PLC軟冗余系統在工業自動化生產中的應用

孫佳隆

（青島杰瑞工控技術有限公司 軌道交通事業部，青島 266000）

PLC軟冗余系統在工業自動化生產中的應用

孫佳隆

（青島杰瑞工控技術有限公司 軌道交通事業部，青島 266000）

隨著工業生產領域自動化水平的提升，生產效率及產品質量的提升越來越依賴于自動化系統的可用程度。一旦自動化生產系統出現故障，將會帶來巨大損失，甚至引發重大安全隱患。本文在工業自動化生產中進行PLC軟冗余系統的構建，在PLC軟冗余系統的應用下，極大保障工業自動化生產過程運行的穩定性與可靠性。

軟冗余 主備切換 可編程控制器 工業自動化

在工業自動化生產過程中，為確保生產系統能長時間連續、穩定運行，通常應用可編程邏輯控制器PLC，把其作為系統控制器，并以此為基礎，構建PLC軟冗余系統，以便有效提高工業自動化系統生產過程的可靠性。

1 PLC軟冗余的原理及系統結構分析

常用PLC軟冗余系統構成見圖l。在系統運行過程中，兩個CPU同時啟動，但是，只有主CPU模塊執行系統控制命令，備用CPU模塊實時對主用CPU模塊運行狀態進行檢測，一旦主用CPU模塊出現故障，備用模塊隨時接替它進行工作。同主CPU進行通信的是IM153-2模塊，其始終處于激活狀態，以便主CPU模塊能對I/O模塊進行訪問。一旦系統出現故障，可實現主備的切換，備站可以及時接替主站，繼續運行。

圖1 常見PLC軟冗余系統結構

就PLC軟冗余系統而言，為了實現軟冗余的各項功能，必須在程序中調用冗余軟件包功能模塊，如初始化FC100模塊，對故障進行判斷及實現主備切換的FC102模塊，數據發送與接收FB103模塊等。在PLC軟冗余系統各執行周期中，系統先調用FB101模塊，對該模塊數據進行接收，以便掌握備用系統運行狀態，并執行冗余程序，再對FB101模塊進行調用，將所需信息傳送至備用系統，備用系統對該模塊信息進行接收。對主系統運行狀態進行分析，并將備用系統的運行狀態直接傳送至主系統。FB101是實現冗余功能最為關鍵的模塊，該模塊執行過程中，要對主備用系統進行分析，并負責數據的發送與接收。

2 PLC軟冗余系統在工業自動化生產中的應用

2.1 系統的實現目標

本文以工業廢油再生自動化生產系統為例，就PLC軟冗余系統的應用進行分析。在該系統中，PLC軟冗余系統的控制要點如下：第一，對廢油預處理后進入再生裝置中的流量進行有效控制；第二，對輸出流量的穩定性進行有效控制。在設計中，除采用高可靠性PLC作為關鍵控制器以外，還必須進行PLC軟冗余系統的構建，以保障自動化生產系統運行過程的可靠性、穩定性。

2.2 系統的硬件組成

系統硬件包括兩方面：一是以CPU為核心的PLC電機調速控制系統，利用雙CPU，有效實現系統的冗余控制；二是以CPU為核心的轉速測量控制系統，對PLC冗余系統能否實現自動化切換進行驗證，結合電機的運行曲線，對電機轉速穩定與否進行判斷。主備系統之間的CPU采用的是MPI通訊方式，主、備站間利用的是Profibus通訊。

2.3 系統軟件程序設計

PLC軟冗余系統軟件程序設計主要包括兩方面：一是硬件組態構建、冗余程序設計。對硬件組態的構建而言，結合PLC及各模塊型號，構建兩套相同主備系統。系統運行過程中，上位機同的PLC間需展開數據交換。因此，首先需對模塊的地址加以編程和分配，利用STEP 7軟件，對硬件組態進行編程，具體而言，包括如下：①利用STEP7軟件，構建新項目，出現初始組態窗口，其中，組態窗口的左側為項目圖標，可插入新對象SIMATIC 300站點；②在菜單欄中，點擊“選項”，點擊“設置PG/PC”，選擇上位機、PLC間的通訊方式，選為TCP/IP；③進行組態搭建。分別針對冗余系統中的主備系統展開硬件組態構建。兩個系統組態的構建，具有不同的MPI通訊地址，其他相同，先于導軌1號槽中，進行電源模塊地插入，于2號槽中，進行CPU模塊地插入，并對地址、上位機間通信方式進行設定；④選擇PROFIBUS總線，作為遠程I/O與CPU之間的基本通信方式，設定通信參數，并在PROFIBUS DP中掛I/ O模塊；⑤硬件組態構建完成后，還需實現同PLC的有效通訊，以便檢查組態科學與否。點“保存和編譯”和“下載”，選擇所用PLC屏上CPU型號一致的CPU，并確認；⑥備用系統的硬件組態在地址設置方面存在差別，通訊網絡配置主要包括主、從站的PROFIBUS、備用系統與備站PROFIBUS、主備系統間MPI通訊鏈路三部分。本文對2條主從通訊PROFIBUS-DP地址進行設置，設為2；設置IM153-2地址為3；就主系統CPU而言，實現數據同步的地址設為2，備系統MPI地址設為4。

在利用冗余包功能模塊進行冗余程序設計時，對主系統而言，先進行故障中斷組織模塊地插入，分別包括主備站通信出錯與調用OB86，暖啟動初始化OB100、終端模塊OB35；針對OB100程序進行編制時，需對冗余包中的FC100進行調用，對系統配置信息及同步信息進行設置，對OB35進行程序設計時，所編寫程序大致如下：