水務(wù)公司PLC系統(tǒng)控制站冗余熱備改造技術(shù)

李潔蘭

摘 要：本文圍繞冗余熱備設(shè)備概括、冗余熱備改造方案的實(shí)施目的、冗余熱備控制系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)、水務(wù)公司PLC系統(tǒng)控制站冗余熱備改造的具體內(nèi)容、冗余熱備改造方案效果驗(yàn)證5個(gè)方面展開討論，對水務(wù)公司PLC系統(tǒng)控制站冗余熱備改造技術(shù)進(jìn)行了分析，并提出了一些自己的拙見，希望能夠?qū)窈笏畡?wù)公司的冗余熱備改造工作提供一些理論建議。

關(guān)鍵詞：水務(wù)公司；PLC系統(tǒng)；冗余熱備；改造技術(shù)

中圖分類號(hào)：TF355 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

水務(wù)公司PLC系統(tǒng)控制站是水務(wù)公司中一項(xiàng)十分重要的輔助系統(tǒng)，尤其是對于一些規(guī)模較大的大型水務(wù)公司來說，對于水質(zhì)的要求較高，必須通過不同的控制環(huán)境以及工藝條件，并使用PLC冗余熱備技術(shù)對控制系統(tǒng)單元進(jìn)行正確地選擇及設(shè)置，確保控制過程更加完整、協(xié)調(diào)，具有高效性。

1.冗余熱備改造方案的實(shí)施目的

廣州發(fā)展新塘水務(wù)有限公司于2005年正式投產(chǎn)成立，其水務(wù)公司的自動(dòng)化系統(tǒng)以及相關(guān)檢測儀表設(shè)備先后共經(jīng)歷了6年以上的試運(yùn)行。在原本的設(shè)計(jì)方案中，水務(wù)公司所采用的PLC系統(tǒng)為單CPU型，遠(yuǎn)程I/O通信站使用的是單網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，這種類型的控制系統(tǒng)已經(jīng)難以滿足現(xiàn)階段的凈水技術(shù)，且無法確保PLC控制系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，當(dāng)CPU發(fā)生故障時(shí)，必定會(huì)直接導(dǎo)致水務(wù)公司的供水工作無法正常進(jìn)行，從而造成各方面的負(fù)面影響?；谏鲜鲈?，我們迫切需要在原有基礎(chǔ)上對水務(wù)公司的PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行全面的升級(jí)和改造。

2.冗余熱備控制系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)

2.1 可靠性較高

（1）控制系統(tǒng)使用的是雙CPU冗余設(shè)計(jì)，其中運(yùn)用了國際上領(lǐng)先的同步技術(shù)，在控制過程中主機(jī)備機(jī)同時(shí)運(yùn)作，并使用高速同步光纖網(wǎng)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的連接。

（2）控制系統(tǒng)使用的是雙通信通道冗余技術(shù)，控制系統(tǒng)中采用Modbus Plus或TCP/IP協(xié)議通信系統(tǒng)，并采用RIO的遠(yuǎn)程I/O網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，均采用雙纜的冗余方式。

（3）控制系統(tǒng)使用的是雙電源供電冗余技術(shù)，對主備控制器的切換時(shí)間不超過100ms，一般情況下都處于20ms～30ms范圍之間。

（4）由于采用先進(jìn)的CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了集成式工作內(nèi)存，因此具有更高的性能。

（5）采用人性化設(shè)計(jì)方案，操作簡便，設(shè)有內(nèi)置鍵盤，信息由程序自動(dòng)傳輸，不需要依靠單獨(dú)的冗余軟件選件包。

2.2 互為熱備的控制器具有獨(dú)特的工作特性

（1）能夠確保數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)化傳輸及兩個(gè)CPU程序之間的一致性。

（2）在任何一個(gè)掃描周期中系統(tǒng)都會(huì)自動(dòng)對信息數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，以此來確保兩個(gè)CPU之間保持同步的工作狀態(tài)。

（3）切換完成的最長時(shí)間是兩個(gè)掃描周期。

（4）在控制程序變化時(shí)，控制器能夠自動(dòng)啟動(dòng)新程序的下載功能。

（5）在第一次組態(tài)時(shí)，用戶只需要安裝一次程序，且安裝速度非?？臁?/p>

（6）雙機(jī)熱備配置由于采用了IEC方式，因此無須進(jìn)行復(fù)雜的編程工作，從而使得傳統(tǒng)的單CPU、單網(wǎng)絡(luò)PLC系統(tǒng)在改造成為冗余熱備PLC系統(tǒng)后，其安全性以及穩(wěn)定性都將得到大幅度提升。Quantum PLC雙機(jī)熱備系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式主要有兩種，分別為單獨(dú)熱備模塊以及CPU集成熱備功能，在本次改造過程中，筆者將把這兩項(xiàng)技術(shù)有機(jī)地融合在一起，充分利用原來系統(tǒng)中的一些完好硬件，對控制單元進(jìn)行科學(xué)合理地布局，使系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)更好地分散。

3.水務(wù)公司PLC系統(tǒng)控制站冗余熱備改造的具體內(nèi)容

水務(wù)公司原采用單CPU的PLC控制系統(tǒng)，無法確保系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性。為了使系統(tǒng)性能得到提升，在原系統(tǒng)基礎(chǔ)上利用柜內(nèi)剩余空間增設(shè)了一套冗余熱備的CPU，將CPU的型號(hào)以及相應(yīng)設(shè)備的型號(hào)進(jìn)行統(tǒng)一更換，紊凝池排泥系統(tǒng)無線電臺(tái)繼續(xù)使用，從而確保與雙CPU之間的232通信正常進(jìn)行。

3.1 水務(wù)公司控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置圖（圖1）

3.2 冗余熱備的具體改造方案

（1）將原有PLC控制系統(tǒng)中使用的型號(hào)為140 CPU 534 14A的單CPU模塊替換成為型號(hào)為140 CPU 671 60的雙機(jī)熱備模塊，使用MTRJ光纖接頭實(shí)現(xiàn)熱備體系結(jié)構(gòu)中主輔PLC之間的相互連接，確保兩臺(tái)PLC設(shè)備共同運(yùn)作。

（2）在原有基礎(chǔ)上增設(shè)RIO網(wǎng)絡(luò)模塊，確保PLC系統(tǒng)中的遠(yuǎn)程I/O站實(shí)現(xiàn)AB兩網(wǎng)之間的通信，從而達(dá)到網(wǎng)絡(luò)冗余的目的。

（3）淘汰原有的concept 2.6系統(tǒng)PLC編程軟件，使用Unity Pro系統(tǒng)進(jìn)行替換，提升編程性能及工作效率，人機(jī)交互界面更加簡潔，可操作性強(qiáng)。

4.冗余熱備改造方案效果驗(yàn)證

主CPU正常工作狀態(tài)下，熱備狀態(tài)的CPU負(fù)責(zé)對主CPU進(jìn)行跟蹤，并定時(shí)根據(jù)監(jiān)測情況輸出相關(guān)信號(hào)。在監(jiān)測過程中若發(fā)現(xiàn)主CPU發(fā)生故障，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將運(yùn)行設(shè)備切換成為熱備CPU，用于替主CPU進(jìn)行工作。當(dāng)主CPU程序在線被修改后，熱備CPU會(huì)通過監(jiān)測發(fā)現(xiàn)主CPU程序與自己的程序不一致，隨后熱備CPU會(huì)自動(dòng)對程序進(jìn)行刷新，確保CPU程序信息的實(shí)時(shí)檢測與更新，在很大程度上保障了系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性。

結(jié)語

綜上所述，在水務(wù)公司的PLC控制系統(tǒng)中，使用冗余熱備取代單CPU設(shè)備不僅可以提高系統(tǒng)的安全性，同時(shí)也能夠使系統(tǒng)的穩(wěn)定性得到保障，從而實(shí)現(xiàn)更高的運(yùn)作效率。由此可見，冗余熱備在PLC控制系統(tǒng)中的應(yīng)用必將成為未來的發(fā)展趨勢，我們還應(yīng)在現(xiàn)有的技術(shù)上不斷改進(jìn)和創(chuàng)新，提升系運(yùn)作效率，確保這項(xiàng)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展。

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