本文介绍了PLC软冗余在电气保护中的应用，系统提高了控制的可靠性，给发电机组的安全、经济运行提供保障，同时实现减员增效的目的。
1 引言
此系统的作用是当机组在启停和运行过程中发生危机设备和人身安全的故障是，自动采用保护和联锁，防止事故的产生和避免事故扩大，从而保证机组的正常启停和安全运行。通过对设备工作状态和机组运行参数的严密监视，发生异常十，即使发出警报信号，必要时自动启动或者切除某些设备或者系统，使机组维持原负荷运行或减负荷运行。
一般旧的系统使用中只有手动操作方式，难以实现远程监控，给操作人员带来一定的麻烦与危险，也造成出现报警或危险等情况不能及时处理的现象。升压站多为人工抄表，事故报警信号不能远传必须有人值守，而且发生报警后，由于数据信号较多，很难及时、准确的判断出事故的原因，影响事故的处理速度。当发生重大事故而危及机组设备时不能停止机组（或一部分）运行，使事故进一步扩大，造成严重后果，所以急需使用PLC对升压站进行改造。
而由于系统的饿要求的高可靠性，必须使用冗余系统，而使用西门子S7-400的硬冗余回较大的提高成本。本系统选用西门子S7-300使用软冗余来达到目的，同时降。
2 控制系统构成
软冗余系统由A和B两套PLC控制系统组成。开始时，A系统为主，B系统为备用，当主系统A中的任何一个组件出错，控制任务会自动切换到备用系统B当中执行，这时，B系统为主，A系统为备用，这种切换过程是包括电源、CPU、通讯电缆和IM153接口模块的整体切换。系统运行过程中，即使没有任何组件出错，操作人员也可以通过设定控制字，实现手动的主备系统切换，这种手动切换过程，对于控制系统的软硬件调整，更换，扩容非常有用，即Altering Gon-figuration and Application Programin RUN Mode。
根据保护系统所需的输入输出点数、节点容量、系统功能要求，使用两个西门子CPU315-2DP做软冗余CPU，使用CP5611连接上位机与PLC，上位机使用WINCC做HMI人机界面。
两快CPU之间需要使用CP342-5进行实时的数据交换，通过ET200M扩展从站。特别应当注意的是软冗余系统应当使用有源总线模板的导轨及有源总线模板。
网络结构中也包括了4条链路：
用于上位机编程和监控的MPI链路；
A站和与ET200从站master LinePROFIBUS链路；
B站与ET200从站Reserve LinePROFIBUS链路；
A站与B站之间进行数据同步的Synchronization Line PROFIBUS链路。
3 软冗余程序的编写
软冗余程序需要西门子提供的软冗余软件包及STEP7。在A站的BLock中插入OB1（主循环程序块）、OB35（定时中断组织块）、OB100（暖启动调用程序块）、OB80（在主系统与备用系统切换时间**时时，调用该块）、OB82（DP-Slave ET200站上的IM153-2模块出错报警，调用该功能块）、OB83（DP从站的接口模块与主站链接断开或链接重新建立时调用该块）、OB85（程序运行出错或DP从站链接失败调用该块）、OB86（主从站通讯出错调用该块）、OB87（通讯失败调用该块）、OB122（外围设备访问出错调用该块）、OB121等组织块，并对其中的OB100、OB35、OB86进行编程。
首先，用户需要在初始化程序中（OB100）定义冗余部分的数据区，该数据区可以包括：一个过程映象区（procese image area），一个定时器区（IEC timer area），一个计数器区（IEC counter area），位地址区（memory ad-dress area），和一个数据块区（datablock area），S7-300同步的较大数据量为8KBytes。
使用的是OB35的默认属性，即每100ms中断触发一次，可以根据实际的需要在CPU属性中修改中断的时间间隔。在OB35里调用FB101S‘WR_ZYK’功能块,FB101块中封装了冗余功能的程序段,实现冗余功能.调用FB101时,你可以在线的读出RETURN_VAL参数的数值,如果为0,说明冗余链接正常.如果为8015说明数据同步的链接不成功,原因是CP342-5之间的FDL链接建立的不正确或物理链接不通,或是FC100的VERB_ID参数与NETPRO中的链接ID号不一致.当执行‘SWR_START’程序块时,系统分配这些数据区,不能使用S7的定时器和计数器.
OB35中的程序段也可以在OBI中实现,知识比使用中断的方式,而使用助循环的方式.除去冗余段外的程序大致如下: CALL FB M101,DB5
DB_WORK_NO:=DB1
CALL_POSITON:=TRUE
RETURN_VAL:=MW6
EXT_INFO:=MW8
上段程序中调用了HB101,使用了数据块OB5.
UDB5.DBX9.1
SPB MNEXT
上段程序可以在DB5中得到控制字(OBW10)和状态字DBW8的信息.分析状态字中的信息,如果当前站为备用系统,则跳过冗余程序段.
在SPB MNEXT 与跳至的MNEXT程序块之间加入实际需要的逻辑块,此处的逻辑块就属于冗余程序段.
4 系统的功能
结构简单可靠、组件式插接，便于安装维护。
双电源供电，双CPU冗余，确保稳定工作。
上位机监控，具有报表打印、报警查询、状态监视、保护连锁实验记录等多种功能。
5 结束语
系统结构合理、易扩展、可靠性高、能对所有输入输出点进行状态记录，实现保护连锁、动作记录数据管理、状态监视、系统组态等功能。对于提高机组自动化水平，减轻运行人员负担，增加机组的可靠性具有重大意义。
电梯生产厂家的监控系统都是自主开发的,只能用于本厂产品,并且价格昂贵"另外,随着电梯技术的不断推陈出新,其拖动和控制技术的淘汰速度也加快、许多旧型号电梯面临技术改造,常见的改造方式是用变频调速取代调压调速和变较调速,用改造继电器控制系统"这些因素为使用作电梯监控系统的控制部件提供了更大的空间、基于的监控系统尤其适合以改造的电梯。
1 电梯监控系统
电梯监控系统要求既能监控电梯状态又能完成日常管理。从模块功能上可分为:故障时电梯状态;每个工作周期的数据汇总;日常管理信息。电梯在运行时有大量信息需要监测,粗略分类有:开门限位开关、关门限位开关、安全触板、光幕保护、厅门锁回路、轿门锁回路;安全回路、紧急停车回路、极限开关、限位开关状态;驱动信息、呼梯信息位置信息、抱闸状态;运行时间、次数、年检时间、维修历史等。
对电梯的监控,可以使故障一览无余。众所周知,门系统是电梯故障多发部件,电梯发生故障停车前总会有一些小故障频繁发生,但这些小故障常常被忽视,因为它们不会造成电梯停运。以厅门锁和门间隙调整不当为例,载荷不均匀情况下运行,会发生门与开门轮碰撞的可能,导致电梯急停车,但因为电梯的自校正功能,电梯会在几分钟内自动恢复正常"这类故障随机性很强,所以经常不被注意,特别是自动运行的电梯,但随着小故障的积累终究会酿成大故障甚至事故监控系统则不会漏掉这些故障,甚至能定位发生故障的层楼从而节省维修查找故障点的时间"在出现故障时,各类信息的收集将有助于故障的判断和事故的预防"只要进行有针对性的设置,所有需要的信息都可以到。
对于管理人员需要的统计内容,监控系统能分门别类的汇总出不同的数据。诸如判别电梯的运行状态,主要通过故障率来判断,而故障率常用一段运行周期内出现故障的次数来计算,不同建筑内和不同用途电梯的运行次数和运行时间差异很大,很难用这种故障率作为衡量电梯运行状态的依据而用运行时间或运行次数内出现故障的多少来衡量,则能完成对运行状态的判别"监控系统可准确地统计到电梯的工作时间、运行次数等工作数据,解决这一问题就容易的多了。日常管理信息包括年检时间、维修费用、配件使用等"上述信息在基于为控制单元的系统中非常容易收集和传输,它们有的是的/开关量,有的是控制程序用于计算和比较的内部变量。只要加装简单的特定模块,既可利用的网络功能完成现场数据的采集和传输工作。
2 PLC联网功能的介绍
具有很强的联网功能"以1系列为例,它可以通过适配卡和智能模块组成多重网络结构,提供RS232/RS422等接口形式。组成多层次的网络,较多联网台数可达100台之多"利用双绞线、同轴电缆、光纤电缆等传输媒质,以计算机适配卡、模块或模块与上位机联接和交换信息"同时又可以用模块在层次上进行组网,具有灵活的组网方式,为组成多台电梯监控系统提供了技术基础。
3 基于PLC的监控系统
基于的电梯监控系统有2种形式:针对生产厂家设计的控制系统;针对用改造的电梯"**种形式的控制系统多采用板结构,板上设有许多七段数码管，或组成的矩阵显示系统信息,为了不影响原控制系统的安全性能,需要把板上显示信息用光电元件转换成可用传递的变量,再根据信息所代表的内容对变量赋值,利用*二种形式进行监控"对于*二种,直接选用有网络功能的作为系统的控制单元,例如OMRON公司的C200H等系列产品,即利用作为控制元件,又利用其网络功能为监控系统传输数据"而现今对后者的开发利用非常少,资源浪费很大。基于的监控系统构造如下:
(1)根据电梯数量和位置以及业主具有的条件选择合适的网络形式,然后进行组网。
(2)需要时编制必要的程序(有的网络形式下不需编程),把监控和被收集的数据存放于的*区域上位机和其他访问。
(3)对故障进行实时监控,由电梯故障作为中断源,当门锁回路意外断开、门时间**时!各类限位开关异常、各类保护开关异常、安全、急停回路断开、驱动状态异常、位置信息错误!抱闸异常等故障发生时,由故障电梯的发出中断请求,上位机响应后,收集故障信息,由上位机的监控系统做出相应的故障,然后按预先设定的程序自动派人维修。
(4)对于像运行时间和次数等通用工作信息,定时在固定时间(网络闲时)向上位机传输。
(5)在上位计算机上,编制主控程序,同时用组态软件模拟电梯运行状态,醒目地显示故障类型和故障点"制作数据库完成对工作信息、故障等作统计、分析、制作报表、打印等工作。
1 引 言
矿山行业，采矿区往往距离矿石加工或堆放地很远，通常利用胶带传输机将矿石从采矿区送往加工或堆放地。老式的胶带传输方式，采用继电控制，人工操作，操作人员劳动强度大，运行效率低，且易引起操作失误，造成设备损坏，甚至人员伤亡。另外，远距离传输机胶带负荷较大，传输机使用的电动机功率也因此较大，特别是重载情况下起动过程对电网冲击很大，电压跌落严重，对机械设备和胶带的寿命也有很大损害。同时，由于胶带为弹性体，起停过程张力的变化将使胶带沿着纵向产生伸缩变化，并且沿着胶带传播，造成系统工作不稳定。
本文介绍的这种新型矿山胶带传送系统使用PLC控制器集中监控胶带各种工作状态，提高了系统运行效率，避免了操作失误引起的故障。由于系统采用了一种新型的起动装置—软起动控制器，有效地解决了起动冲击问题。
2 运行工况
完整的传输系统由8条传送胶带组成，设计传输能力为每小时1000t，其中，1#、8#胶带为平胶带，长度在100m以内，负载较轻；2#和3#胶带长达1km以上，负载较重，2#胶带略有下放势能，3#胶带有大的下倾角度(30°)，因此有较大的下放势能；4#和6#胶带略有下坡，5#、7#胶带为平胶带，长度在100～600m之间。根据各胶带运行工况，配备一台285kW电机拖动2#胶带，两台185kW电机拖动3#胶带，其余各胶带均由90kW电机拖动。
3 系统结构
根据系统运行工况，系统构成框图如图1所示。
物料流向如图中头所示，开车时应按照物料流向的反方向顺序起动各条胶带，停车应按照物料流向顺序停止各条胶带。按照错误的顺序操作，将造成压仓等严重事故，必须设置联锁：胶带运行过程中，有时会发生跑偏，纵撕，打滑等情况，必须予以保护，这些工作都由PLC来完成。另外，3#胶带较长，相应载料量也较大，而且有大的下倾角度，因此，必须有可靠的刹车装置，系统为此配备了一套KJZ型动力制动装置和一套电磁抱阐装置。还有，为保证在故障或停电情况下可靠停车，避免“飞车”等严重事故，系统配备了后备电池，提供后备制动电流，PLC控制电路配备了UPS作为后备控制电源。
4 各部分主要功能
如图1所示，整个系统中，3#胶带机和2#胶带机工况较为恶劣，控制部分也较为复杂，其余各胶带机控制部分与之相似，工况相对要好，因此，下面以3#胶带机控制部分为例详述系统各部分控制功能。4.1 起动控制部分
因胶带机为柔性系统，具有明显的动力学特征和动态响应过程，起动及停车过程将产生胶带张力的变化，并沿着胶带传播，形成张力波，且3#胶带长度较大，负载较重，总体呈大惯性负载，因此，不可控的起动和停车过程，将产生很大的加速度及冲击，直至造成机械设备损坏和胶带机寿命降低。而本系统使用的软起动装置可提供可控的起动加程。此装置使用单片机作为控制内核，程序中预置“S”型起动曲线，通过光编码器测速，电流互感器测电流，送入单片机，通过PID调节程序进行调节，实现电流、速度双闭环控制。控制胶带机按照“S”型曲线起动。如图2所示，胶带机起动过程实际上是一变加程，在胶带机起动时刻和起动完成时刻，胶带机的加速度都为0，而中间段，胶带机以预先设置的加速度不断加速，加速度可控制在0.08m/s2以下，因此，可有效地抑制张力波及其有害传递。
4.2 动力制动部分
由于3#胶带负载较重，而且有大的下倾角，为保系统可靠停车和满足停车曲线，系统不仅配备一套慢动机械抱阐装置，还配备一套动力制动装置。该装置应用可控整流原理，向电机施加可控的直流电流来提供可控的制动力矩。由程序控制使胶带以反“S”曲线停止，从而胶带机的张力波影响。
4.3 故障制动部分
系统发生故障时，触发可控硅全导通，提供较大制动电流。
为了停电时保系统可靠停车，另外备有后备电池，当系统发生突然停电时，皮带必须立即停车，此时直流制动电流由后备电池提供。蓄电池屏的主要参数为电压等级及安时数。由于能耗制动的直流电源电压采用48V直流电源，故蓄电池屏的电压也采用48V，容量选用100Ah，考虑故障制动时间为10～20s，放电电流控制在300A，则蓄电池的放电时间可持续：100Ah=300A×t，t=1/3h=20min。蓄电池的放电能力能够充分保证。
故障制动部分由蓄电池组及充电控制等部分组成，内含有镉镍蓄电池组、充电装置、浮充电装置、控制开关、转换开关、切换开关等元器件。考虑到系统工作的可靠性，两台电机配备一套故障制动装置。蓄电池配备直流浮充电装置，浮充电装置包含有充电及浮充电两种充电方式。在蓄电池发生一次停电制动后，应首先将蓄电池组充电至额定电压等级，此时方可使系统重新运行。正常情况下，装置处于浮充电状态，制动电流仅由动力制动装置提供。
4.4 PLC控制部分
4.4.1 PLC配置
系统选用OMPON公司生产的C200H系列PLC，其点数密度高，结构紧凑，具有SYSMAC NET和SYSMAC bbbb功能，构建网络方便。
鉴于系统采样点数和输出点数众多，约有38个输入点和33个输出点，PLC配置一个CPU机架，一个电源模块，5个输入模块，3个输出模块，如图3所示。4.4.2 PLC软件设计
PLC控制系统是3#站的控制核心，OMRON PLC使用运行于DOS环境下的梯形图编程软件SSS，完成梯形图编程和调试，并且可在现场方便的“在线”调试和修改。
1) 根据系统运行工况和相应系统结构，设计PLC程序完成以下功能。
正常开车停车：系统发出开车信号时，逆料流方向顺序起动各条皮带，这样可保证不发生压
仓情况。停车时，则顺料流方向逐步卸完每条皮带上的物料后停车，这样可保证在正常工
作状态下，皮带不带料起动。皮带
起动时，首先释放电磁抱阐机构，起动过程中，软起动器按设定的起动方式平滑起动，当电机进入亚同步范围内时，立即投入旁路接触器，此时由于皮带的下放运行，电机速度逐渐增加并**过同步转速，进入**同步发电状态，此时，电机产生回馈制动转矩，当回馈制动转矩与皮带下放势能转矩平衡后，系统进入平稳运行状态，交流电机向电网回馈能量。当系统收到停车命令后，根据胶带长度及速度，系统作适当延时，当皮带上的物料全部卸完后，系统进入电动运行状态，软起动器按停车曲线平缓停车。故障停车：当系统发生故障，如主机过流、过载、缺相故障或胶带机发生距偏、纵撕、打滑、**速、拉绳等紧急停车时，软起动器立即从系统中切除，同时在交流电磁过程结束后，投入能耗制动停车，当控制系统到电机速度小于30%的额定速度时，电磁抱阐制动投入，胶带停止运行。
运行方式：系统可以选择“本机”/“”/“现场”等各种控制方式。
起动/制动装置的投切，后备电池的管理都由PLC完成。
2) 依据应完成功能，设计的PLC程序包括以下各程序段。
现场采样段：该段程序采样现场各状态量，包括急停，电源上电，拉绳开关，**速接点，打滑接点，纵撕接点，闸机过载开关，控制方式，上下级胶带连锁等信号，并且使相应的状态位置位，驱动相应灯光指示。
控制命令采样段：系统具有3种控制方式，/柜控/现场。柜控方式下，采样控制柜上按钮命令。现场控制方式下，采样现场操作箱按钮命令。在方式下，采用上位计算机命令，该命令可以是接点形式，也可以通过串行通信接受上位计算机命令。
命令执行段：检查各状态位，如故障状态置位，则禁止起动，转入故障处理程序。接到起动信号后，如果连锁信号位未置位，则为错误的起动操作，也视为故障，转入故障处理程序。如果故障，PLC输出驱动闸电机松阐，同时，驱动电铃10s警示，等待松到位后，灯光指示，并驱动软起动器起动，起动结束，运行灯指示，给下级胶带发出连锁信号，同时，再响铃10s。正常停车时，收到停车信号时后，程序延时一段时间，当胶带上的物料卸完后，驱动软起动器停止，并投入软制动器(3#胶带)，当速度降到30%的额定转速时，驱动阐机抱阐。
故障处理段：当故障状态位置位时，PLC驱动相应的状态指示灯，并立即给软起动器发出停车指令，同时，驱动阐电机抱阐，软制动器(3#胶带)施加较大制动电流，并声光报警。程序设有故障存储区，可保存较近10次故障状态，可供维修人员方便的检查和排除故障。当故障发生时，故障状态以堆栈操作的方式压入故障存储区，同时，删去较早一次故障状态。故障产生后，程序予以保持，此时，各项操作均失效，必须复位后，方可另行操作。除了外部故障以外，程序还设置了内部故障保护，如正常运行期间，下级胶带突然停止，也视为故障，执行故障处理程序。程序预先设定起动时间，实际起动时间**过设定值，也视为故障，执行故障处理程序。如电源突然中断，也视为故障，执行故障处理程序，并且投入后备电池制动。PLC程序流程图如图4所示。
5 应用效果
本系统应用在国家重点水泥骨干企业—耀县水泥厂皮带廊改造项目中，该条传送线长达4km以上，负责全厂用料从矿山到联合储库的输送任务。
本系统应用以来，实践证明，效果理想，起动时压降由原先的130V减少到30V，较大的减轻了操作人员的劳动强度，避免了操作失误引起的故障，可靠性明显提高，运行效率明显提高，运行成本明显下降。
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