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[摘要]从硬件电路设计和程序编制入手，以施耐德昆腾控制系统和concept组态软件为例，对当前系统的若干优化方案进行研究探讨。
[关键词]PLC 高炉控制系统 优化 昆腾
中图分类号：TF3 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2008）1210121-01
一、概述
高炉生产工艺对控制系统的可靠性和容错性要求较高，而上料系统在整个冶炼工序中是核心，出现差错将导致高炉休风停产，影响到生产安全和经济运行。整个自控系统的稳定运行，取决于PLC、外围设备以及程序编制，下文将针对这三个方面的优化进行探讨。
二、现状调查
（一）PLC系统供电
电源故障会造成系统程序错误，数据丢失，模板损坏，给生产带来不必要的损失。引起这些故障原因为：电网电压不正常；用电环境干扰和传输系统故障；雷电干扰等。为解决电源故障的上述情况，槽下PLC系统中配备了UPS。正常情况下，市电提供PLC系统电源，若市电出现故障，UPS自行切换供电，但是在日常使用中，出现过断电切换时模板损坏的状况，耽误生产，同时带来了经济损失。
（二）设备层到控制层的冗余
从银前1080高炉上料系统的投产到现在，我们不停的对设备层，例如炉顶柱塞阀、上密阀、料流阀、下密阀、均压、放散、α、γ编码器，γ射线料位计等重要装置进行着技术改造，根据现状，重要设备的冗余已经基本满足生产要求。
在控制层方面，上料系统未实现Quantum双机热备系统，实现双机热备技术将对系统的数据吞吐、安全性和容错性有很大的提升，如何实现Quantum的双机热备，本文将在下文着重叙述。
（三）组态软件的编制
由于恶劣的电磁环境，我们经常遇到这样的情况：现场仪表完好，但PLC接受的信号发生偏移抖动等现象。这需要程序编制方面能利用延时滤波，计数器，限幅等方法对接受数据处理，有效减少由于干扰引起的信号不稳定的现象。
三、实施改进
（一）用UPS冗余供电系统供电可靠性
UPS在执行市电交流旁路供电与逆变器供电之间的切换操作时，常常会引起UPS故障。而使用冗余的UPS就能为系统提供可靠的供电，停电时，一部UPS故障，另一部仍可供电，维护时，仍保持UPS功能，两部UPS寿命皆延长。双机热备减少了停机的几率，将成为一个局部的可靠性、智能化的供电中心。
UPS的选购:鉴于已经存在的UPS,在另一台UPS的选型上，我们需要选购过载能力及容量相同的同型号产品.其技术应用如图2。
如图1示，将备机 (UPSl)的输出端接至主机(UPS2)的“旁路电源”输入端，而两台UPS的“交流电源”输入端可接至同一市电电源。
(1)正常工作时，由主机(UPS2)提供负载电源。
(2)当主机内部出现故障，如:DC电压过低、过热、逆变器输出电压超出允许范围、逆变器失效、逆变器严重超载等，或者主机由电池供电时，电池电量耗尽，此时UPS2的输出端静态开关会自动切换至旁路，由UPSl的输出提供负载所需电源。
(3)当异常状况消除后，静态开关会自动从旁路(UPSl)转人UPS2的逆变器输出端，此时由主机(UPS2)继续为负载提供电源。
(4)在上述(2)或(3)项情况发生时，静态开关的切换有严密的电路控制，保证不会在切换时有任何断电情况发生。
热备份机的结构可确保负载设备不会在市电停电时因主机故障而断电、负载设备不会产生数据丢失、设备损坏、系统崩溃等问题。
（二）控制器双机热备技术的使用
1.热备系统构成
一套完整的Quantum 热备系统需要以下设备：两块相同的至少四槽的背板；性能完全相同的两块CPU控制器；两块类型一致的RIO处理器；两块类型一致的电源模块；两块热备模板CHS 110；连接用的光纤电缆；网络连接的组件包括：分支器，RIO处理器与RIO网络连接使用的F接头，分支器MA-0186-100，MA-0185-100，终端电阻52-0422-000。热备系统安装顺序如下：
（1）安装本地站和远程站的电源模块，CPU，RIO处理器，hot standby 模块，TCP/IP模块到背板，需要注意的是热备系统两个底板上安装的模板种类和顺序必须一致。两个CPU设备地址与Ethernet模块的IP地址设定必须相同。hot standby模块的指定滑动开关一个设定为A,另外一个设定为B。
（2）连接网络，包括安装RIO网络和Ethernet网络，分别安装RIO处理器和远程站之间的分支器和F接头，连接RIO站间的同轴电缆，Ethernet交换机和网线；
（3）连接两个hot standby 模块之间的光纤。
2.热备切换方式
（1）将主控机钥匙开关从RUN切到OFFLINE,即可完成手动热备切换；
（2）也可以通过人机界面或编程器切换；
（3）在电源失效，CPU失效，I/O失效(电缆或模板)，NOM失效(只在启动时)将完成CPU的自动切换。
3.编程及concept组态
使用Concept软件来组态项目，在创建一个新的项目的时候，指定选项IEC Hot Standy选项。使用Concept软件提供的Hot Standby扩展属性组态界面指定Hot Standby如下属性：指定Hot Standby 命令寄存器参数；定义非传送区域地址范围，以减少CPU的扫描周期；定义CPU启动后的工作状态，相互热备的CPU哪一个处于ONLINE状态；定义处于热备的CPU在程序发生不匹配时所产生动作，是由热备转为自动离线还是由热备转换为运行；定义当相互热备的CPU工作状态相互切换时要交换设备地址的通讯口，包括MODBUS口1，2，3；使能或者禁止逻辑映象按钮忽略；定义执行逻辑升级时CPU所采取的处理方式，可以选择“不用停机”也可以选择“使用停机”方式；完成上述工作之后，分别将项目的配置下装到两个CPU中。在向CPU中下装组态时，需要先将两个CPU的备用电池取下10分钟以上，以确保下装前存储器中没有任何数据。
（三）组态软件的使用
高炉顶压对于维持高炉稳定的炉况有着重要的意义，在银前1080高炉自控系统中由调压阀组调解，执行器采用PID回路调节，阀位反馈值因偶然因素波动，会导致执行器有相应的开关动作，引起顶压波动，对炉况产生影响，为有效防治波动，对高炉重要模拟量信号进行延迟滤波比较法处理：
如图2：LG延迟滤波器；SUB减法指令；ABS绝对值指令；GE大于等于指令；HL最大偏差值；TIME延迟滤波时。正常情况输入信号IN-AI经过一阶延迟滤波后直接输出，OUT=IN-AI的值；当有突变信号时，输入信号IN-AI经过一阶延迟滤波后与含有突变信号的输入信号IN-AI相减取绝对值（无论出现正偏差还是负偏差），与HL值比较，若大于等于HL的预设值，OUT1=1，将LG延迟滤波器切换成跟踪状态，此时OUT就保持了输入信号IN-AI突变前的值。直到突变信号减弱，OUT1=0，OUT=IN-AI。这种方法对于干扰具有良好的抑制作用。平滑度高。可以根据实际情况对TIME即延迟滤波时间的大小进行设定调节程序的灵敏度，以满足快节奏生产的要求。
四、综述
本文讨论了基于施耐德昆腾系列PLC的高炉槽下自控系统的三方面优化方案，方案满足现场实际情况，希望通过上述方案的实施，使高炉上料自动控制系统的稳定性得到进一步的提高，同时能在其他系统得到发扬。
作者简介：
郭元亮，男，助理工程师，学士，目前从事炼铁行业自动化控制的研究、应用及现场仪表维护工作。
[关键词]PLC 高炉控制系统 优化 昆腾
中图分类号：TF3 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2008）1210121-01
一、概述
高炉生产工艺对控制系统的可靠性和容错性要求较高，而上料系统在整个冶炼工序中是核心，出现差错将导致高炉休风停产，影响到生产安全和经济运行。整个自控系统的稳定运行，取决于PLC、外围设备以及程序编制，下文将针对这三个方面的优化进行探讨。
二、现状调查
（一）PLC系统供电
电源故障会造成系统程序错误，数据丢失，模板损坏，给生产带来不必要的损失。引起这些故障原因为：电网电压不正常；用电环境干扰和传输系统故障；雷电干扰等。为解决电源故障的上述情况，槽下PLC系统中配备了UPS。正常情况下，市电提供PLC系统电源，若市电出现故障，UPS自行切换供电，但是在日常使用中，出现过断电切换时模板损坏的状况，耽误生产，同时带来了经济损失。
（二）设备层到控制层的冗余
从银前1080高炉上料系统的投产到现在，我们不停的对设备层，例如炉顶柱塞阀、上密阀、料流阀、下密阀、均压、放散、α、γ编码器，γ射线料位计等重要装置进行着技术改造，根据现状，重要设备的冗余已经基本满足生产要求。
在控制层方面，上料系统未实现Quantum双机热备系统，实现双机热备技术将对系统的数据吞吐、安全性和容错性有很大的提升，如何实现Quantum的双机热备，本文将在下文着重叙述。
（三）组态软件的编制
由于恶劣的电磁环境，我们经常遇到这样的情况：现场仪表完好，但PLC接受的信号发生偏移抖动等现象。这需要程序编制方面能利用延时滤波，计数器，限幅等方法对接受数据处理，有效减少由于干扰引起的信号不稳定的现象。
三、实施改进
（一）用UPS冗余供电系统供电可靠性
UPS在执行市电交流旁路供电与逆变器供电之间的切换操作时，常常会引起UPS故障。而使用冗余的UPS就能为系统提供可靠的供电，停电时，一部UPS故障，另一部仍可供电，维护时，仍保持UPS功能，两部UPS寿命皆延长。双机热备减少了停机的几率，将成为一个局部的可靠性、智能化的供电中心。
UPS的选购:鉴于已经存在的UPS,在另一台UPS的选型上，我们需要选购过载能力及容量相同的同型号产品.其技术应用如图2。
如图1示，将备机 (UPSl)的输出端接至主机(UPS2)的“旁路电源”输入端，而两台UPS的“交流电源”输入端可接至同一市电电源。
(1)正常工作时，由主机(UPS2)提供负载电源。
(2)当主机内部出现故障，如:DC电压过低、过热、逆变器输出电压超出允许范围、逆变器失效、逆变器严重超载等，或者主机由电池供电时，电池电量耗尽，此时UPS2的输出端静态开关会自动切换至旁路，由UPSl的输出提供负载所需电源。
(3)当异常状况消除后，静态开关会自动从旁路(UPSl)转人UPS2的逆变器输出端，此时由主机(UPS2)继续为负载提供电源。
(4)在上述(2)或(3)项情况发生时，静态开关的切换有严密的电路控制，保证不会在切换时有任何断电情况发生。
热备份机的结构可确保负载设备不会在市电停电时因主机故障而断电、负载设备不会产生数据丢失、设备损坏、系统崩溃等问题。
（二）控制器双机热备技术的使用
1.热备系统构成
一套完整的Quantum 热备系统需要以下设备：两块相同的至少四槽的背板；性能完全相同的两块CPU控制器；两块类型一致的RIO处理器；两块类型一致的电源模块；两块热备模板CHS 110；连接用的光纤电缆；网络连接的组件包括：分支器，RIO处理器与RIO网络连接使用的F接头，分支器MA-0186-100，MA-0185-100，终端电阻52-0422-000。热备系统安装顺序如下：
（1）安装本地站和远程站的电源模块，CPU，RIO处理器，hot standby 模块，TCP/IP模块到背板，需要注意的是热备系统两个底板上安装的模板种类和顺序必须一致。两个CPU设备地址与Ethernet模块的IP地址设定必须相同。hot standby模块的指定滑动开关一个设定为A,另外一个设定为B。
（2）连接网络，包括安装RIO网络和Ethernet网络，分别安装RIO处理器和远程站之间的分支器和F接头，连接RIO站间的同轴电缆，Ethernet交换机和网线；
（3）连接两个hot standby 模块之间的光纤。
2.热备切换方式
（1）将主控机钥匙开关从RUN切到OFFLINE,即可完成手动热备切换；
（2）也可以通过人机界面或编程器切换；
（3）在电源失效，CPU失效，I/O失效(电缆或模板)，NOM失效(只在启动时)将完成CPU的自动切换。
3.编程及concept组态
使用Concept软件来组态项目，在创建一个新的项目的时候，指定选项IEC Hot Standy选项。使用Concept软件提供的Hot Standby扩展属性组态界面指定Hot Standby如下属性：指定Hot Standby 命令寄存器参数；定义非传送区域地址范围，以减少CPU的扫描周期；定义CPU启动后的工作状态，相互热备的CPU哪一个处于ONLINE状态；定义处于热备的CPU在程序发生不匹配时所产生动作，是由热备转为自动离线还是由热备转换为运行；定义当相互热备的CPU工作状态相互切换时要交换设备地址的通讯口，包括MODBUS口1，2，3；使能或者禁止逻辑映象按钮忽略；定义执行逻辑升级时CPU所采取的处理方式，可以选择“不用停机”也可以选择“使用停机”方式；完成上述工作之后，分别将项目的配置下装到两个CPU中。在向CPU中下装组态时，需要先将两个CPU的备用电池取下10分钟以上，以确保下装前存储器中没有任何数据。
（三）组态软件的使用
高炉顶压对于维持高炉稳定的炉况有着重要的意义，在银前1080高炉自控系统中由调压阀组调解，执行器采用PID回路调节，阀位反馈值因偶然因素波动，会导致执行器有相应的开关动作，引起顶压波动，对炉况产生影响，为有效防治波动，对高炉重要模拟量信号进行延迟滤波比较法处理：
如图2：LG延迟滤波器；SUB减法指令；ABS绝对值指令；GE大于等于指令；HL最大偏差值；TIME延迟滤波时。正常情况输入信号IN-AI经过一阶延迟滤波后直接输出，OUT=IN-AI的值；当有突变信号时，输入信号IN-AI经过一阶延迟滤波后与含有突变信号的输入信号IN-AI相减取绝对值（无论出现正偏差还是负偏差），与HL值比较，若大于等于HL的预设值，OUT1=1，将LG延迟滤波器切换成跟踪状态，此时OUT就保持了输入信号IN-AI突变前的值。直到突变信号减弱，OUT1=0，OUT=IN-AI。这种方法对于干扰具有良好的抑制作用。平滑度高。可以根据实际情况对TIME即延迟滤波时间的大小进行设定调节程序的灵敏度，以满足快节奏生产的要求。
四、综述
本文讨论了基于施耐德昆腾系列PLC的高炉槽下自控系统的三方面优化方案，方案满足现场实际情况，希望通过上述方案的实施，使高炉上料自动控制系统的稳定性得到进一步的提高，同时能在其他系统得到发扬。
作者简介：
郭元亮，男，助理工程师，学士，目前从事炼铁行业自动化控制的研究、应用及现场仪表维护工作。