主、从处理器控制权的切换过 程 中， 不会有数据的丢失和突变， 也无需执行繁杂的逻 辑判 断程序。 4 热风炉控制系统 中的 P L C宄余设 计 方 案 整个热风炉控制系统采用一套 P LC控制， 两台上位 机监控。控制器与上位机之间采用环形工业以太 网进 行通讯。主机控制单元接受由 I ／ O接口收集的信号进行 开关量和模拟量的处理后 ， 将信号经 I ／ O接 口实现对设 备的控制 。 ’ 根据 P LC冗余设计原理 ， 在系统的硬件配置中， 我 们设计两套独立的主站， 两个站的机架上均配置具有热 备冗余特点的 l 4 0 C P U6 7 1 6 0 处理器 ， 通讯模块， 以及接 口模块。CPU 的状态监视和控制权的转移是 由两个热 备模块来完成的。两块 CP U 同时在线运行 ， 一用一备 ， 相互监视对方的运行状态和通讯情况 ， 一旦发现对方故 障， 就 自动切换 ， 如图 1 所示。 图 1 系统硬件配置图 5 结束语 鲁丽钢铁集 团 1 0 8 0 m 高炉热风炉系统 ， 利用双 CPU 冗余控制设计 ， 实现无扰切换 ， 大大提高了PLC 的可靠性和稳定性 ， 确保 了系统的安全性能， 同时使送 风系统一直处于正常运行的 良好工况中。该 自动控制 系统 自2 0 0 8 年 6 月投产以来 ， 系统运行稳定、可靠 ， 降 低 了操作人员 的劳动强度 ， 满足了炼铁系统连续生产 的要求 。 参考文献 [ 1 】马竹梧． 炼铁生产 自 动化技术[ M】 ， 北京 冶金工业出版 社 ， 2 0 0 5 ． 【 2 】张江维等． 基于双C P U的冗余控制研究与实现[ J ] ． 机电 工程技术 ， 2 0 0 5 ， 3 4 4 6 4 - 6 5 ． 作者简介 纪冬丽 1 9 8 5 一 ， 女， 助J ．r - 程师， 学士，目前从事 炼铁行 业 自动化 控制 的研 究、应用及现 场仪 表维护 工作 。