霍尼韦尔Master,Logic,200,冗余型PLC在破碎自动化系统中的应用
摘 要：在市场上诸多冗余型PLC系统中，霍尼韦尔Master Logic 200冗余型PLC系统具有安全稳定、抗干扰性及灵活性好、成本适中等特点。本文介绍了此款PLC系统的工作原理、系统构成，并介绍了在破碎自动化系统中的应用等。
关键词：霍尼韦尔;冗余型PLC;破碎自动化
1 引言
可编程控制器（Programmable Logic Controller）简称为PLC，它的应用面广、功能强大、使用方便，已经成为当代工业自动化的主要支柱之一，在工业生产的所有领域得到了广泛的应用[1]，矿山自动化也不例外。破碎自动化系统作为矿山自动化系统的一部分，又因为其环境恶劣、控制点较多、联锁保护要求高等特点，对PLC的可靠性提出了更高的要求，仍然需要通过其他技术（如冗余技术）以提高系统可靠性[2]。近年来冗余型PLC系统逐渐在破碎自动化系统中得到广泛应用。本文主要介绍霍尼韦尔Master Logic 200冗余型PLC系统。
2 霍尼韦尔Master Logic 200冗余型PLC系统工作原理
冗余型PLC系统分为软件冗余和硬件冗余。软件冗余通过程序实现数据同步和切换，所需硬件须为特定硬件，且不能实现I/O冗余;硬件冗余一般为采用同时运行两套相同配置的硬件实现数据同步和切换，并可实现I/O冗余。
在霍尼韦尔Master Logic 200冗余型PLC系统中，CPUH系列可较好的实现冗余功能，保证系统的可靠性。此冗余系统为完全冗余系统，即冗余CPU、冗余电源和冗余I/O电缆（双路环状拓扑）。使用时配置两套CPU处理器模块，并设置主从，主从CPU之间设置同步光纤，正常状态下由主CPU处理程序，从CPU实时监测主CPU的运行状态并通过同步光纤交换数据进行数据同步，一旦主CPU出现故障状态，从CPU可立即接替主CPU继续执行程序，在两个CPU进行切换期间，PLC系统不停机，主从CPU切换时间不超过22ms[3]。
3 霍尼韦尔Master Logic 200冗余型PLC系统构成
3.1 硬件组态
本PLC冗余系统的硬件组态由电源模块（PS）、中央处理器（CPU）、接口模块（IM）、通讯模块（CP）、背板插槽（BS）、数字量输入模块（DI）、数字量输出模块（DO）、模拟量输入模块（AI）、模拟量输出模块（AO）等组成。其中背板插槽为有源背板插槽，可根据不同情况选用不同接口数量的背板插槽模块;电源模块主要为其他模块供电，并具有短路保护功能;中央处理器为程序的运行区域，为PLC系统的核心部件;接口模块主要功能是连接CPU和相应I/O模块，具备地址拨码功能;通讯模块分为以太网通讯模块、Profibus-DP接口模块等，主要功能是连接外部设备，与外部设备进行通讯;I/O模块（DI、DO、AI、AO）采集被控点的各种参数，通过CPU运算后再输出控制信号，驱动执行机构完成对被控点的控制。
3.2 软件系统
霍尼韦尔Master Logic 200冗余型PLC系统采用Soft Master编程软件，具有强大功能，能完成对系统的配置、读取模块信息、程序编写、程序模拟运行、强制I/O点、I/O点在线监视等功能。
上位机使用“服务器+操作员站”的框架结构并采用Experion HS R400系列上位机软件，Experion HS是一款基于经过验证的Experion® PKS平台技术构建而成的中小规模过程控制系统，是集成了混合控制、逻辑控制和安全控制（Safety Manager）等多种类型控制器的一套整体解决方案。
3.3 第三方通讯
与第三方设计通讯的方式主要有三种：以太网通讯、Profibus-DP通讯、OPC通讯。其中，进行Profibus-DP通讯时需要使用SyCon软件对Profibus-DP模块进行配置，然后通过Soft Master编程软件进行控制点的读取。图1为霍尼韦尔Master Logic 200冗余型PLC系统组态示意图。
4 在破碎自动化系统中的应用
某选厂为铁选厂，破碎工艺流程矿石采用皮带进行输送，工艺流程如图2所示，矿方要求选用可靠性高、投资和运营成本适中的控制系统且能满足集中监测、分散控制的要求。
现要求实现的功能主要有以下几个部分：
（1）皮带的联锁启停车;
（2）故障保护停车，出现紧急情况能迅速停车并能将相应皮带联锁停车，避免出现堆料情况;
（3）布料小车自动布料;
（4）现场设备状态、矿仓料位等信号能在上位机实时显示;
（5）信号归档，历史趋势显示;
（6）现场除尘系统为子系统，能通讯将信号在上位机上实时显示。
经分析可以发现，现场工艺流程较短、功能适中，并未有很高的功能性要求，加之矿方要求集中监测、分散控制，所以可以选用PLC系统，且因为所选系统的高可靠性要求，所以应选用冗余型PLC系统，参考其他如投资和运营成本适中等条件，现选用霍尼韦尔Master Logic 200冗余型PLC系统。
根据现场功能性要求，可以采用“CPU+子站”形式的双路环状拓扑结构，在控制室旁设置CPU主站柜，在现场根据控制点设置不同的子站，子站与CPU主站柜间用光纤进行跳接。在控制室使用“服务器+操作员站”的架构方式，服务器作为工程师站可以进行上位机画面的绘制、程序的编写、操作权限的授权等功能，操作员站对服务器进行访问，可根据服务器授权的不同约束本台操作员站的操作等。系统组态示意图如图1所示。
通过Soft Master编程软件可对现场进行信号采集，通过编程输出控制信号来控制现场设备，可实现矿方要求的联锁启停车、故障停车和布料小车自动布料功能。
信号采集后，Soft Master编程软件将现场设备状态、矿仓料位等信号输出到Experion HS R400系列上位机软件中，在Experion HS R400系列上位机软件中进行画面绘制可以将信号在画面上实时显示。在Experion HS R400中也可以实现信号归档和历史趋势显示等功能。
对于与除尘系统通讯的功能，可使用SyCon软件对Profibus-DP模块进行参数配置，设置模块的主从特性，配置完成后使用编程软件分配好采样区域，然后对除尘子系统进行数据的读写。
以上霍尼韦尔Master Logic 200冗余型PLC系统已经在某选厂投入生产，实际运行中系统稳定、可维护性好，达到了集中监测、分散控制和连续长时间运行的高可靠性要求，为矿方创造了较好的经济效益。
参考文献：
[1]廖常初.S7-300/400 PLC 应用技术[M].机械工业出版社，2007.
[2]刘冲，付江梅.双重冗余PLC控制系统的可靠性与可用性研究[J].自动化仪表，2010（09）：44-46，53.
[3]霍尼韦尔Experion Masterlogic-200系列PLC技术规格书[S].
作者简介：苏方臣（1987—），男，本科，烟台金建冶金科技有限公司，毕业于青岛理工大学，项目经理。