AB PLC雙冗余系統在取水泵船上的控制實現

摘 要：為了保證電站工作的穩定性和安全性，有關人員對電站取水泵船的系統的自動化控制提出了更高的要求。實踐表明，AB ControlLogix5000 PLC控制系統的成功應用滿足了這一要求，為PLC在取水泵船中的更廣泛應用打下了基礎。文章將細致分析AB ControlLogix5000 PLC控制系統對電站取水泵船工作的控制過程，希望對相關的讀者起到幫助。

關鍵詞：電站取水泵船；雙PLC控制系統；軟件冗余；硬件冗余

1 取水泵船的相關知識介紹

1.1 取水泵船的大致構造和功能

取水泵船工作的環境溫度大約在-10℃至55℃之間，相對濕度為98%（在30℃的情況下測定），它是由彩鋼箱變箱，生活控制箱和五臺水泵設備組成的。彩鋼箱變箱內有兩臺箱變和低壓開關柜，水泵控制柜和PLC柜。中央控制室放在生活控制箱里面。整個泵船組成一個完整的水泵監控系統，并上傳運行數據到電站的水系統中心，為電站的安全運行提供可靠保證。

1.2 取水泵船的系統控制技術

取水泵船電氣控制系統主要是通過對輸出通道和外圍輸入的處理、分析來完成取水泵船在自動、手動、遠動等不同模式下的運行控制。取水泵船的核心控制系統是AB ControlLogix5000 PLC，這一系統是目前世界上最具競爭力的冗余系統之一，代表了現代PLC控制的最高水平。

2 雙CPU的PLC控制器的控制優勢

PLC控制器在現代工業中的應用已經越來越廣泛，可靠性高這一優點更使其成為了現代工業的三大支柱之一。目前取水泵船的運行控制主要就是通過 PLC控制器來完成，而所選用的PLC控制器可分為單PLC控制器和雙PLC的雙冗余控制器。

如果取水泵船的運行控制采用的是單PLC控制系統，一旦PLC在電站對取水泵船的控制中發生故障導致CPU出現死機狀態，控制系統就即將面臨自控功能癱瘓的危機，遠控端的泵船間的直接通訊也會中斷，如果情況惡劣，很有可能會導致設備的損壞。因此，取水泵船的控制選擇采用雙PLC的雙冗余控制系統。雙PLC的雙冗余控制系統的應用可以使得取水泵船在無人值守的情況下繼續正常運行。在其中一臺PLC出現故障后，另一臺可以很快代替前一臺進行控制，完成出現故障的PLC的工作，這樣就可以保證取水泵船在無人值守的情況下能夠一直正常運行。不僅如此，作了冗余設計的取水泵船控制系統在應急時還可以打開緊急開關，用操作人員的控制來代替PLC的控制，從而保證取水泵船的長期正常使用，同時也可以保證取水泵船的運作平穩性和設備安全性。

3 AB PLC雙冗余系統的控制實現

3.1 冗余系統的應用現狀

工業自動化自20世紀90年代以來飛速發展，工業部門逐漸對控制系統和生產設備的可靠性提出來越來越高的要求。單一硬件可靠性的提高是無法滿足某些工業部門的要求的，這樣一來，人們就只有通過提高整個系統的可靠性來解決。

提高系統可靠性的最有效方法之一就是利用本文所說的冗余技術。“冗余”一詞就是指利用多重備份的方式來提高系統的可靠性。當然，冗余技術不僅僅是要備份同功能的部件，它還要運用特定的冗余邏輯來保證這些配件的同步運行，只有這樣，才能夠給系統的應用功能帶來多重的保證。冗余技術實現提高系統穩定性的方式就是讓系統在運行時不受到各種故障的影響，并且在此同時，還能夠讓系統完成對故障部件的及時修復。所以說，合理應用冗余技術可以有效地避免系統故障帶來的重大損失，極大地挽回經濟利益。

目前，冗余技術已經獲得了廣泛應用，國內外對于此方面的研究都不少見。根據冗余的具體實現方式不同，可以將之分為軟件冗余和硬件冗余。其中硬件冗余指的就是通過系統硬件來實現備用機與主機之間的切換和冗余所需要的數據同步。而軟件冗余同樣是完成備用機與主機之間的切換和冗余所需要的數據同步，只是它是并非是通過硬件來實現，而是通過對故障的在線檢測、自組織調整和專家系統診斷等途徑并利用程序來實現冗余控制。

3.2 硬件冗余和軟件冗余的比較

硬件冗余是在兩個不同的機架上分別插入兩塊不同的CPU模塊，不僅如此，除了CPU模塊外，每個機架上還需要裝有兩個熱備模塊間的連接光纜、通訊模塊以及熱備模塊SRM。而軟件冗余則是在同一個框架上插入兩個CPU模塊，通過背板進行通訊，從而實現冗余控制。

對于硬件冗余CPU的狀態監視和控制權的轉移是由兩個熱備模塊來完成的，而對于軟件冗余中兩個CPU模塊的狀態監視和控制權的轉移則是通過軟件編程來解決的。

3.3 軟件冗余的軟件編程的冗余實現

3.3.1 控制權的轉移

由一塊處在主控制模式的CPU和一塊處在熱備模式的CPU同時在線運行。其中輸出控制權由主控制權的CPU掌控，而熱備CPU的輸出被禁止，但一樣保持通訊連接并采集數據。這兩塊CPU互相監視，一旦發現對方通訊情況和運行狀態出現問題，就會立刻發出報警，利用網絡上傳到上位工控機，并在操作管理臺上顯示出報警。當主控CPU出現故障時，主控制權會自動轉移至熱備CPU模塊。

3.3.2 兩塊CPU同步控制

熱備CPU隨時做好準備，當主控CPU發生故障，熱備CPU會在第一時間轉換為主控CPU，獲取主控制權。所以，主控CPU會隨時對熱備CPU傳遞自己的信息，而熱備CPU也會隨時對主控CPU的變化進行跟蹤，與主控CPU保持同步狀態。這樣，當主控CPU發生故障時，兩塊CPU直接的控制權即可完成無擾動切換。

由此可以看出，硬件冗余的成本開支較大，投入硬件較多；軟件冗余則不同，它的成本增加很少，但是編程相對比較復雜，工作量較大。

4 雙冗余系統對取水泵船控制的舉例

該系統的硬件配置單個SRM系統冗余模塊所需為：一個ControlLogix 框架；一塊D版本以上的ControlNet通訊模塊；一塊 RSLogix5000 V12處理器模塊；一塊占雙槽位的系統冗余模塊；一塊EtherNet/IP通訊模塊。將其處理好后，對這些部件依次拷貝，完成另一個SRM系統冗余模塊，然后對兩個冗余模塊用光纜進行連接。操作員終端通過路由器接入以太網網絡。

在AB ControlLogix5000 PLC系統中，主控系統通訊模塊和備用系統通訊模塊中的 ControlNet 模塊撥碼開關地址擁有完全相同的初始設置。其中主控系統對所設置的地址進行真正使用，而備用系統則自行將原地址加1。當主控系統發生故障，需要切換時，主備系統中對應的通訊模塊會自動將網絡地址進行交換，其它連接在 ControlNet上的所有設備將和主控系統的新主控處理器進行通訊。

該ControlLogix冗余系統的優點為：可以自動完成對冗余的切換，不需要用戶進行編程；只需要下載應用程序，系統會自動裝載到從控制器；同步技術以及程序下載的完全自動化，不需要單獨的主備處理器程序維護工作；無擾切換技術保證高優先級的任務可靠無擾切換；不管主控處理器所在框架中發生任何故障，不僅包括框架內的模塊故障，而且當框架所在的模塊通訊發生故障時（如網絡的掉線、掉電等），都會自動將控制權快速切換到備用系統，提供系統更高的可用性、可靠性由于不需要編程設計，可以大大地節省調試時間。

5 結束語

PLC控制器作為現代工業的三大支柱之一，在現代工業中的應用已經越來越廣泛。AB PLC雙冗余技術較之單PLC控制技術具備更大的優勢，而AB ControlLogix5000 PLC在電站取水泵船上的控制上也起到了極大的作用，它的應用使得電站在無人值守的情況下繼續正常運行，大大地提高了控制系統的可靠性和平穩性，充分地滿足了取水泵船和電站之間的通訊，從而進一步提高了電站的操作系統可靠性。實現了長期的無人值守功能。

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