压铸机的PLC冗余控制

赵树忠 李宝慧

摘 要：本文采用PLC的冗余方式来控制压铸工艺流程，设计了PLC的冗余硬件和冗余软件，通过PLC编程实现控制权的决定和传输，并控制两个CPU互相监视对方工作状态，并且保持通信正常，出现故障时及时掌握主控权以保证压铸机继续工作，不仅降低突发故障及故障程度，而且经济实用。

关键词：PLC；冗余控制；压铸；工作状态

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.24.126

1 引言

压铸占据着国民经济发展过程当中的紧要地位[1]。当设备出现故障，可能会导致整个流程出现故障，产生巨大的经济损失，甚至人身安全[2-3]，因此实现对其工作的控制很重要。PLC由于可靠性高、抗干扰能力强而广泛地应用于工业控制领域[4]。采用PLC控制压铸机的工作状态，在很大程度上提高了压铸机的自动化水平，提高了控制系统的可靠性。

本文在PLC控制系统中引入双CPU冗余控制模式，以提高压铸机在工作过程中的可靠性。冗余控制是利用一定量的设备或部件构成控制系统的控制方法。当设备或部件损坏时，它可以以硬件的、软件的或人工的方法，替换被故障损坏的设备或部件，并保证系统可以继续正常工作。使用冗余系统的控制方式，可以减少系统停机率，使系统基本上实现不间断工作、提高生产效率。

2 压铸控制流程

压铸机在工作过程中速度，压力等主要参数直接影响压铸件的生产要求，因此，对压铸机工作状态的控制和监测是最方便的方法。将传感器连接在压铸机的待监测部位感受压铸机工作状态中的工艺参数，然后将采集到的信息送入到PLC中进行逻辑运算形成相应的开关量输出，通过控制压铸机上的阀门开关，同时将信息送到PC中，控制设备的工作状态。压铸控制流程如图1所示。

3 压铸机冗余控制原理

3.1 PLC的选择

在对压铸机的速度，压力等主要参数进行控制时，为了实现冗余控制，PLC的选择很重要。三菱推出经济型QUTESET三菱PLC，结构灵活，易于学习，传输效果好，完全支持GX开发软件，具有优良的性价比。经济型QUTESET三菱PLC如图2所示。

3.2 硬件冗余控制方案设计

当PLC出现故障时，整个系统将会崩溃，会造成原料浪费、设备损坏，还可能影响生产安全，甚至人身安全。提高PLC自身硬件的可靠性是比较难实现的，因此，采用双CPU的PLC冗余系统是既安全又经济的途径[5]。

PLC硬件冗余就是准备CPU模块、机架、电源、网络模块、I/O模块各两个和一条热备电缆，组成两套系统。一套系统进行控制，另一套系统作为备份使用，不进行运算，但是要实时监视控制系统，一旦控制系统出现故障，备用系统便由待机状态转为工作状态，并发出警报，确保压铸系统稳定运行。硬件冗余控制方案如图3所示。

3.3 双CPU软件冗余系统的实现

软件冗余不同于硬件冗余。简单地增加CPU模块可以实现软件系统的冗余，在机架上安装两个CPU，并通过PLC编程来控制决定和传输，以及两个CPU模块的相互监视与控制，因此，编写PLC冗余程序至关重要。其中控制决定与传输以及CPU模块之间的相互监测与监控是关键问题。

3.3.1 控制权的决定和传输

两个CPU模块并行工作，使用同一个用户程序，一个工作，另一个作为备用，两个CPU模块接受压铸过程的工作参数并保持通信连接，但是备用CPU模块不输出，两个CPU模块互相监测对方的工作状态，一旦备用CPU模块发现正在进行工作的CPU模块出现故障，就取代工作CPU模块的主控权[6-7]，控制压铸机进行工作，保证生产顺利进行。双CPU模块控制流程图如图4所示。

3.3.2 两个CPU模块的同步控制

两个CPU同时工作，其中一个工作，另一个备用，但是两者互相监视对方工作状态和通信状况，备用CPU和工作CPU保持通信连接，但限制备用CPU的输出功能，当工作CPU出现故障时，备用CPU取代工作CPU的主控权进行控制[8]。它们的相互控制流程图如图5所示。

3.4 冗余系统的启动

在安装完冗余模块后，CPU模块的运行/停止开关被置于停止位置；各CPU模块的复位/复位解除开关被置于复位解除位置；将远程I/O网络模块的开关设置好。然后连接两组系统电源，使“POWER”LED亮绿灯，确保工作和备用系统没问题。将程序写入两个系统的CPU模块，启动系统，通过安装了GX Developer的PC监测系统运行情况。

4 结束语

本文将PLC引入到压铸工艺流程的控制当中，并且为了提高PLC的可靠性，提出用双CPU的PLC冗余控制系统控制压铸过程，减少系统由于故障被迫停机的可能性，有利于提高压铸件的质量，降低废品率，减小设备运行及维修成本，提高生产安全。

参考文献：

[1]毕娟，赵娜.基于虚拟仪器的压铸机实时控制系统的研究[J].辽东学院学报，2009，16（04）：311-313.

[2]李强.状态监测与故障诊断技术在矿山提升设备上的应用[J].煤矿机械，2009，30（04）：221-222.

[3]徐小力.机电系统状态监测及故障预警的信息化技术综述[J].电子测量与仪器學报，2016，30（03）：325-332.

[4]叶娜.PLC和触摸屏在球磨机齿轮润滑系统中的应用[J].机械工程与自动化，2018（01）：185-186.

[5]吕聪.星务管理中的双CPU冗余通信设计与实现[J].电子设计工程，2017，25（14）：92-100.

[6]韩亮波.压铸机的PLC冗余控制技术研究[D].唐山：华北理工大学，2013.

[7]李斌，田维文，王鑫等.一种基于PLC控制器的变压器冷控系统可靠性的优化研究及应用[J].自动控制，2017（03）：87-89.

[8]廖慧敏.PLC控制器的双CPU冗余控制实现[J].湖北电力，2005，29（06）：35-36.

作者简介：赵树忠（1963-），男，河北唐山人，博士，教授，主要从事测试计量技术与仪器方面的教学与科研工作。