Control Logix冗余系统在凯达选煤厂中的应用

【摘 要】介绍基于control logix PLC的冗余系统在凯达选煤厂集中控制系统的应用，分析总结该系统的冗余控制功能、网络组建、硬件配置。

【关键词】Control Logix；冗余系统；硬件配置；网络

引言

内蒙古伊泰集团凯达选煤厂是一座入洗能力5.0Mt的大型矿井型选煤厂，工艺为重介质洗选系统，块煤用浅槽分选机分选，末煤采用旋流器分选，配以压滤和加压过滤的煤泥脱水环节。

为确保选煤厂生产的高效、稳定、可靠运行，选煤厂需设置可靠、稳定、经济、环保、节能的高度自动化系统，确定选用具有冗余功能、安全高效、运行稳定的可编程控制器。

AB公司Control Logix系统的冗余功能可通过将发生故障的CPU自动切换到备用CPU的方法，实现选煤厂集中控制系统的不中断工作， 避免因单个CPU 故障而造成整个集控系统瘫痪的后果。凯达矿集中控制系统“大脑”由Control logix系列的具有冗余功能的PLC搭建而成。

1 Control Logix PLC冗余系统的硬件配置与优点

1.1 系统构成

由2只高性能CPU和2只1757-SRM冗余通讯模块分别配置在2个独立的机架中，通讯模块间通过高速光纤实现同步。系统冗余模块1757-SRM 在主控和备用框架间提供高速的数据传输，并负责判定主控、备用框架的工况；每个机架均可选择由单电源或冗余电源供电。

1.2 系统主要优点

（1）主、备CPU自动完成冗余切换，不需要用户做任何编程；

（2）应用程序只需下载一次，系统就可自动完成从控制器的程序装载；

（3）完全自动的程序下载、同步技术，避免在主控、备用处理器中单独的程序维护工作；

（4）用户对主控制器的组态/命令/编辑等，自动送入从控制器；

（5）无需编程的解决方案，避免在实施冗余解决方案中任何额外的时间、人力消耗，节省开销；

（6）透明切换技术，完全支持Rockwell或者其他任何第3方支持ControlNet开放网络的设备。

1.3 系统的切换过程

选煤厂集中控制系统采用单个CPU时，有可能因为该CPU故障而造成整个集中控制系统的故障，影响选煤厂的安全生产。而冗余系统的目的就是要避免上述问题的发生，实现主、备CPU之间的无扰动切换， 不丢失任何信息。

Control Logix冗余系统中的两个CPU同时工作， CPU之间没有切换时间。该系统采用AB公司专有的高速同步方式进行同步， 在保证同步有效性的同时又不增加CPU 的运算负担。同步事件主要包括： 过程映像区更新、I /O直接访问、中断、报警、更新计时器、使用通讯功能时的数据改变等， 可实现平滑的主从关系切换、集成的错误识别和错误定位功能， 还可实现在线更改程序，在线添加、删除、更换系统的硬件配置等功能。下载程序时， 只需考虑单个CPU， 系统便自动将程序复制到另一个CPU中。

当主CPU发生故障时，备用CPU与主CPU之间的同步关系建立过程是：主CPU发生故障后，备用CPU与主CPU自动建立同步连接；备用CPU发出Link-up请求，主站在禁止删除、拷贝和生成块功能后，将所有数据发送给备用CPU；备用CPU执行自测试，然后向主站发出更新请求；主站在终止已组态连接的通讯和低级别的报警后， 拷贝动态数据库给备用CPU；主CPU运行用户程序在禁止所有报警和中断后，向已发出Link-up请求的备用CPU发送上次更新后发生改变的动态数据库；备用CPU接收主CPU的输入、输出、定时器、计数器和内存位的数据信息，主CPU始能报警、中断和通讯等功能， 进而主、备CPU进入到冗余、同步操作过程。

2 凯达选煤厂集中控制系统的配置

凯达选煤厂集中控制系统可分为计算机信息系统、全厂设备集中控制系统与现场信号采集系统3个部分。3个部分资源共享，构成一个有机整体。

在选煤厂的集中控制系统设计中，采用AB公司的Control Logix系列产品组成了支持热插拔、硬冗余的PLC控制系统， 按照ControlNet网络及工业以太网网络结构设计；上位机采用3台工业型计算机，配3台21”液晶显示器，上位机配备了专用的UPS电源，3台上位机间既相互独立， 又互为热备。上位机通过工业以太网交换机和冗余系统PLC进行通讯，通讯线选用带屏蔽层的UTP网线。

选煤厂控制主站设在电气楼低压配电室，另在中压配电室、浓缩车间配电室、筛分车间、汽车受煤坑、块煤仓等5个配电室设控制分站，各分站都按冗余功能配置；各分站站点都配置交流净化稳压电源， 为系统运行提供电源支持；所有开关量信号的采集和输出均采用欧姆龙继电器进行信号的隔离保护；主站与分站间用双ControlNet网进行通讯。由于汽车受煤坑、块煤仓控制分站距离主站较远，其间的通讯线缆选用光纤作为传输介质，光纤两端信号转换器选用AB公司专用的光纤收发器1786-RPA+1786-RPFM。

在选煤厂现场， 为每台设备配备了一台机旁操作按钮箱， 其上设置启/停按钮、联络按钮及集中/就地转换开关， 主要用于检修、维护；在生产现场还设有密度计、电磁流量计、电流变送器、多功能仪表、液位计、料位计、电子皮带秤和灰分仪等，来完成对入选原煤煤量、主要产品煤量、产品品质、消耗的电、水量和主要煤仓及各种桶或水池的料液位等数据的采集、处理、显示、储存等监测内容；同时还设有过流、油压、油温和带式送输送机的拉绳、跑偏、堵溜槽、失速等保护装置，来保护现场人员与设备安全，保证选煤厂的正常生产。

3 冗余系统应用总结

基于Control Logix 冗余系统的凯达选煤厂集中控制系统投运以来，已稳定运行两年有余。对于保障生产、减员增效、降低消耗、提高劳动效率、增强产品竞争力等方面起到了很好作用，是一个较成功案例。