摘要：本文章主要介紹西門子S7-300 PLC軟冗余系統在高爐噴煤制粉中的應用，通過人機界面和PLC實現電氣設備的啟停、自動控制和儀表參數監控等。
關鍵詞：可編程控制器(PLC) 軟冗余 過程監控 組態軟件
一、項目概述
天津天鐵冶金集團公司熱力廠煤粉車間擔負著為高爐制噴煤粉的重要任務，直接關系到高爐生產的穩定、節能降耗和提高經濟效益。隨著生鐵產量的不斷提高及高爐噴吹煤粉能力的大幅度增長，為滿足高爐緊張的噴粉量的需求，需要將制粉和噴煤進行自動化改造，提升設備自動化操作水平，提高效率，保障設備長周期安全生產。在高爐噴煤制粉工藝中應用計算機系統控制實現濃向送粉，安全可靠性高，經濟效益顯著，已是各企業改造的必由之路。
計算機PLC監控系統的作用是通過對制粉和噴煤系統中各種設備、介質在運行過程中的狀態參數的實時監測，為操作人員提供直觀形象的動態數據畫面，并能夠實現對主要設備遠程自動控制，大大減少工人的勞動強度，提高企業的自動化水平。
二.系統組成
針對本項目對控制系統要求比較高，同時也為了節約成本，我們采用了西門子S7－300系列的PLC,設計軟件冗余系統，保證系統的安全可靠性。CPU與I/O站ET200M之間采用PROFIBUS現場總線通訊，I/O模塊支持帶電插拔，兩CPU之間采用MPI連接方式來保持數據同步，有故障時實現冗余切換，PLC與上位機之間采用工業以太網通訊。
上位機監控系統設一臺工程師站和兩臺操作員站，選用原裝研華工業控制計算機，每臺機器上裝有網絡通訊卡CP1613，它們各通過工業以太網與PLC通訊處理器CP443-1通訊口連接，實現了數據交換。上位監控軟件采用西門子公司的WINCC6.0組態軟件，它運行于個人計算機環境，可以與多種自動化設備及控制軟件集成，用戶在其友好的界面下進行組態、編程和數據管理，可形成所需的操作畫面、監控畫面、控制畫面、報警畫面、實時趨勢曲線、歷史趨勢曲線和打印報表等。
三、控制系統功能
3.1 軟冗余功能
軟冗余系統由A和B兩套PLC控制系統組成。開始時，A系統為主，B系統為備用，當主系統A中的任何一個組件出錯，控制任務會自動切換到備用系統B當中執行，這時，B系統為主，A系統為備用，這種切換過程是包括電源、CPU、通訊電纜和IM153接口模塊的整體切換。系統運行過程中，即使沒有任何組件出錯，操作人員也可以通過設定控制字，實現手動的主備系統切換，這種手動切換過程，對于控制系統的軟硬件調整，更換，擴容非常有用。
系統工作原理
在軟冗余系統進行工作時，A、B控制系統（處理器，通訊、I/O）獨立運行，由主系統的PLC掌握對ET200從站中的I/O控制權。A、B系統中的PLC程序由非冗余（non-duplicated）用戶程序段和冗余（redundant backup）用戶程序段組成，主系統PLC執行全部的用戶程序，備用系統PLC只執行非冗余用戶程序段，而跳過冗余用戶程序段。軟冗余系統中PLC內部的運行過程如下：
冗余功能切換我們也成功的進行了測試，完全能滿足要求。
3.2 制粉控制
實施改造后，制粉實現全面自動調節、自/手動切換及自動檢測，并能長期、可靠、穩定、安全運行。自動系統包括以下內容：
熱風爐：實現熱風爐送風、煤氣、熱風的操作及燃燒自動控制，達到最佳經濟燃燒；
制粉輸煤：實現輸煤皮帶系統的電氣自動化控制監控，給煤量采集與監控；
制粉：實現磨煤機、排風機及其工藝系統的儀表、電氣監控與聯鎖；
磨機：實現磨機出入口溫度、前負壓和負荷控制；
布袋除塵系統：實現布袋壓力、差壓、溫度的監控，反吹風機、除塵電磁閥的監控及反吹風機、除塵電磁閥的手動和自動控制。
3.3 輸粉控制
3.3.1自動送粉
當任一高爐需要輸送煤粉時，計算機控制系統根據高爐所對應的輸粉管線而進行輸送煤粉。輸粉的整個順序是按照工藝要求而進行的，具體的送粉操作程序如下：
輸粉過程的各個泵切換根據各個泵的設定（檢修、運行）和各個泵的裝粉重量而進行。
3.3.2自動裝粉
當計算機機控制系統檢測到某一個倉式泵在運行狀態而沒有煤粉時，煤分倉自動對該倉式泵進行裝粉。裝粉順序過程是按工藝要求而進行的。具體的裝粉操作程序如下：
倉式泵的稱重信號和倉式泵的狀態設定（檢修、運行）決定倉式泵是否裝粉。自動裝粉既有噸位限制，又有時間限制（在規定時間內達到規定噸位可以送粉，在規定時間內達不到規定噸位可以送粉）。
3.3.3手動輸粉
當遇有特殊情況時，為不影響給高爐正常輸粉，操作人員可以在特定的手動畫面進行操作。操作順序按工藝要求進行操作。
四、 結束語
該SIEMENS S7-300軟冗余系統已在生產中得到實際使用，自投產以來一直運行穩定,為企業帶來了可觀的經濟效益，用戶很滿意。在該項目中PLC系統的應用得到了充分的展示，這種冗余配置解決方案為廣泛的推廣到其它行業應用提供了一定的參考價值。
