基于S7-1500RH斗轮机冗余系统

李加羽

摘要：在火力发电厂中，煤是发电设备的主要原料，稳定的向锅炉设备输送原料是保证发电安全稳定的重要环节。斗轮堆取料机在火力发电厂中属于输煤系统中十分重要的设备。部分电厂由于料场面积有限，存煤量一般，甚至只有一台斗轮堆取料机。因此斗轮堆取料机的电气控制稳定性尤为重要，本文PLC控制冗余设计角度探讨设计思路。

关键词：斗轮机，S7-1500，冗余系统

1、斗轮堆取料机简介

斗轮堆取料机，是指一种用于大型干散货堆场的既能堆料又能取料的连续输送的高效装卸机械。它主要有堆料和取料两种作业方式。堆料由带式输送机运来的散料经尾车卸至臂架上的带式输送机，从臂架前端抛卸至料场。通过整机的运行，臂架的回转、俯仰可使料堆形成梯形断面的整齐形状。取料是通过臂架回转和斗轮旋转连续实现的。物料经卸料板卸至反向运行的臂架带式输送机上，再经机器中心处下面的漏斗卸至料场带式输送机运走。通过整机的运行，臂架的回转、俯仰，可使斗轮将储料堆的物料取尽。由斗轮机构、回转机构、带式输送机、尾车、俯仰与其他辅助机构组成。

2、PLC冗余控制

2.1 PLC冗余分类

PLC冗余可以分为：软件冗余和硬件冗余。硬件冗余对硬件型号有所要求，连接方式也不同，但对软件并无特殊要求。 在工业自动化系统中大量选用可编程逻辑控制器（PLC）作为控制器，随着技术的发展又组建冗余系统进一步提高系统的可靠性。目前冗余的分类方式很多，而采用PLC冗余方式的有两种，即软冗余和硬冗余。硬冗余系统的冗余结构确保了任何时候的系统可靠性，例如所有的重要部件都是冗余配置。这包括了冗余的CPU、供电模件和用于冗余CPU通信的同步模块。

2.2 S7-1500RH冗余系统

西门子开发出全新 SIMATIC S7-1500R/H 系列冗余控制系统。基于标准型 SIMATIC S7-1500CPU，SIMATIC S7-1500R/H 采用透明化编程方式，使用 TIA Portal STEP7 编程语言进行编程，把程序从标准系统迁移到冗余系统，无需额外工作。SIMATIC S7-1500R/H 凭借其高可用性，能够有效防止数据丢失以及避免停机。此外，该系列控制系统采用 PROFINET 系 统冗余的方式，可以充分利用 PROFINET 的高效、灵活、高性能的特点。SIMATIC S7-1500R/H 能够最大限度地降低生产故障机率。

2.3、斗轮机的CPU1515R冗余配置

斗轮机PLC系统分为上部电气室主站和下部电气室分站。PLC系统外的IO设备包括走行变频器、回转变频器、走行编码器、俯仰编码器、回转编码器。IO外设的通讯协议均为PN通讯，与PLC系统构成同一PN网络。在 S7-1500R 冗余系统中，冗余 PLC 必须安装在 MRP 冗余环网中，这是实现冗余 PLC 主备之间实现组态和程序同步的必要条件。使用SCALANCE XC-200将IO设备与PLC系统连接成环网。当任意一条线路中断时，由于建立的是“圆形环网”，整个PLC与IO外设通讯依然可靠连接。司机室设置了HMI触摸屏用于显示设备报警及运行信号，HMI可通过连接交换机实现与冗余 PLC 的通信。PLC系统的底板为有源底板，所有IO模块支持不停机热插拔。

2.4、冗余PLC的调试

S7-1500R 冗余 PLC 通过 PROFINET X1 接口的网络连接后会自动确定主备关系，通过

PLC 上的 DISPLAY 显示面板可查看主备状态。P 表示 Primary，为主 PLC，B 表示 Backup，为备 PLC，下载时只能下载主 PLC，备 PLC 只有在启动时将组态和程序从主 PLC 同步到备 PLC。冗余 PLC 第一次下载时，因为出厂无 IP 地址，在下载窗口不显示 PLC 的主备关系，只显示MAC 地址，此时要根据冗余 PLC 上的 DISPLAY 面板查看主备关系，找到主 PLC 对应的 MAC地址，下载时再根据 MAC 地址选择正确的主 PLC 执行下载。冗余系统主备 PLC 之间的同步分为两个阶段：

（1）备 PLC 启动时的同步

组态和程序下载到主 PLC 后，此时冗余系统工作在单机模式（RUN-Solo），操作备 PLC 上的模式开关从 STOP 切换到 RUN，将启动主 PLC 到备 PLC 的同步过程。实现主备 PLC 同步的前提條件是同步连接正常 和MRP 环网处于闭环状态。

（2）冗余系统工作在 RUN-Redundant 状态下的同步

当冗余系统工作在冗余模式（RUN-Redundant）时，主 PLC 将根据一定的同步机制将运行数据同步到备 PLC，以确保冗余系统主备 PLC 切换时不影响系统的不间断运行。

2.5、冗余PLC的切换

冗余系统工作在冗余模式下时，当满足下面条件时将进行主备 PLC 切换，原备 PLC 切换为主 PLC 进行正常的程序处理和 IO 数据交换：

（1）主 PLC STOP。

（2）主 PLC 断电。

（3）主备 PLC 切换的同时冗余系统也将切换到单机模式（RUN-Solo

结语：通过斗轮机控制系统的冗余设计，提高了运行可靠性保证了电厂输煤的稳定性。

参考文献

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