淺談施耐德PLC的優(yōu)化應(yīng)用

王小寧等

摘 要：文章淺談施耐德PLC在汽輪鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)中的合理優(yōu)化應(yīng)用。在安陽鋼鐵集團(tuán)公司動(dòng)力廠AV100鼓風(fēng)機(jī)機(jī)組中（以下簡稱AV100鼓風(fēng)機(jī)），自動(dòng)控制設(shè)備的核心是施耐德PLC。通過雙冗余電源的投入使用，更換I/O框架的通訊方式和對I/O地址的合理分配三個(gè)方面，優(yōu)化了對施耐德PLC的應(yīng)用，使得AV100鼓風(fēng)機(jī)能更加安全穩(wěn)定的運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：施耐德PLC；自動(dòng)控制；鼓風(fēng)機(jī)；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TP241 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2015）18-0051-02

1 PLC概述

PLC（Programmable Logic Controller）可編程邏輯控制器，它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。

自1969年世界第一臺(tái)PLC問世以來，它已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制，通過用戶存儲(chǔ)的應(yīng)用程序來控制生產(chǎn)過程，具有強(qiáng)大的優(yōu)點(diǎn)。也為工業(yè)自動(dòng)化提供近乎完美的現(xiàn)代化自動(dòng)控制裝置。隨著技術(shù)的快速發(fā)展，PLC技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛，如合理應(yīng)用PLC技術(shù)，是現(xiàn)代工業(yè)控制正在努力發(fā)展的方向之一。

在安鋼，鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)有著舉足輕重的地位，它主要是為3#高爐進(jìn)行鼓風(fēng)作業(yè)。在注重安全生產(chǎn)的現(xiàn)在，對鼓風(fēng)機(jī)設(shè)備的安全運(yùn)行有極高的要求。作為控制核心的PLC系統(tǒng)，對其合理的優(yōu)化應(yīng)用，既能保障設(shè)備的安全，也能保證生產(chǎn)的安全穩(wěn)定。

2 雙冗余電源的使用

在每一塊施耐德PLC背板都帶電源模塊。電源模塊有兩種作用——向系統(tǒng)背板提供電源和保護(hù)系統(tǒng)免嘈雜波和額定電壓擺動(dòng)影響。所有的電源模塊都具有抗過流和過壓保護(hù)。電源模塊將進(jìn)入的電能轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的+5 V直流，供給CPU、本地I/O和安裝在背板上的任何通訊選件模塊使用。但位于現(xiàn)場傳感器/執(zhí)行器和I/O點(diǎn)之間的電能不能通過這些電源模塊提供。

在初始的設(shè)計(jì)中，每塊背板的第一個(gè)插槽安裝一個(gè)CPS電源模塊，但是在實(shí)際的工作過程中出現(xiàn)過CPS損壞的情況，當(dāng)CPS不能供電時(shí)，整個(gè)背板上的模塊將不能工作；或者存在背板中間的內(nèi)部電路發(fā)生損壞，使得距離CPS模塊較遠(yuǎn)的插槽得不到供電，插槽上的模塊不能正常工作，這些都存在重大的安全隱患。

為優(yōu)化CPS供電，現(xiàn)在每一塊背板上安裝2塊CPS冗余電源模塊，如圖1所示。即在每一塊模塊的第一個(gè)插槽和最后一個(gè)插槽安裝CPS冗余電源。當(dāng)一個(gè)電源發(fā)生故障時(shí)，那個(gè)正常的電源將維持所需功率，從而使背板處理和活動(dòng)通信部受到影響。當(dāng)背板中間內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)，兩頭的冗余電源模塊可作為獨(dú)立型電源使用，也能保持背板上剩余插槽上的模塊能正常運(yùn)行。每個(gè)冗余電源有一個(gè)狀態(tài)位，可有CPU中的應(yīng)用程序或者監(jiān)督系統(tǒng)監(jiān)測，以便能夠?qū)﹄娫吹墓收献鞒隹焖夙憫?yīng)。

如此一來，冗余電源的運(yùn)用將大大減少因供電故障而造成對PLC控制系統(tǒng)的影響，將損失降到最低。

3 I/O框架的優(yōu)化

施耐德PLC提供了一系列靈活的體系架構(gòu)，可確保無論在何種配置下，均能獲得成本適度且高性能的控制解決方案。其提供了三種主要體系結(jié)構(gòu)：本地I/O、遠(yuǎn)程I/O（RIO）和分布式I/O（DIO）。對AV100的PLC系統(tǒng)的體系架構(gòu)采用的是遠(yuǎn)程I/O系統(tǒng)（RIO）。RIO電纜系統(tǒng)包括一個(gè)線性干線，用分支器和引入電纜延伸到每個(gè)遠(yuǎn)程子站。

在初始設(shè)計(jì)中就采用RIO同軸電纜系統(tǒng)，它是基于同軸電纜進(jìn)行主站與子站的通訊。它采用的是CRP93100的主通訊模塊和CRA93200子站適配器組成。其特點(diǎn)在于使用分支器和系統(tǒng)分離器可以創(chuàng)建不同的RIO布局。在初期使用中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)同軸電纜接頭松動(dòng)或者分支器出現(xiàn)損壞，特別是同軸電纜接頭的松動(dòng)或者是上面的金屬線出現(xiàn)氧化的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響到主站與子站之間的正常通訊，造成PLC系統(tǒng)的不可控。

對AV100鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)依舊采用遠(yuǎn)程I/O系統(tǒng)，只是將基于同軸電纜的方案更換為基于雙絞線的方案。它采用的是CRP31200的主通訊模塊和CRA31200子站適配器組成。

雙絞線較之同軸電纜，其特點(diǎn)是：

①無屏蔽外套，直徑小，節(jié)省所占用的空間。

②重量輕，易彎曲，易安裝。

③將串?dāng)_減至最小或加以消除。

④具有阻燃性。

⑤具有獨(dú)立性和靈活性，適用于結(jié)構(gòu)化綜合布線。

最為關(guān)鍵的是雙絞線采用的RJ45水晶頭較之同軸電纜接頭不易損壞，且出現(xiàn)金屬氧化的現(xiàn)象也會(huì)隨之減少。雙絞線連接牢靠，較之同軸電纜剛不易不先接頭松動(dòng)的情況。

如此一來，雙絞線方案的運(yùn)用會(huì)大大減少主站與子站斷通訊的情況，保障生產(chǎn)。

4 I/O地址的合理分配

在AV100的PLC系統(tǒng)的大量模擬量I/O和數(shù)字量I/O點(diǎn)。這些都是運(yùn)行人員在AV100正常運(yùn)行中所要關(guān)注的。而且其中有些重要的部分將被作為連鎖條件，加以處理，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自動(dòng)連鎖。在初始的程序設(shè)計(jì)中，只是按照程序作者自定義的順序?qū)λ械腎/O地址進(jìn)行分布，沒有特殊的某個(gè)位置提供給某個(gè)I/O地址，這樣就會(huì)出現(xiàn)當(dāng)連鎖條件需要多個(gè)點(diǎn)不定數(shù)的選擇（如溫度5選3，振動(dòng)3選2等情況）時(shí)，這些I/O點(diǎn)在同一個(gè)I/O模塊上。如此，若該I/O模塊發(fā)生損壞，這些I/O點(diǎn)無法通過模塊進(jìn)入CPU，CPU會(huì)自動(dòng)認(rèn)為該I/O點(diǎn)無響應(yīng)能力（對數(shù)字量轉(zhuǎn)化為0，模擬量轉(zhuǎn)化為-32 767），可能導(dǎo)致程序滿足連鎖條件而發(fā)生動(dòng)作，造成重大設(shè)備生產(chǎn)事故。

在原有程序的基礎(chǔ)上，可將I/O地址位置進(jìn)行調(diào)整。可將連鎖條件需要的多個(gè)I/O點(diǎn)分別設(shè)置在不同的I/O模塊上。例如：對AV100鼓風(fēng)機(jī)的4個(gè)軸瓦溫度進(jìn)行連鎖，當(dāng)4個(gè)溫度中有3個(gè)或3個(gè)以上的溫度達(dá)到停機(jī)值時(shí)，進(jìn)行連鎖停機(jī)，把4個(gè)溫度的I/O地址分別設(shè)置在4個(gè)模擬量I/O模塊上，就會(huì)防止當(dāng)其中某一個(gè)模擬量I/O模塊發(fā)生損壞，造成溫度顯示異常，但實(shí)際情況并非如此時(shí)，程序發(fā)生連鎖動(dòng)作。

經(jīng)過對連鎖條件中I/O地址位置的調(diào)整，就避免了引誤信號(hào)或者模塊的損壞引起的連鎖動(dòng)作。

5 結(jié) 語

通過對AV100鼓風(fēng)機(jī)組PLC控制系統(tǒng)中PLC供電系統(tǒng)的優(yōu)化、PLC I/O框架的優(yōu)化和I/O地址的優(yōu)化，大大減少了供電不足，傳輸電纜的損傷或誤信號(hào)，模塊損壞或者人為的誤操作，現(xiàn)場設(shè)備的誤信號(hào)等原因造成的生產(chǎn)事故，為3#高爐的穩(wěn)定供風(fēng)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，并為類似的控制系統(tǒng)提供技術(shù)支持。

參考文獻(xiàn)：

[1] 何獻(xiàn)忠，李衛(wèi)萍.可編程控制器應(yīng)用技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2007.

[2] 方承遠(yuǎn).工廠電氣控制設(shè)備[M].北京：北京機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

[3] 易傳祿.可編程序控制器應(yīng)用指南[M].上海：上?？茖W(xué)普及出版社，1993.