压铸机的PLC冗余控制
金属压铸机plc控制
南京工程学院自动化学院课程设计说明书（论文）题目金属压铸机的PLC控制课程名称现代电气控制及PLC应用技术院（系、部、中心）康尼学院专业自动化班级 K自动化111 学生姓名孟旭学号 240111018 设计地点 4#201指导老师张丽华设计起止时间：2014年6月16日至2014年6月日摘要根据工业现场的需要和可编程控制器(PLC)自身特点，本设计为基于金属压铸机的PLC 控制系统。
在这个设计中，本设计采用西门子公司PLC S7-200系列可编程控制器为例。
结合了书籍和资料，说明了PLC的工作原理、软件使用方法、PLC的硬件系统设计及PLC软件系统设计。
实现了对压铸机的液压系统的控制。
在该设计中，PLC作为主机，压铸机作为从机，构成基于压铸机的PLC的控制，完成对压铸机的整个工艺流程的控制，可反映压铸机在整个工作过程的工作状况。
关键字：液压传动可编程控制器金属压铸机目录第1章绪论 (1)1.1 PLC简介 (1)1.2 金属压铸机概况及控制要求 (2)第2章设计方案 (4)2.1 继电器控制方案 (4)2.2 微机控制方案 (4)2.3 方案的对比及选择PLC控制方案的原因 (5)第3章控制系统硬件电路设计 (6)3.1 I/O口分配 (6)3.2 主电路 (7)3.3 PLC的I/O接线图 (7)第4章控制系统软件设计 (8)4.1 控制系统软件设计 (8)4.2 控制系统的顺序功能图 (9)4.3程序 (9)第5章控制系统的调试 (10)5.1控制系统的调试过程 (10)第6章设计体会 (11)附录 (13)第1章绪论1.1 PLC简介可编程序控制器，英文称Programmable Logic Controller，简称PLC。
但由于PC容易和个人计算机（Personal Computer）混淆，故人们仍习惯地用PLC作为可编程序控制器的缩写。
它是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置，专为在工业现场应用而设计，它采用可编程序的存储器，用以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入、输出接口，控制各种类型的机械或生产过程。
PLC冗余控制系统
某些过程控制系统，如化学、石油、造纸、冶金、核电站等工业部门的某些系统，要求控制装置有极高的可靠性。
如果控制系统出现故障，由此引起的停产和设备的损坏将造成极大的经济损失，某些复杂的大型生产系统，如汽车装配生产线，只要系统中一个地方出问题，就会造成整个系统停产。
仅仅通过提高控制系统的硬件及软件的可靠性来满足上述工业部门对可靠性的要求是不可能的。
因为可编程序控制器本身的可靠性的提高有一定的限度，并且可靠性的提高会使成本急剧增加。
使用冗余(Redundancy)系统或热备用(HOT Back－up)系统能够有效地解决上述问题。
在冗余控制系统中，整个可编程序控制器控制系统 (或系统中最终要得部分，如 CPU 模块)由两套完全相同的“双胞胎”组成。
是否使用备用的 I/O 系统取决于系统对可靠性的要求。
两块 CPU 模块使用相同的用户程序并行工作，其中一块是主 CPU，另一块是备用 CPU，后者的输出是被禁止的。
当主 CPU 失效时，马上投入备用CPU，这一切换过程是用所谓冗余处理单元 RPU(Redundant processing)控制的， I/O 系统的切换也是用RPU 完成的。
在系统正常运行时，由主 CPU 控制系统的工作，备用 CPU 的 I/O 映像表和寄存器通过 RPU 被主 CPU 同步的刷新；接到主 CPU 的故障信息后， RPU 在 1~3 个扫描周期内将控制功能切换到备用 CPU。
另一类系统没用冗余处理单元 RPU，两台 CPU 用通信接口联在一起，当系统出现故障时，由主 CPU 通知备用 CPU，这一切换过程一般不是太快。
这种结构较简单的系统叫做热备用系统。
金属压铸机的PLC控制
金属压铸机的PLC控制
1.任务描述
压铸机的动作由液压游缸推动，执行元件为电磁阀。
其工艺流程如下：（1）原位：模板在开模确认位置，开模确认限位开关SQ2闭合；洗模嘴上升归位，喷嘴归位限位开关SQ5闭合。
（2）关模：有启动信号按下后，关模电磁阀YV0通电，模板右移。
（3）射出：当模板右移到位，关模确认限位开关SQ3闭合，射出电磁阀YV5通电，射出活塞向左移，将金属射进模内。
（4）冷却：射出活塞自动归位，射出确认限位开关SQ4闭合，冷却水电磁阀YV4通电，利用冷却水成型。
（5）开模：延时5s待工件冷却后，开模电磁阀YV1通电，模板左移，工件自动顶出。
（6）洗模：模板左移到位，开模确认限位开关SQ2闭合，喷嘴下移电磁阀YV2、喷嘴液电磁阀YV3均通电，喷嘴下移并喷洗模液。
（7）复位：喷嘴下移到位，喷嘴下移限位开关SQ6闭合，喷嘴上移电磁阀通电，喷嘴上升回到原位。
2.设计任务及控制要求
要求采用PLC控制系统设计，使压铸机按以下三种操作方式工作：
（1）周期操作:按下启动按钮，压铸一个工件，即经过关模、射出、冷却、开模、洗模、复位一个循环周期后，等待下一次启动信号来，再压铸一个工件。
（2）自动连续操作：按下启动按钮，自动循环作业，连续压铸工件，直至停止按钮按下，才停止作业。
（3）单步操作：按下一个单步操作按钮，实现一步操作.。
plc硬冗余原理
plc硬冗余原理PLC（可编程逻辑控制器）是现代工业自动化中常见的控制器。
PLC硬冗余原理是保证系统高可用性的一种技术手段。
本文将从PLC硬冗余的概念、工作原理、应用领域等方面进行详细介绍，具体内容如下：一、PLC硬冗余的概念PLC硬冗余是通过使用多个控制器并行工作，当其中一个控制器发生故障时，另一个控制器能够立即接管其工作，确保系统的连续运行。
PLC硬冗余的核心思想是通过冗余控制器的备份和切换，实现系统的高可用性和可靠性。
二、PLC硬冗余的工作原理1.冗余控制器：系统中至少有两个相同配置的控制器，称为主控制器和备份控制器。
主控制器负责实际的控制任务，备份控制器处于待命状态，并与主控制器进行数据同步。
2.输入输出模块冗余：系统中的所有输入输出模块也需要进行冗余设计。
每个输入输出模块都连接到主控制器和备份控制器，当主控制器发生故障时，备份控制器能够接管输入输出模块的工作。
3.数据同步：主控制器和备份控制器之间需要进行实时数据同步，确保备份控制器能够了解和跟踪主控制器的工作状态。
4.切换机制：当主控制器发生故障时，备份控制器能够根据事先设定的切换条件自动接管系统的控制任务，并继续正常工作。
三、PLC硬冗余的应用领域PLC硬冗余广泛应用于对系统可用性和可靠性要求非常高的工业自动化领域，如电力、石油化工、交通运输、航天航空等。
具体应用包括：1.发电厂：发电厂中的PLC控制系统对电网的稳定性和可靠性有很高的要求。
采用PLC硬冗余技术可以确保即使一个控制器发生故障，系统仍能保持稳定运行。
2.石油化工：在石油化工工艺过程中，控制系统的可用性和可靠性对产品质量和安全生产具有重要影响。
采用PLC硬冗余技术可以避免控制系统的单点故障，并保证生产连续性。
3.交通运输：交通系统中的PLC控制器需保证信号的精确和实时性，避免交通事故发生。
采用PLC硬冗余技术可以提高系统的可容错能力，确保信号的持续准确。
4.航天航空：航天航空领域对控制系统的可靠性要求极高，任何故障都可能导致灾难性后果。
plc 硬冗余原理
plc 硬冗余原理摘要：1.PLC硬冗余概述2.PLC硬冗余的原理与应用3.PLC硬冗余的优点与不足4.硬冗余在工业自动化领域的应用案例5.我国在PLC硬冗余技术的发展现状与展望正文：一、PLC硬冗余概述可编程逻辑控制器（PLC）硬冗余是指在工业自动化控制系统中，通过添加备用硬件设备，以实现对关键部件的冗余备份，提高整个系统的可靠性和稳定性。
硬冗余技术广泛应用于航空航天、核电站、化工、钢铁等领域，对确保生产过程的安全和稳定具有重要意义。
二、PLC硬冗余的原理与应用PLC硬冗余原理主要是通过备份关键部件，如电源、CPU、输入/输出模块等，当主设备出现故障时，备用设备能够立即接管，确保系统正常运行。
在实际应用中，PLC硬冗余通常分为垂直硬冗余和水平硬冗余两种。
垂直硬冗余是指对整个控制系统进行冗余，包括PLC、输入/输出模块、通信模块等；水平硬冗余则是针对单个设备进行冗余，如PLC电源、CPU等。
三、PLC硬冗余的优点与不足1.优点：（1）提高系统可靠性：硬冗余技术能够在设备故障时，自动切换到备用设备，确保系统正常运行。
（2）系统自愈：硬冗余系统能够在故障发生后，自动检测并切换到正常设备，减小故障对生产过程的影响。
（3）易于维护：硬冗余系统备用设备处于待机状态，无需额外维护。
2.不足：（1）成本较高：硬冗余技术需要购买备用硬件设备，增加了系统的成本。
（2）占地面积较大：备用设备需要一定的空间存放，增加了系统的占地面积。
（3）系统复杂性增加：硬冗余系统需要考虑备用设备与主设备的协同工作，增加了系统的复杂性。
四、硬冗余在工业自动化领域的应用案例1.航空航天领域：火箭发射控制系统、飞机飞行控制系统等。
2.核电站：核电站对安全性要求极高，硬冗余技术在核电站的各个环节均有应用。
3.化工领域：工艺流程控制、安全联锁系统等。
4.钢铁行业：高炉控制系统、轧钢生产线控制系统等。
五、我国在PLC硬冗余技术的发展现状与展望1.发展现状：我国在PLC硬冗余技术方面已取得了一定的成果，部分产品性能达到国际先进水平，但在整体水平上仍有差距。
s7-400h冗余控制plc的工作原理
1. s7-400h冗余控制PLC的概念s7-400h冗余控制PLC是一种高可靠性的工业控制设备，它可以在系统出现故障时自动切换到备用设备，确保系统的持续运行。
它广泛应用于电力、石化、冶金等领域，对系统的稳定性和可靠性要求较高。
2. s7-400h冗余控制PLC的结构s7-400h冗余控制PLC由主控制器和备用控制器组成，两者通过专门的通信模块进行数据交换。
在正常情况下，主控制器负责系统的控制和运行，备用控制器处于待机状态。
一旦主控制器发生故障，备用控制器可以自动接管系统的控制，实现冗余控制。
3. s7-400h冗余控制PLC的工作原理当系统处于正常工作状态时，所有的输入信号都由主控制器进行处理，并输出相应的控制信号。
备用控制器与主控制器保持同步，监视主控制器的运行状态。
一旦主控制器发生故障或失去响应，备用控制器将立即接管系统的控制，并通知操作人员进行相应的处理。
4. s7-400h冗余控制PLC的数据同步为了确保备用控制器能够顺利接管系统的控制，s7-400h冗余控制PLC采用了双重数据同步机制。
即主控制器和备用控制器之间通过专门的通信模块进行数据交换，并相互监视对方的运行状态。
这样可以确保备用控制器始终与主控制器保持同步，一旦需要接管系统的控制，可以做到无缝切换。
5. s7-400h冗余控制PLC的故障检测与恢复除了自身的故障检测功能外，s7-400h冗余控制PLC还具有对外部设备故障的检测功能。
一旦外部设备出现故障，备用控制器可以及时发现并采取相应的措施，保证系统的稳定运行。
一旦故障被排除，系统可以实现自动恢复，无需人工干预。
6. s7-400h冗余控制PLC的应用s7-400h冗余控制PLC广泛应用于电力系统、冶金系统、石化系统等对系统稳定性和可靠性要求较高的领域。
它不仅可以提高系统的可靠性，减少故障对生产造成的影响，而且还可以大大降低维护成本和维护时间。
7. 结语s7-400h冗余控制PLC作为一种高可靠性的工业控制设备，其工作原理和应用具有重要的意义。
PLC冗余
PLC冗余PLC冗余在工业自动化系统中大量选用可编程逻辑控制器(PLC)作为控制器，随着技术的发展又组建冗余系统进一步提高系统的可靠性，在高风险（包括金融风险、行政风险、管理风险以及危及生命安全的风险）行业应用比较广泛，如：金融领域、核安全领域、航空领域、煤矿等领域。
目前冗余的分类方式很多，而采用PLC冗余方式的有两种，即软冗余和硬亢余。
西门子公司在软、硬冗余两方面均给出了解决方案。
而基于硬冗余的可靠性高，但构建系统成本也较高。
而基于S7300或S7400的软冗余是一种成本低又能提高可靠性的方案。
目前，软冗余系统已经在冶金、交通、电力、化工、污水处理等工业控制工程中得到了较广泛的应用。
但是对于软冗余的性能仍没有进行系统的研究。
硬冗余系统的冗余结构确保了任何时候的系统可靠性，例如所有的重要部件都是冗余配置。
这包括了冗余的CPU、供电模件和用于冗余CPU通信的同步模块。
根据特定的自动化控制过程需要，还可以配置冗余客户服务器、冗余通讯介质、冗余接口模件IM153-2等。
S7-300只能实现软冗余（软件冗余），而不能实现像400那样实现硬件冗余。
软冗余的特点：1、软冗余需要专门的软件包；2、对于实现冗余功能的PLC，可以是300，也可以是400，或者300与400之间。
3、软冗余需要对两台PLC都需要编程，调用专门的功能块；4、软冗余的切换时间为秒级，即当一台PLC发生故障，要让备用的PLC来担当前一台PLC的任务这么一个过渡过程需要1S以上的时间。
因此软冗余不适用于对安全要求极高的场合。
5、软冗余的最大好处就是便宜；最大坏处就是实现麻烦。
软冗余和硬冗余的异同:共同点1、冗余功能相同，做到冗余的部分包括:电源模板、CPU、PROFIBUS-DP 网络2、结构差不多，都是利用PROFIBUS-DP网络，使用IM153-2实现信号模板的公用功能。
(利用IM153-2做网络切换)IM153-2是远程I/O接口模板，是ET200M系列产品，后面只能挂S7-300信号模板，这不影响使用，只要挂在DP网络下，无论是S7-300还是S7-400都能直接编程使用。
金属压铸机的PLC控制
前言可编程控制器（PLC）是综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术的一种新型的、通用的自动控制装置。
它具有功能强、可靠性高、使用灵活方便、易于编程以及适于在工业环境下应用等一系列优点，在工业自动化、机电一体化、传统产业技术改造等方面的应用越来越广泛，已成为现代工业控制的三大支柱之一。
可编程控制器是20 世纪70 年代诞生的通用自动控制装置，自第一台PLC问世以来，经过30 多年的发展和完善，它已由原来仅仅代替继电器逻辑控制而变成一个集顺序逻辑控制、回路调节、图形监视、网络通信于一体的综合自动化系统发展成为被广泛应用到机械制造、冶金、矿业、轻工等各个领域，成为现代工业自动化的三大支柱（PLC、机器人、CAD/CAM ）之一。
PLC的编程概念和控制思想已为广大的自动化行业人员所熟悉，这是一个目前任何其他工业控制器都无法与之相提并论的巨大知识资源；其次，PLC系统硬件技术成熟，性能价格比较高，运行稳定可靠，开发过程也简单方便，运行维护成本很低。
所有这些特点造就了PLC的旺盛生命力。
可编程序控制器，发展至今，除传统的硬PLC外，还有融入控制组态软件之中的软PLC(Softplc)。
它们正在扩展着PLC在工控、工业自动化领域中所占有的市场份额。
由于习惯与技术积累PLC的传统用户，不可能一时放弃原有的投资，在技术改造过程中，在原有的投资基础上，增加性能更好的设备，以提高生产效率和扩大再生产。
近年来，随着可编程控制器( PLC )应用技术的发展的，其在工业生产中的应用也越来越广泛；根据工业现场的需要和PLC 自身的特点，可编程控制器的在工业生产中也被广泛采用，使工业控制变得更为方便、灵活，也使得生产效率大大提高生产效益获得更大的经济。
然而，在工程生产的很多领域，我们都运用到了PLC，例如，在压铸机上我们运用它帮助我们完成了多个人的工作，实现了压铸机的智能化控制，从而降低了生产成本，提高了劳动效率。
在工业上运用PLC是我们以后发展的必然方向，它将成为代替原始机械控制的有效控制装置。
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压铸机的PLC冗余控制
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。
标签：PLC；冗余控制；压铸；工作状态
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：
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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。