壓鑄機(jī)的PLC冗余控制

趙樹(shù)忠 李寶慧

摘 要：本文采用PLC的冗余方式來(lái)控制壓鑄工藝流程，設(shè)計(jì)了PLC的冗余硬件和冗余軟件，通過(guò)PLC編程實(shí)現(xiàn)控制權(quán)的決定和傳輸，并控制兩個(gè)CPU互相監(jiān)視對(duì)方工作狀態(tài)，并且保持通信正常，出現(xiàn)故障時(shí)及時(shí)掌握主控權(quán)以保證壓鑄機(jī)繼續(xù)工作，不僅降低突發(fā)故障及故障程度，而且經(jīng)濟(jì)實(shí)用。

關(guān)鍵詞：PLC；冗余控制；壓鑄；工作狀態(tài)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.24.126

1 引言

壓鑄占據(jù)著國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程當(dāng)中的緊要地位[1]。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障，可能會(huì)導(dǎo)致整個(gè)流程出現(xiàn)故障，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)損失，甚至人身安全[2-3]，因此實(shí)現(xiàn)對(duì)其工作的控制很重要。PLC由于可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)而廣泛地應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域[4]。采用PLC控制壓鑄機(jī)的工作狀態(tài)，在很大程度上提高了壓鑄機(jī)的自動(dòng)化水平，提高了控制系統(tǒng)的可靠性。

本文在PLC控制系統(tǒng)中引入雙CPU冗余控制模式，以提高壓鑄機(jī)在工作過(guò)程中的可靠性。冗余控制是利用一定量的設(shè)備或部件構(gòu)成控制系統(tǒng)的控制方法。當(dāng)設(shè)備或部件損壞時(shí)，它可以以硬件的、軟件的或人工的方法，替換被故障損壞的設(shè)備或部件，并保證系統(tǒng)可以繼續(xù)正常工作。使用冗余系統(tǒng)的控制方式，可以減少系統(tǒng)停機(jī)率，使系統(tǒng)基本上實(shí)現(xiàn)不間斷工作、提高生產(chǎn)效率。

2 壓鑄控制流程

壓鑄機(jī)在工作過(guò)程中速度，壓力等主要參數(shù)直接影響壓鑄件的生產(chǎn)要求，因此，對(duì)壓鑄機(jī)工作狀態(tài)的控制和監(jiān)測(cè)是最方便的方法。將傳感器連接在壓鑄機(jī)的待監(jiān)測(cè)部位感受壓鑄機(jī)工作狀態(tài)中的工藝參數(shù)，然后將采集到的信息送入到PLC中進(jìn)行邏輯運(yùn)算形成相應(yīng)的開(kāi)關(guān)量輸出，通過(guò)控制壓鑄機(jī)上的閥門(mén)開(kāi)關(guān)，同時(shí)將信息送到PC中，控制設(shè)備的工作狀態(tài)。壓鑄控制流程如圖1所示。

3 壓鑄機(jī)冗余控制原理

3.1 PLC的選擇

在對(duì)壓鑄機(jī)的速度，壓力等主要參數(shù)進(jìn)行控制時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)冗余控制，PLC的選擇很重要。三菱推出經(jīng)濟(jì)型QUTESET三菱PLC，結(jié)構(gòu)靈活，易于學(xué)習(xí)，傳輸效果好，完全支持GX開(kāi)發(fā)軟件，具有優(yōu)良的性?xún)r(jià)比。經(jīng)濟(jì)型QUTESET三菱PLC如圖2所示。

3.2 硬件冗余控制方案設(shè)計(jì)

當(dāng)PLC出現(xiàn)故障時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)將會(huì)崩潰，會(huì)造成原料浪費(fèi)、設(shè)備損壞，還可能影響生產(chǎn)安全，甚至人身安全。提高PLC自身硬件的可靠性是比較難實(shí)現(xiàn)的，因此，采用雙CPU的PLC冗余系統(tǒng)是既安全又經(jīng)濟(jì)的途徑[5]。

PLC硬件冗余就是準(zhǔn)備CPU模塊、機(jī)架、電源、網(wǎng)絡(luò)模塊、I/O模塊各兩個(gè)和一條熱備電纜，組成兩套系統(tǒng)。一套系統(tǒng)進(jìn)行控制，另一套系統(tǒng)作為備份使用，不進(jìn)行運(yùn)算，但是要實(shí)時(shí)監(jiān)視控制系統(tǒng)，一旦控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障，備用系統(tǒng)便由待機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)為工作狀態(tài)，并發(fā)出警報(bào)，確保壓鑄系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。硬件冗余控制方案如圖3所示。

3.3 雙CPU軟件冗余系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

軟件冗余不同于硬件冗余。簡(jiǎn)單地增加CPU模塊可以實(shí)現(xiàn)軟件系統(tǒng)的冗余，在機(jī)架上安裝兩個(gè)CPU，并通過(guò)PLC編程來(lái)控制決定和傳輸，以及兩個(gè)CPU模塊的相互監(jiān)視與控制，因此，編寫(xiě)PLC冗余程序至關(guān)重要。其中控制決定與傳輸以及CPU模塊之間的相互監(jiān)測(cè)與監(jiān)控是關(guān)鍵問(wèn)題。

3.3.1 控制權(quán)的決定和傳輸

兩個(gè)CPU模塊并行工作，使用同一個(gè)用戶(hù)程序，一個(gè)工作，另一個(gè)作為備用，兩個(gè)CPU模塊接受壓鑄過(guò)程的工作參數(shù)并保持通信連接，但是備用CPU模塊不輸出，兩個(gè)CPU模塊互相監(jiān)測(cè)對(duì)方的工作狀態(tài)，一旦備用CPU模塊發(fā)現(xiàn)正在進(jìn)行工作的CPU模塊出現(xiàn)故障，就取代工作CPU模塊的主控權(quán)[6-7]，控制壓鑄機(jī)進(jìn)行工作，保證生產(chǎn)順利進(jìn)行。雙CPU模塊控制流程圖如圖4所示。

3.3.2 兩個(gè)CPU模塊的同步控制

兩個(gè)CPU同時(shí)工作，其中一個(gè)工作，另一個(gè)備用，但是兩者互相監(jiān)視對(duì)方工作狀態(tài)和通信狀況，備用CPU和工作CPU保持通信連接，但限制備用CPU的輸出功能，當(dāng)工作CPU出現(xiàn)故障時(shí)，備用CPU取代工作CPU的主控權(quán)進(jìn)行控制[8]。它們的相互控制流程圖如圖5所示。

3.4 冗余系統(tǒng)的啟動(dòng)

在安裝完冗余模塊后，CPU模塊的運(yùn)行/停止開(kāi)關(guān)被置于停止位置；各CPU模塊的復(fù)位/復(fù)位解除開(kāi)關(guān)被置于復(fù)位解除位置；將遠(yuǎn)程I/O網(wǎng)絡(luò)模塊的開(kāi)關(guān)設(shè)置好。然后連接兩組系統(tǒng)電源，使“POWER”LED亮綠燈，確保工作和備用系統(tǒng)沒(méi)問(wèn)題。將程序?qū)懭雰蓚€(gè)系統(tǒng)的CPU模塊，啟動(dòng)系統(tǒng)，通過(guò)安裝了GX Developer的PC監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行情況。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文將PLC引入到壓鑄工藝流程的控制當(dāng)中，并且為了提高PLC的可靠性，提出用雙CPU的PLC冗余控制系統(tǒng)控制壓鑄過(guò)程，減少系統(tǒng)由于故障被迫停機(jī)的可能性，有利于提高壓鑄件的質(zhì)量，降低廢品率，減小設(shè)備運(yùn)行及維修成本，提高生產(chǎn)安全。

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作者簡(jiǎn)介：趙樹(shù)忠（1963-），男，河北唐山人，博士，教授，主要從事測(cè)試計(jì)量技術(shù)與儀器方面的教學(xué)與科研工作。