OMRON PLC在多机系统自动切换控制中的应用

    一、应用背景与需求    在企业中，或多或少都有一些生产辅助设备系统，如水系统有冷却水泵、真空泵、渗漏泵等。在一些重要的应用场合，为了保证系统或生产线的长时间连续可靠地运行，这些辅助设备往往需要配备两套，甚至多套，实现系统冗余，以保证在出现故障时，系统还能够实现连续不间断地工作。    以双机系统为例，传统的控制方法是一台为工作机，另‘台为备用机，在工作机出现故障时，可以立即启动备用机，工、备切换要由人工来完成。这种控制方法下，作为工作机的机组在系统要求启动时，它总是被启动运行；而在正常情况下，备用机组是不会运行的。只有在工作机组出现故障的情况下，备用机组才投入运行。这样就会造成一台机组工作过于频繁，而另一台机组利用率不高。时间长了，经常工作的机组就会由于机械磨损等因素而缩短设备的使用年限；而很少使用的一台，则由于长时间不运行可能引起设备锈蚀、电气故障等，同样会遭到损坏。    为了解决双机或多机系统中工作机和备份机工作时间不均衡而带来的问题，提高设备使用效率，可以使系统在运行过程中能够进行工作机和备份机的自动轮换，使它们交替使用，互为备用；这样，可以保证两台或多台机组能够均衡工作，避免机械及电气故障的发生，从而延长设备的使用寿命及维修周期。本例介绍如何用PLC来实现双机和多机系统的自动切换控制。    二、双机系统自动切换的PLC控制    解决传统双机系统人工切换方式的缺陷，关键在于如何使系统的两台机组工作均衡，也就是说系统能够实现工作机和备份机的自动轮换。下面，以两台渗漏泵系统为例来说明这一问题的解决方法。    渗漏泵是工厂作为排污、排涝作用的重要辅助设备。在双机系统中，当集水井的水位达到高位时，系统启动工作泵进行抽水；水位恢复正常时工作泵停止工作，同时将此时的工作泵自动转为备用泵，而备用泵则自动转为工作泵，并做好下一次启动准备。当系统再次要求启动时，所启动的工作泵就是前一次工作时的备用泵，而前一次的工作泵此时则作为备用泵在等待工作，其工作流程如图8.20所示。如此反复，实现了双机轮流工作，可以达到工作上的均衡。    使用PLC实现工作机和备份机的自动轮换，关键在于系统必须能够记忆水泵的工备设置状态，并能自动变换水泵的工备设置状态。利用PLC的置位和复位指令可以很容易实现这一目的，如西门子S5系列的R-S指令、欧姆龙C系列的KEEP指令等，均具有在置位信号消失后保持其输出为1不变，直到复位信号出现才设置其输出为“0”的特性。以OMRON系列PLC的KEEP指令为例，它有置位(S)和复位(R)两个输入端，输入输出的工作时序图如图8.21所示。    利用PLC指令的输出保持特性，就可以保存水泵的工备设置状态。在PLC程序中利用两条KEEP指令(KEEP710、KEEP711)分别代表两台泵的工作状态，当KEEP的值为“1”时，代表该泵为工作泵，为“0”时代表该泵为备用泵。两条KEEP指令不能同时为“1”，也不能同时为“0”。
    图8.20    渗漏泵的控制流程图
    图8.21    KEEP指令及其工作时序图    系统实现自动切换的过程如下。    ·在自动工作状态下，系统首先置1#泵为工作泵（KEEP710为“1”），2#泵为备用泵（KEEP711为“0”）。需要工作时，系统启动1#泵工作。    ·1#泵工作结束后，利用1#泵的停止信号（可以取接触器断开信号）经程序处理变成脉冲信号来对KEEP710、KEEP711进行状态切换。即KEEP710置“0”，使1#泵为备用泵；KEEP711置“1”，2#泵为工作泵。    ·如果是2#泵工作，工作结束后，2#泵停机即KEEP711置“0”，使2#泵为备用泵：KEEP710置“1”，1#泵为工作泵。    如此反复，就实现了对渗漏泵工、备自动轮换的控制。    三、双机系统自动切换的PLC控制    可以采用双机工备自动轮换中所用的方法，用一条KEEP指令来代表一台机组。KEEP指令的状态（“1”或“0”）就代表机组的工备状态。多台机组中可以一台一台地进行轮流工作，也可以两台一组进行轮流工作。以三台机组为例，单台一组进行轮流工作的控制流程图如图8.22所示。可见，三台机组要用三条KEEP指令来代表三台机组。例如：用KEEP710代表1#机组，用KEEP711代表2#机组，用KEEP712代表3#机组，三台机组按一定的规则进行工备状态的轮换，实现均衡工作。
    图8.22    三机轮流工作控制流程图    同样，也可以实现更多数量机组的工各自动轮换，当然还要看PLC所拥有的KEEP指令的数目。实现工备切换的方法都是一样的，即利用当前工作机组的停机信号来设置下次作为工作机组的机组状态，就可以达到多台机组依次工作的目的。    四、 总结与评价    采用PLC进行控制，不仅可以实现多机系统中工作机和备份机自动切换，还能够按一定的规则实现多台机器之间的交替使用，达到工作时间上的均衡，从而提高设备使用效率。本例说明，使用PLC的置位和复位指令可以很方便地实现上述功能，并具有很好的灵活性。同时，PLC控制系统的硬件较为简单、系统运行可靠、维护方便。因此，PLC可广泛用于工厂生产辅助设备系统（如水系统的冷却水泵、真空泵、渗漏泵等）的电气控制系统技术改造，或新型冗余系统的设计中。