PLC冗余自控系统的设计

№.1 陕西科技大学学报 Feb.2009

・114・ J OURNAL OF SHAANXI UN IV ERSIT Y OF SCIENCE&TECHNOLO GY Vol.27

3　文章编号:100025811(2009)0120114203

玻壳成型PLC冗余自控系统的设计

戴庆瑜1,刘建斌2,汤　伟1

(1.陕西科技大学电气与信息工程学院,陕西西安　710021;2.陕西彩虹电子玻璃有限公司,陕西咸阳　

712000)

摘　要:在压机生产玻屏的过程中,需要对成型冷却风流量、模具冷却水流量和温度等成型工

艺条件进行精确控制.为了提高控制的可靠性和精确度,作者设计了基于西门子S72300PL C

的彩色显像管玻壳生产线压机成型自控系统,该系统采用了软冗余控制技术和基于PRO FI2

BU S2DP、M PI及Et hernet的网络通信手段,投入运行后达到了预期的控制效果,显著提高了

系统的可靠性.

关键词:玻壳;成型压机;PL C;冗余;以太网

中图分类号:TP273;T G375 文献标识码:A

0　引言

成型压机是彩色显像管玻壳生产线的主机,玻壳产品是在非常严格的工艺条件下在压机上以较高的生产速度压制出来的高精度电子玻璃产品.在生产玻壳的过程中,需要对成型冷却风流量、模具冷却水流量、温度等玻壳压制后成型过程中的重要工艺参数进行自动调节,并对冲头压力、模具温度、成型风压力、温度等工艺值进行数据采集显示.由于玻壳产品生产过程的特殊性,其对生产设备、现场环境和各工艺条件都有较高的要求,特别是对成型控制系统的可靠性要求极高,因为任何成型主要工艺条件的失控都会造成产品大批量报废、生产线停产甚至成型模具损坏.

为提高成型控制系统的可靠性,本文采用西门子PL C冗余技术设计了基于西门子S72300可编程序控制器(PL C)的玻壳成型冗余型自控系统[1].

1　冗余控制PL C系统工作原理

控制系统中电子元器件总有发生故障的可能,但是可以设法使系统中的元件即使发生故障也不会影响系统的运行,这就是冗余构造的目的.

对于西门子自动化系统冗余技术而言,它主要分硬冗余和软冗余[2].西门子自动化系统的硬冗余是针对S72400H系统的,其主要器件都是双重的.S72400H采用“热备用”模式的主动冗余原理,无故障时两个子单元都处于运行状态,一旦发生故障,正常工作的子单元能独立完成整个过程的控制.为保证无扰动切换,两个控制器必须使用相同的用户程序,自动地接收相同的数据块、过程映像和相同的内部数据,这样可以确保两个子控制器同步地更新内容,在任意一个子系统有故障时,另一个可以承担全部控制任务.

S72400H冗余系统主要用于对主备系统切换时间有严格要求的场合,成本较高.而西门子自动化系统的软冗余是指S72300/400系统通过M PI,PRO FIBU S,Et hernet等方式进行冗余,需要西门子PL C冗余软件包的支持,它是在西门子PL C控制系统中实现冗余功能的一种低成本的解决方案,但主、备系统切换过程中产生的报警事件有可能丢失,因此它主要用于对主、备系统切换时间要求不高的控制系统中.

3收稿日期:2008-11-13

作者简介:戴庆瑜(1973-),女,河北省唐山市人,讲师,在读硕士生,研究方向:电力电子技术

第1期戴庆瑜等:玻壳成型PL C

冗余自控系统的设计图1　PL C 主、备系统运行流程图

在软冗余系统进行工作时,主、备控制系统(处

理器、通信链路、I/O 模块)独立运行,由主系统的

CPU 掌管对ET200M 从站I/O 模块的控制权.主、

备系统中的PL C 程序由非冗余(Non 2Duplicated )

用户程序段和冗余(Redundant Backup )用户程序

段组成,主系统的CPU 执行全部的用户程序,备用

系统的CPU 只执行非冗余用户程序段.运行过程

如图1所示.

根据玻壳厂的实际生产情况,在成型控制系统

中采用西门子S72300PL C 和PL C 软冗余技术是兼

顾系统可靠性和经济性的最佳设计途径.

2　PLC 冗余系统配置策略

2.1　软、

硬件配置策略

图2　本系统PL C 硬件配置图

PL C 作为现场控制机,用它单独构成一个控制系统是有局限性的,主要是没有良好的操

作界面,无法显示各种实时图形和保存大量历

史数据[3],因此我们采用了下位机(PL C )和上

位机(现场操作站)两级控制的系统结构.为组

建S72300冗余系统,配备的软件有:西门子

PL C 编程软件包STEP7、冗余软件包SW_Re 2

dundancy 、上位机监控组态软件包西门子

WINCC.PL C 硬件有:2块支持PROFIBU S 2

DP 和M PI 通讯协议的S72300CPU 31522DP 、

2块电源、若干条通信链路(主系统与从站之间

的PRO FIBU S 通信链路、备用系统与从站之

间的PRO FIBU S 通信链路、主系统CPU 与备

用系统CPU 之间的M PI 数据同步通信链路、

主、备系统通信模块与交换机之间的Et hernet

通信链路、操作站、

工程师站与交换机之间的

图3　系统网络组态图

Et hernet 通信链路)、若干个ET200M 从

站,每个从站包括2个IM15322接口模块

(专用于冗余系统,每个模块提供1个

PRO FIBU S 接口)和若干个I/O 模块.此

外,还需编程计算机(操作站、工程师站)、交

换机等.本系统的硬件配置图如图2所示.

2.2　网络通信配置策略为了满足本系统中PL C CPU 与现场

I/O 模块之间、主备CPU 之间、CPU 与上

位机之间的数据通讯需要,构建了基于

PRO FIBU S 2DP 、M PI 及Et hernet 通讯方

式的三级数字化PL C 通信网络,WINCC ・

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