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前言

在之前的文章中，我们讨论了通过SCL语言实现电机主备互投《西门子PLC常用底层逻辑块分享_电机主备互投》，和多台电机按时间排序均衡运行《电机主备互投功能优化_多台设备均衡运行》的方法。
但实际现场中，经常会遇见4用1备、3用2备、2用2备、2用3备等复杂情况，如果对每种情况分别编程，会使程序过于冗杂，故本文提供一种多备多投的实现方法，假设现场有5台水泵，可根据现场要求，自由选择主动泵数量和备用泵数量，实现主备泵自由切换。

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一、功能概述

假设有5台水泵，5台水泵的运行逻辑如下：

1. 具有以下几种情况：4用1备、2用2备、2用3备、3用2备、1用1备、1用4备等任意组合；
2. 主泵同时启动，触发切换命令后，按照运行时间由小到大的顺序切换备用泵或主泵；
3. 每台水泵都有故障信号，当某台泵出现故障或运行信号丢失时，能自动切换到其它泵；
4. 故障出现后，水泵的运行时间需要保持不变，不能丢失；
5. 每台水泵有3种状态：1. 作为主泵；2. 作为备用泵；3. 不投用；
6. 有故障的水泵自动停止，并且不允许启动，直到故障解除；
7. 可选择投用或不投用“多备多投”功能。

二、程序编写

1. 需求分析

1. 参考文章《电机主备互投功能优化_多台设备均衡运行》的思路，根据5台电机的运行时间，计算出由小到大对应的序号，遍历1-5，每次启动都启动序号1对应的电机；
2. 当水泵处于故障状态、不投用状态、运行状态时，可将该水泵的运行时间设置为最大值，即可跳过该水泵，启动下一台。

2. 编写运行时间累计功能块

可参考文章西门子PLC常用底层逻辑块分享_设备运行时间统计。
根据该文章可编写FC块“运行时间累计”，并新建数据类型“时钟”。具体步骤这里不再赘述。

3. 创建自定义数据类型

1. 时间排序数据类型

图1

2. 多备多投数据类型

图2

3. 多备多投切换数据类型

图3

4. 编程

1. 创建DB数据块

1. 多备多投数据块

图4

2. 多备多投切换数据块

图5

2. 创建FB功能块

新建FB块“水泵多备多投”，添加如下变量。

图6
编写如下程序：

REGION 功能已启用、已停止IF #PumpSwitch.StaCmd THEN#PumpSwitch.Running := 1;ELSIF#PumpSwitch.StpCmd THEN#PumpSwitch.Running := 0;END_IF;END_REGIONREGION 调用程序"运行时间累计"(Start := #PumpControl[1].Run,Clock_1Hz := #Clock_1Hz,"Time" := #PumpControl[1].RunTime);"运行时间累计"(Start := #PumpControl[2].Run,Clock_1Hz := #Clock_1Hz,"Time" := #PumpControl[2].RunTime);"运行时间累计"(Start := #PumpControl[3].Run,Clock_1Hz := #Clock_1Hz,"Time" := #PumpControl[3].RunTime);"运行时间累计"(Start := #PumpControl[4].Run,Clock_1Hz := #Clock_1Hz,"Time" := #PumpControl[4].RunTime);"运行时间累计"(Start := #PumpControl[5].Run,Clock_1Hz := #Clock_1Hz,"Time" := #PumpControl[5].RunTime);END_REGIONREGION 计算运行时间FOR #PumpSwitch.N[0] := 1 TO 5 DO#PumpSwitch.Set[#PumpSwitch.N[0]]."Time" :=#PumpControl[#PumpSwitch.N[0]].RunTime.Day * 86400 +#PumpControl[#PumpSwitch.N[0]].RunTime.Hour * 60 * 60 +#PumpControl[#PumpSwitch.N[0]].RunTime.Min * 60 +#PumpControl[#PumpSwitch.N[0]].RunTime.Second; // 程序判断用时间#PumpSwitch.TimeOut[#PumpSwitch.N[0]] := #PumpSwitch.Set[#PumpSwitch.N[0]]."Time"; // 实际显示时间END_FOR;END_REGIONREGION 计算主泵、备泵、运行泵数量#NumMinPump := 0;FOR #PumpSwitch.N[1] := 1 TO 5 DOIF #PumpControl[#PumpSwitch.N[1]].ControlWord = 1 THEN#NumMinPump := #NumMinPump + 1;END_IF;END_FOR;#PumpSwitch.NumMinPump := #NumMinPump; // 计算主泵数量#NumBackupPump := 0;FOR #PumpSwitch.N[2] := 1 TO 5 DOIF #PumpControl[#PumpSwitch.N[2]].ControlWord = 2 THEN#NumBackupPump := #NumBackupPump + 1;END_IF;END_FOR;#PumpSwitch.NumBackupPump := #NumBackupPump; // 计算备泵数量#NumRun := 0;FOR #PumpSwitch.N[3] := 1 TO 5 DOIF #PumpControl[#PumpSwitch.N[3]].Run THEN#NumRun := #NumRun + 1;END_IF;END_FOR;REGION 泵切换命令IF #NumRun < #PumpSwitch.#NumRun THEN#SwitchPump := 1;ELSE#SwitchPump := 0;END_IF;#SwitchPumpR_TRIG(CLK := #SwitchPump); // 如果此刻运行泵数量小于上一时刻运行泵数量，则说明有泵停机，触发泵切换信号END_REGION#PumpSwitch.#NumRun := #NumRun; // 计算运行泵数量REGION 运行泵数量不足报警IF (#PumpSwitch.#NumRun < #PumpSwitch.NumMinPump) AND #PumpSwitch.Running THEN#PumpSwitch.NumFlt := 1;ELSE#PumpSwitch.NumFlt := 0;END_IF;END_REGIONEND_REGIONREGION 无设备运行时，复位启动命令IF #PumpSwitch.#NumRun = 0 THENFOR #PumpSwitch.N[6] := 1 TO 5 DO#PumpSwitch.Pump[#PumpSwitch.N[6]] := 0;END_FOR;END_IF;END_REGIONREGION 故障停机FOR #PumpSwitch.N[12] := 1 TO 5 DOIF #PumpControl[#PumpSwitch.N[12]].Flt OR(#PumpControl[#PumpSwitch.N[12]].ControlWord = 3)THEN#PumpSwitch.Pump[#PumpSwitch.N[12]] := 0;END_IF;END_FOR;END_REGIONREGION 按时间顺序计算序号REGION 故障处理FOR #PumpSwitch.N[8] := 1 TO 5 DOIF #PumpControl[#PumpSwitch.N[8]].Flt OR(#PumpControl[#PumpSwitch.N[8]].ControlWord = 3) OR#PumpControl[#PumpSwitch.N[8]].RunTHEN#PumpSwitch.Set[#PumpSwitch.N[8]]."Time" := 4294967295; // UDInt的最大值为4294967295END_IF;END_FOR; // 将故障泵和没有投用和正在运行的泵时间设为最大值END_REGION// 初始化序号数组FOR #PumpSwitch.I := 1 TO 5 DO#PumpSwitch.Set[#PumpSwitch.I].Sequence := 1; // 初始序号为1END_FOR;// 计算每个元素的序号FOR #PumpSwitch.I := 1 TO 5 DOFOR #PumpSwitch.J := 1 TO 5 DOIF #PumpSwitch.Set[#PumpSwitch.J]."Time" < #PumpSwitch.Set[#PumpSwitch.I]."Time" THEN#PumpSwitch.Set[#PumpSwitch.I].Sequence := #PumpSwitch.Set[#PumpSwitch.I].Sequence + 1; // 遇到更小的数，序号增加ELSIF(#PumpSwitch.Set[#PumpSwitch.J]."Time" = #PumpSwitch.Set[#PumpSwitch.I]."Time") AND (#PumpSwitch.J < #PumpSwitch.I) THEN#PumpSwitch.Set[#PumpSwitch.I].Sequence := #PumpSwitch.Set[#PumpSwitch.I].Sequence + 1; // 处理相同数值的情况，按顺序递增序号END_IF;END_FOR;END_FOR;FOR #PumpSwitch.N[13] := 1 TO 5 DO// 将启动顺序放入存储区，便于上位机显示#PumpSwitch.SequenceOut[#PumpSwitch.N[13]] := #PumpSwitch.Set[#PumpSwitch.N[13]].Sequence;END_FOR;END_REGIONREGION 根据时间顺序切换IF NOT #PumpSwitch.StpCmd THENCASE #PumpSwitch.Step OF0:IF #PumpSwitch.StaCmd AND #PumpSwitch.EnSwitch THEN#PumpSwitch.Step := 1;END_IF;#PumpSwitch.Pump[1] := 0;#PumpSwitch.Pump[2] := 0;#PumpSwitch.Pump[3] := 0;#PumpSwitch.Pump[4] := 0;#PumpSwitch.Pump[5] := 0;1:FOR #PumpSwitch.N[7] := 1 TO 5 DOIF #PumpControl[#PumpSwitch.N[7]].ControlWord = 1 THEN#PumpSwitch.Pump[#PumpSwitch.N[7]] := 1;END_IF;END_FOR; // 所有主泵同时启动#PumpSwitch.Step := 2;2:REGION 触发泵切换命令IF #SwitchPumpR_TRIG.Q AND #PumpSwitch.EnSwitch THENFOR #PumpSwitch.N[9] := 1 TO 5 DOIF (#PumpSwitch.SequenceOut[#PumpSwitch.N[9]] = 1) ANDNOT #PumpControl[#PumpSwitch.N[9]].Flt ANDNOT #PumpControl[#PumpSwitch.N[9]].Run ANDNOT (#PumpControl[#PumpSwitch.N[9]].ControlWord = 3) THENEXIT; // 找到启动顺序为1对应的泵的序号#PumpSwitch.N[9]END_IF;END_FOR;#PumpSwitch.Pump[#PumpSwitch.N[9]] := 1;END_IF;END_REGIONEND_CASE;ELSE#PumpSwitch.Pump[1] := 0;#PumpSwitch.Pump[2] := 0;#PumpSwitch.Pump[3] := 0;#PumpSwitch.Pump[4] := 0;#PumpSwitch.Pump[5] := 0;#PumpSwitch.N[9] := 0;#PumpSwitch.Step := 0;#PumpSwitch.EnSwitch := 0;END_IF;END_REGIONREGION 赋值FOR #PumpSwitch.N[11] := 1 TO 5 DOIF #PumpSwitch.Clear THEN#PumpControl[#PumpSwitch.N[11]].RunTime.Clear := 1;ELSE#PumpControl[#PumpSwitch.N[11]].RunTime.Clear := 0;END_IF;END_FOR;IF NOT "AlwaysFALSE" THEN#PumpSwitch.StaCmd := 0;#PumpSwitch.StpCmd := 0;#PumpSwitch.Clear := 0;END_IF;END_REGION

三、程序调用

在主程序中调用FB块“水泵多备多投”。

图7
程序分析：

1. 实际应用时，#PumpControl[1].Run - #PumpControl[5].Run关联水泵1 - 5的运行反馈信号，#PumpSwitch.Pump[1] - #PumpSwitch.Pump[5]关联水泵1 - 5的启动命令，#PumpControl[1].Flt - #PumpControl[5].Flt关联水泵1 - 5的故障信号；
2. 变量EnSwitch作为使能信号，只有EnSwitch置1时，功能才会正常投用，否则就算按下StaCmd启动按钮也不会实现主备互投；
3. EnSwitch复位后，主备互投功能取消，此时可自由启停任意水泵；
4. 按下StpCmd停止按钮后，所有水泵停止运行，EnSwitch自动复位；
5. 当实际运行泵的数量小于应该运行的数量，会触发NumFlt运行泵数量不足报警，提醒操作员及时处理故障；
6. 可在上位机画面中为每台泵添加“选择框控件”，关联ControlWord变量，ControlWord=1表示作为主泵，ControlWord=2表示作为备泵，ControlWord=3表示该泵不投用；
7. 程序会根据选择的主泵数量和备泵数量，自动判断当前的主备互投模式。

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总结

本文提供了一种结构化的水泵多备多投方法，可作为标准块应用于生产实际中。