PLC在玻璃棉生产线控制系统的应用（上）
日期：2006-3-9 1:02:04 来源：本站整理
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摘 要(Abstract) 针对玻璃棉生产过程的控制特点，选用SIEMENS S7-400软件冗余系统完成整个生产线自动控制系统的设计。
Aiming at the control features of the glass wool production, this article selects SIEMENS S7-400 software redundancy system to complete the design of the automatic control system of the whole production line.
关键词(Keywords) S7-400 软件冗余 PID算法
S7-400 software redundancy PID algorithm
1 引言
玻璃棉生产线由窑炉、成纤、固化炉及冷线成型等系统构成。整个和生产工艺过程较为复杂。同时，因使用液化气和重油作为燃料，对安全的要求特别高，所以生产线对自动控制系统有很高的要求。此前，国内一般厂家都选用智能仪表控制系统，或引进国外的DCS控制系统，性能价格比都不理想。针对其生产过程的控制特点，选用了SIEMENS公司的S7-400软件冗余系统，投用以来，取得较好的控制效果。
2 系统概况
工艺特点:
(1) 玻璃棉生产兼有连续生产和批次生产的特点,窑炉生产(玻璃液烧熔)是一个连续、不可间断的过程，任何过程的中断都有可能造成不可预测的后果和损失，所以系统对控制的可靠性要求很高;而固化炉及冷线处理系统则只在出产品时运行。
(2) 生产所用燃料是液化气和重油，必须严格控制燃料和助燃风的混合比例，任何比例失调都会造成工艺状况的不稳定，甚至会有爆炸的危险，所以系统对自控回路的精度要求很高。
(3) 生产过程复杂，系统的检测、控制点及PID自控回路较多(见附表)，而且整个系统的生产是一个高度关联的动态平衡过程，各PID回路之间关系密切而复杂，这对PLC系统的性能和软件设计工作都提出了考验。
3 系统结构
固化炉及冷线成型系统由设备厂家自带的的PLC系统控制(S7-300PLC和TP170A)，工艺信息送控制室显示。
控制的重点和难点是窑炉和成纤系统。根据上述的工艺特点，我们采用了CPU和通讯模块的双冗余系统。图1示出系统结构图。
3.1 网络构成
整个系统由两级网络构成:主站网和从站网。2台操作站(操作站1、操作站2)、1台工程师站、2台CPU414、1台S7-300组成主站网;5个现场站与CPU414之间组成了从站网。
操作站及工程师站实质上没有任何差别，只是设置操作等级的限制，各站上的操作权限不一样。通过系统管理员的授权(密码控制)任何一个站都可实现其他2个站的所有功能。操作站、工程师站通过MPI卡接入主站网。网络协议为Profibus，通讯速率最高可达12Mbps，考虑到传输距离较远(约200m)，途中电磁干扰较严重，为保证通讯畅通，将通讯速率设置为1.5 Mbps。
2台CPU414通过PLC通讯模块(CP443)接入主站网，固化炉系统的CPU314则通过CPU上的DP口直接接入主站网。
现场站是连接PLC系统和工业现场的接口，所有的输入/输出模块都安装在5个现场站上。每个现场站上都有两块通讯模块(153-2),分别接到2台CPU414的DP口上，组成从站网，通讯协议为Profibus-DP，通讯速率为12 Mbps。
3.2 系统冗余
为提高系统的可靠性，对控制系统的核心部分CPU及PLC通讯模块都采用了软件冗余技术，两套CPU414处理器、电源模块、通讯控制模块(CP443)分别安装在两块冗余机架上，同时各I/O站上也都装有两块通讯处理模块(153-2)。正常工作时，2台CPU一台为主，一台为从。主CPU执行控制程序，并控制着对应的通讯模块，同时不断地将需要冗余备份的数据发往从CPU;从CPU则处于热备状态，不运行控制程序，只是不停地接受数据，同时判断其自身的运行状态。一旦主CPU停止工作，从CPU立即接过系统控制权，同时主从位置互换，完成无扰动切换。
WWW_PL※CJS_COM－PLC－技.术_网
Aiming at the control features of the glass wool production, this article selects SIEMENS S7-400 software redundancy system to complete the design of the automatic control system of the whole production line.
WWW※PLCJS_COM－PL＃C－技.术_网(可编※程控※制器技术门户)
关键词(Keywords) S7-400 软件冗余 PID算法
P_L_C_技_术_网——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
S7-400 software redundancy PID algorithm
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P.L.C.技.术.网——可编程控制器技术门户
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1 引言
P_L_C_技_术_网——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
玻璃棉生产线由窑炉、成纤、固化炉及冷线成型等系统构成。整个和生产工艺过程较为复杂。同时，因使用液化气和重油作为燃料，对安全的要求特别高，所以生产线对自动控制系统有很高的要求。此前，国内一般厂家都选用智能仪表控制系统，或引进国外的DCS控制系统，性能价格比都不理想。针对其生产过程的控制特点，选用了SIEMENS公司的S7-400软件冗余系统，投用以来，取得较好的控制效果。
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2 系统概况
——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
工艺特点:
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(1) 玻璃棉生产兼有连续生产和批次生产的特点,窑炉生产(玻璃液烧熔)是一个连续、不可间断的过程，任何过程的中断都有可能造成不可预测的后果和损失，所以系统对控制的可靠性要求很高;而固化炉及冷线处理系统则只在出产品时运行。
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(2) 生产所用燃料是液化气和重油，必须严格控制燃料和助燃风的混合比例，任何比例失调都会造成工艺状况的不稳定，甚至会有爆炸的危险，所以系统对自控回路的精度要求很高。
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(3) 生产过程复杂，系统的检测、控制点及PID自控回路较多(见附表)，而且整个系统的生产是一个高度关联的动态平衡过程，各PID回路之间关系密切而复杂，这对PLC系统的性能和软件设计工作都提出了考验。
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3 系统结构
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固化炉及冷线成型系统由设备厂家自带的的PLC系统控制(S7-300PLC和TP170A)，工艺信息送控制室显示。
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控制的重点和难点是窑炉和成纤系统。根据上述的工艺特点，我们采用了CPU和通讯模块的双冗余系统。图1示出系统结构图。
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3.1 网络构成
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整个系统由两级网络构成:主站网和从站网。2台操作站(操作站1、操作站2)、1台工程师站、2台CPU414、1台S7-300组成主站网;5个现场站与CPU414之间组成了从站网。
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操作站及工程师站实质上没有任何差别，只是设置操作等级的限制，各站上的操作权限不一样。通过系统管理员的授权(密码控制)任何一个站都可实现其他2个站的所有功能。操作站、工程师站通过MPI卡接入主站网。网络协议为Profibus，通讯速率最高可达12Mbps，考虑到传输距离较远(约200m)，途中电磁干扰较严重，为保证通讯畅通，将通讯速率设置为1.5 Mbps。
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2台CPU414通过PLC通讯模块(CP443)接入主站网，固化炉系统的CPU314则通过CPU上的DP口直接接入主站网。
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现场站是连接PLC系统和工业现场的接口，所有的输入/输出模块都安装在5个现场站上。每个现场站上都有两块通讯模块(153-2),分别接到2台CPU414的DP口上，组成从站网，通讯协议为Profibus-DP，通讯速率为12 Mbps。
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3.2 系统冗余
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为提高系统的可靠性，对控制系统的核心部分CPU及PLC通讯模块都采用了软件冗余技术，两套CPU414处理器、电源模块、通讯控制模块(CP443)分别安装在两块冗余机架上，同时各I/O站上也都装有两块通讯处理模块(153-2)。正常工作时，2台CPU一台为主，一台为从。主CPU执行控制程序，并控制着对应的通讯模块，同时不断地将需要冗余备份的数据发往从CPU;从CPU则处于热备状态，不运行控制程序，只是不停地接受数据，同时判断其自身的运行状态。一旦主CPU停止工作，从CPU立即接过系统控制权，同时主从位置互换，完成无扰动切换。
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