水務公司PLC系統控制站冗余熱備改造技術

李潔蘭

摘 要：本文圍繞冗余熱備設備概括、冗余熱備改造方案的實施目的、冗余熱備控制系統的技術特點、水務公司PLC系統控制站冗余熱備改造的具體內容、冗余熱備改造方案效果驗證5個方面展開討論，對水務公司PLC系統控制站冗余熱備改造技術進行了分析，并提出了一些自己的拙見，希望能夠對今后水務公司的冗余熱備改造工作提供一些理論建議。

關鍵詞：水務公司；PLC系統；冗余熱備；改造技術

中圖分類號：TF355 文獻標識碼：A

水務公司PLC系統控制站是水務公司中一項十分重要的輔助系統，尤其是對于一些規模較大的大型水務公司來說，對于水質的要求較高，必須通過不同的控制環境以及工藝條件，并使用PLC冗余熱備技術對控制系統單元進行正確地選擇及設置，確保控制過程更加完整、協調，具有高效性。

1.冗余熱備改造方案的實施目的

廣州發展新塘水務有限公司于2005年正式投產成立，其水務公司的自動化系統以及相關檢測儀表設備先后共經歷了6年以上的試運行。在原本的設計方案中，水務公司所采用的PLC系統為單CPU型，遠程I/O通信站使用的是單網拓撲結構，這種類型的控制系統已經難以滿足現階段的凈水技術，且無法確保PLC控制系統的安全性和穩定性，當CPU發生故障時，必定會直接導致水務公司的供水工作無法正常進行，從而造成各方面的負面影響。基于上述原因，我們迫切需要在原有基礎上對水務公司的PLC控制系統進行全面的升級和改造。

2.冗余熱備控制系統的技術特點

2.1 可靠性較高

（1）控制系統使用的是雙CPU冗余設計，其中運用了國際上領先的同步技術，在控制過程中主機備機同時運作，并使用高速同步光纖網實現網絡的連接。

（2）控制系統使用的是雙通信通道冗余技術，控制系統中采用Modbus Plus或TCP/IP協議通信系統，并采用RIO的遠程I/O網絡結構，均采用雙纜的冗余方式。

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

（4）由于采用先進的CPU內部結構，實現了集成式工作內存，因此具有更高的性能。

（5）采用人性化設計方案，操作簡便，設有內置鍵盤，信息由程序自動傳輸，不需要依靠單獨的冗余軟件選件包。

2.2 互為熱備的控制器具有獨特的工作特性

（1）能夠確保數據的實時化傳輸及兩個CPU程序之間的一致性。

（2）在任何一個掃描周期中系統都會自動對信息數據進行傳輸，以此來確保兩個CPU之間保持同步的工作狀態。

（3）切換完成的最長時間是兩個掃描周期。

（4）在控制程序變化時，控制器能夠自動啟動新程序的下載功能。

（5）在第一次組態時，用戶只需要安裝一次程序，且安裝速度非常快。

（6）雙機熱備配置由于采用了IEC方式，因此無須進行復雜的編程工作，從而使得傳統的單CPU、單網絡PLC系統在改造成為冗余熱備PLC系統后，其安全性以及穩定性都將得到大幅度提升。Quantum PLC雙機熱備系統的實現方式主要有兩種，分別為單獨熱備模塊以及CPU集成熱備功能，在本次改造過程中，筆者將把這兩項技術有機地融合在一起，充分利用原來系統中的一些完好硬件，對控制單元進行科學合理地布局，使系統風險更好地分散。

3.水務公司PLC系統控制站冗余熱備改造的具體內容

水務公司原采用單CPU的PLC控制系統，無法確保系統的安全性與穩定性。為了使系統性能得到提升，在原系統基礎上利用柜內剩余空間增設了一套冗余熱備的CPU，將CPU的型號以及相應設備的型號進行統一更換，紊凝池排泥系統無線電臺繼續使用，從而確保與雙CPU之間的232通信正常進行。

3.1 水務公司控制系統網絡配置圖（圖1）

3.2 冗余熱備的具體改造方案

（1）將原有PLC控制系統中使用的型號為140 CPU 534 14A的單CPU模塊替換成為型號為140 CPU 671 60的雙機熱備模塊，使用MTRJ光纖接頭實現熱備體系結構中主輔PLC之間的相互連接，確保兩臺PLC設備共同運作。

（2）在原有基礎上增設RIO網絡模塊，確保PLC系統中的遠程I/O站實現AB兩網之間的通信，從而達到網絡冗余的目的。

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

4.冗余熱備改造方案效果驗證

主CPU正常工作狀態下，熱備狀態的CPU負責對主CPU進行跟蹤，并定時根據監測情況輸出相關信號。在監測過程中若發現主CPU發生故障，系統會自動將運行設備切換成為熱備CPU，用于替主CPU進行工作。當主CPU程序在線被修改后，熱備CPU會通過監測發現主CPU程序與自己的程序不一致，隨后熱備CPU會自動對程序進行刷新，確保CPU程序信息的實時檢測與更新，在很大程度上保障了系統的安全性與穩定性。

結語

綜上所述，在水務公司的PLC控制系統中，使用冗余熱備取代單CPU設備不僅可以提高系統的安全性，同時也能夠使系統的穩定性得到保障，從而實現更高的運作效率。由此可見，冗余熱備在PLC控制系統中的應用必將成為未來的發展趨勢，我們還應在現有的技術上不斷改進和創新，提升系運作效率，確保這項技術的持續發展。

參考文獻

[1]劉志穎，鄭松，張瑜.淺談三重冗余控制系統及其表決機制[J].控制工程，2013（1）：198-201+205.

[2]馬文忠，李耀榮，張偉.NPC三電平逆變器冗余控制技術的研究[J].電力電子技術，2012（9）：24-26.

[3]李長遠.單機PLC系統升級為冗余熱備系統的設計與實施[J].石油化工設計，2012，29（3）：11-13+5.