淺談控制系統(tǒng)冗余控制的實(shí)現(xiàn)

摘 要：現(xiàn)階段我國機(jī)械制造業(yè)都是以自動化生產(chǎn)線作為主要生產(chǎn)形式，為了進(jìn)一步提高整個(gè)自動化生產(chǎn)線在運(yùn)行過程中的穩(wěn)定性，需要在自動化生產(chǎn)線上采用冗余控制技術(shù)進(jìn)行配置設(shè)計(jì)，這樣才能確保整個(gè)控制系統(tǒng)通過冗余控制來提高其運(yùn)行效率。本文就控制系統(tǒng)冗余控制的實(shí)現(xiàn)策略進(jìn)行簡要分析。

關(guān)鍵詞：機(jī)械制造業(yè)；冗余控制；PLC；切換

中圖分類號：V233.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 收稿日期：2015-11-10

1.冗余控制技術(shù)簡介

現(xiàn)階段機(jī)械制造業(yè)所使用的PLC系統(tǒng)在運(yùn)行中的設(shè)備的器件故障可以通過拆卸更換來消除，但是整個(gè)系統(tǒng)在運(yùn)行中因外部因素影響、設(shè)備振動沖擊以及操作不當(dāng)，以及系統(tǒng)中一些設(shè)備軟硬件缺陷或設(shè)備老化引起的故障，都會對整個(gè)PLC系統(tǒng)在運(yùn)行中的安全性、可靠性等產(chǎn)生極大影響。上述多種故障發(fā)生后，不僅需要整個(gè)系統(tǒng)停機(jī)來對其進(jìn)行維修維護(hù)，同時(shí)也需要企業(yè)花費(fèi)大量的資金成本與時(shí)間成本來維持整個(gè)PLC系統(tǒng)的正常運(yùn)行。所以企業(yè)可以通過冗余控制技術(shù)的應(yīng)用來避免上述故障發(fā)生后對其產(chǎn)生影響，這對確保整個(gè)自動化生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率與生產(chǎn)質(zhì)量有著重要作用。冗余控制技術(shù)在PLC控制系統(tǒng)的應(yīng)用主要是備用設(shè)備或器件的應(yīng)用，即將某些特定的軟硬件設(shè)置為準(zhǔn)備狀態(tài)；如果PLC控制系統(tǒng)在運(yùn)行中發(fā)生故障，則會將其自動切換到備用設(shè)備，以便于各類故障發(fā)生后不會對整個(gè)自動化生產(chǎn)線的正常生產(chǎn)帶來影響與限制。

2.冗余控制技術(shù)在控制系統(tǒng)中的具體應(yīng)用

（1）系統(tǒng)電源中的應(yīng)用。現(xiàn)階段機(jī)械制造業(yè)為了進(jìn)一步提高整個(gè)自動化生產(chǎn)線的運(yùn)行效率，開始將冗余控制技術(shù)廣泛應(yīng)用于系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)中，避免整個(gè)系統(tǒng)在運(yùn)行中因斷電對整個(gè)生產(chǎn)線的運(yùn)行產(chǎn)生影響。電源冗余控制技術(shù)主要是利用兩套或多套電源模塊為系統(tǒng)供電，企業(yè)一般會采用框架外冗余供電與框架內(nèi)冗余供電等作為電源冗余控制系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)形式。前者主要是利用電纜將冗余電源適配器模塊與控制系統(tǒng)框架連接，以便實(shí)現(xiàn)對整個(gè)PLC控制系統(tǒng)的冗余供電。該種設(shè)計(jì)形式下兩套電源模塊均處于工作狀態(tài)，如果其中一套電源模塊發(fā)生故障，則另一套可以維持正常供電；PLC控制系統(tǒng)會通過數(shù)據(jù)總線將發(fā)生故障電源模塊狀態(tài)信息反饋給控制臺，以便于技術(shù)人員可以對發(fā)生故障的電源模塊進(jìn)行及時(shí)的更換與維修。后者主要是在PLC控制系統(tǒng)框架中設(shè)置兩套或多套電源模塊進(jìn)行冗余供電。

（2）基于硬冗余方式的冗余控制技術(shù)。硬冗余主要是將對應(yīng)的硬件模塊及采用固化程序來確保PLC控制系統(tǒng)的故障切換，處理器的硬冗余方式主要是通過設(shè)置兩套處理器來維持兩套設(shè)備的同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)，并且技術(shù)人員要將其中一套處理器設(shè)置為主處理器，其在正常工況下主要是負(fù)責(zé)信號的輸入與輸出，另一套處理器設(shè)置為從處理器來進(jìn)行信號的輸入與數(shù)據(jù)的運(yùn)算處理，但是從處理器在運(yùn)行過程中并不需要輸入信號。主處理器與從處理器在設(shè)置過程中以硬件鏈接方式為主，主處理器發(fā)生故障后，要對其完成從處理器的切換，并且技術(shù)人員在該種冗余控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中應(yīng)合理設(shè)置兩套熱備模塊，這是因?yàn)闊醾淠K不僅可以實(shí)現(xiàn)對上述兩套處理器運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測功能，同時(shí)也要完成兩套處理器相互數(shù)據(jù)的傳輸來確保其時(shí)鐘的同步；主處理器一旦發(fā)生故障，則其立即切換至從處理器，并且可以確保從處理器在切換后可以從斷點(diǎn)處開始進(jìn)入工作狀態(tài)，從而使整個(gè)PLC控制系統(tǒng)可以保持在正常的運(yùn)行狀態(tài)。

3.基于軟冗余方式的冗余控制技術(shù)

軟冗余控制技術(shù)主要是利用軟件編程的方式來實(shí)現(xiàn)PLC控制系統(tǒng)的故障切換。設(shè)計(jì)人員在具體應(yīng)用該種冗余控制技術(shù)時(shí)也要設(shè)置兩套處理器，其中一套處理器設(shè)置為主處理器，負(fù)責(zé)維持系統(tǒng)的正常運(yùn)行；另一套處理器作為備用處理器，以便于主處理器發(fā)生故障后可以進(jìn)行切換，并且要通過關(guān)鍵編制同步控制程序來實(shí)現(xiàn)對其冗余的控制，并要通過數(shù)據(jù)處理程序來判斷處理器的工作狀況。其在設(shè)計(jì)過程中一般要通過通信電纜將兩套處理器模塊進(jìn)行連接，并由備用處理器向主處理器發(fā)出查詢其運(yùn)行狀態(tài)的信息：如果主處理器發(fā)生故障，控制程序會立即啟動備用處理器來代替主處理器以保持系統(tǒng)的正常運(yùn)行，該種冗余控制技術(shù)對進(jìn)一步提高整個(gè)PLC控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性有著重要作用。

控制系統(tǒng)中所使用的冗余控制技術(shù)對于機(jī)械制造業(yè)來說有著極為重要的作用，其主要體現(xiàn)在冗余控制系統(tǒng)的設(shè)置可以進(jìn)一步提高PLC系統(tǒng)運(yùn)行中的安全性、穩(wěn)定性，從而確保整個(gè)機(jī)械制造業(yè)的生產(chǎn)效率、生產(chǎn)質(zhì)量。

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