基于S7-1500RH斗輪機冗余系統

李加羽

摘要：在火力發電廠中，煤是發電設備的主要原料，穩定的向鍋爐設備輸送原料是保證發電安全穩定的重要環節。斗輪堆取料機在火力發電廠中屬于輸煤系統中十分重要的設備。部分電廠由于料場面積有限，存煤量一般，甚至只有一臺斗輪堆取料機。因此斗輪堆取料機的電氣控制穩定性尤為重要，本文PLC控制冗余設計角度探討設計思路。

關鍵詞：斗輪機，S7-1500，冗余系統

1、斗輪堆取料機簡介

斗輪堆取料機，是指一種用于大型干散貨堆場的既能堆料又能取料的連續輸送的高效裝卸機械。它主要有堆料和取料兩種作業方式。堆料由帶式輸送機運來的散料經尾車卸至臂架上的帶式輸送機，從臂架前端拋卸至料場。通過整機的運行，臂架的回轉、俯仰可使料堆形成梯形斷面的整齊形狀。取料是通過臂架回轉和斗輪旋轉連續實現的。物料經卸料板卸至反向運行的臂架帶式輸送機上，再經機器中心處下面的漏斗卸至料場帶式輸送機運走。通過整機的運行，臂架的回轉、俯仰，可使斗輪將儲料堆的物料取盡。由斗輪機構、回轉機構、帶式輸送機、尾車、俯仰與其他輔助機構組成。

2、PLC冗余控制

2.1 PLC冗余分類

PLC冗余可以分為：軟件冗余和硬件冗余。硬件冗余對硬件型號有所要求，連接方式也不同，但對軟件并無特殊要求。 在工業自動化系統中大量選用可編程邏輯控制器（PLC）作為控制器，隨著技術的發展又組建冗余系統進一步提高系統的可靠性。目前冗余的分類方式很多，而采用PLC冗余方式的有兩種，即軟冗余和硬冗余。硬冗余系統的冗余結構確保了任何時候的系統可靠性，例如所有的重要部件都是冗余配置。這包括了冗余的CPU、供電模件和用于冗余CPU通信的同步模塊。

2.2 S7-1500RH冗余系統

西門子開發出全新 SIMATIC S7-1500R/H 系列冗余控制系統?；跇藴市?SIMATIC S7-1500CPU，SIMATIC S7-1500R/H 采用透明化編程方式，使用 TIA Portal STEP7 編程語言進行編程，把程序從標準系統遷移到冗余系統，無需額外工作。SIMATIC S7-1500R/H 憑借其高可用性，能夠有效防止數據丟失以及避免停機。此外，該系列控制系統采用 PROFINET 系 統冗余的方式，可以充分利用 PROFINET 的高效、靈活、高性能的特點。SIMATIC S7-1500R/H 能夠最大限度地降低生產故障機率。

2.3、斗輪機的CPU1515R冗余配置

斗輪機PLC系統分為上部電氣室主站和下部電氣室分站。PLC系統外的IO設備包括走行變頻器、回轉變頻器、走行編碼器、俯仰編碼器、回轉編碼器。IO外設的通訊協議均為PN通訊，與PLC系統構成同一PN網絡。在 S7-1500R 冗余系統中，冗余 PLC 必須安裝在 MRP 冗余環網中，這是實現冗余 PLC 主備之間實現組態和程序同步的必要條件。使用SCALANCE XC-200將IO設備與PLC系統連接成環網。當任意一條線路中斷時，由于建立的是“圓形環網”，整個PLC與IO外設通訊依然可靠連接。司機室設置了HMI觸摸屏用于顯示設備報警及運行信號，HMI可通過連接交換機實現與冗余 PLC 的通信。PLC系統的底板為有源底板，所有IO模塊支持不停機熱插拔。

2.4、冗余PLC的調試

S7-1500R 冗余 PLC 通過 PROFINET X1 接口的網絡連接后會自動確定主備關系，通過

PLC 上的 DISPLAY 顯示面板可查看主備狀態。P 表示 Primary，為主 PLC，B 表示 Backup，為備 PLC，下載時只能下載主 PLC，備 PLC 只有在啟動時將組態和程序從主 PLC 同步到備 PLC。冗余 PLC 第一次下載時，因為出廠無 IP 地址，在下載窗口不顯示 PLC 的主備關系，只顯示MAC 地址，此時要根據冗余 PLC 上的 DISPLAY 面板查看主備關系，找到主 PLC 對應的 MAC地址，下載時再根據 MAC 地址選擇正確的主 PLC 執行下載。冗余系統主備 PLC 之間的同步分為兩個階段：

（1）備 PLC 啟動時的同步

組態和程序下載到主 PLC 后，此時冗余系統工作在單機模式（RUN-Solo），操作備 PLC 上的模式開關從 STOP 切換到 RUN，將啟動主 PLC 到備 PLC 的同步過程。實現主備 PLC 同步的前提條件是同步連接正常 和MRP 環網處于閉環狀態。

（2）冗余系統工作在 RUN-Redundant 狀態下的同步

當冗余系統工作在冗余模式（RUN-Redundant）時，主 PLC 將根據一定的同步機制將運行數據同步到備 PLC，以確保冗余系統主備 PLC 切換時不影響系統的不間斷運行。

2.5、冗余PLC的切換

冗余系統工作在冗余模式下時，當滿足下面條件時將進行主備 PLC 切換，原備 PLC 切換為主 PLC 進行正常的程序處理和 IO 數據交換：

（1）主 PLC STOP。

（2）主 PLC 斷電。

（3）主備 PLC 切換的同時冗余系統也將切換到單機模式（RUN-Solo

結語：通過斗輪機控制系統的冗余設計，提高了運行可靠性保證了電廠輸煤的穩定性。

參考文獻

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