榆钢公司炼铁高炉自动控制系统冗余改造研究

摘要

高可靠性一直是工业控制系统设计者追求的目标。提高系统可靠性的方法包括避错法与容错法两种，意图构造出一个不含故障的完美系统;容错法则是在承认故障一定会发生的前提下，利用系统的冗余资源来屏蔽发生故障的部件。容错总是以冗余为基础的，双机容错控制系统就是一个系统级的动态硬件冗余的实例。该系统是一个双机热备、比较切换系统，使用两套完全相同的控制系统完成控制任务。
　　该文从硬件结构和软件设计两方面进行了详细讨论，并在建立双机系统可靠性模型的基础上进行了系统的可靠性分析。实践和分析的结果都表明，该系统具有比单机更高的可靠性。本文主要针对榆钢炼铁高炉计算机自动控制系统存在的问题，对存在的控制问题进行了分析研究，就问题提出了相应的解决方案和技术改造，通过对自动控制系统进行改造，实现了炼铁高炉自动控制系统的稳定运行，减少了PLC控制系统在生产运行中对生产的影响，杜绝了较大设备事故的发生。
　　酒钢集团榆钢公司炼铁工序共有两座炼铁高炉，高炉的原控制方式为单网单CPU控制方式，针对大型控制系统来说，单网单CPU控制方式不能很好的满足现场的实际需求，经过计算机自动控制系统的不断发展以及在生产运行中，根据生产工艺的要求，需要增加新的电气设备，并进行控制。目前CPU容量、网络系统和控制方式已经不能满足生产工艺控制要求，需对自动控制系统进行技术改造，在每座高炉上增加双网双电源双CPU控制，对PLC程序及配置重新进行设计调整，并对程序进行优化，对控制程序点数进行合并，减少CPU的运算负荷，对供电系统进行改造，通过上述一系列主功能控制模块的增设和控制程序的优化调整，改造成双网双CPU控制系统，确保系统和网络安全稳定运行。改造后的网络结构为双机双缆连接RIO方式，即两个CPU和其他功能模块，通过两条网络通讯电缆与远程IO连接，包括以太网通讯也是双交换机双网线的方式与下位控制系统通讯。实践证明，该控制系统技术改造后在现场应用中取得了良好的效果。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 自动控制系统的简介及发展

1．2 课题研究的现状

1．3 问题分析及控制方案的提出

1．4 自动控制系统冗余改造介绍

2 自动控制设计的原则及执行标准

2．1 满足要求

2．2 安全可靠

2．3 经济实用

2．4 适应发展

2．7 改造后控制系统可靠性分析

3 自动控制系统硬件介绍及技术参数

3．1 控制器概述

3．2 模板介绍

3．2．2 电源模块(CPS)

3．2．3 I／O模块(D××，A××)

3．2．4 网络接口模块

3．2．5 底板(XBP)

3．3．1 CPU技术参数

3．3．2 电源模块技术参数

3．3．3 底板技术参数

3．3．4 网络接口模块技术参数

3．3．5 以太网模块技术参数

3．3．6 热备模块技术参数

3．4．2 PLC硬件配置

3．4．3 功能

3．4．4 库

4 系统改造前描述及存在问题分析

4．1 系统改造前后网络拓扑结构

4．2 改造前控制系统存在问题分析

4．3 榆钢炼铁高炉控制系统改造前程序配置及模块点号分配表

4．3．1 编程软件主程序配置

4．3．2 冗余模块配置

4．3．3 主机架配置

4．3．4 远程机架模块配置及点号分配

4．4 改造前原程序编程

5 控制系统冗余改造设计

5．1 改造设备选型及型号

5．2 改造后编程软件程序配置及模块点号分配

5．2．1 编程软件主配置

5．2．2 冗余模块配置

5．2．3 主机架站配置

5．2．4 远程站配置

5．3 改造后程序编程

6 控制系统配置程序初装与该系统上位画面和通讯

6．2 初始化通讯协议

6．4 初始化数据传输方式

6．5 上位监控画面及通讯

结论

致谢

参考文献