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PLC雙網(wǎng)冗余通訊技術(shù)在化學(xué)水中的應(yīng)用

2015-09-23 21:04:28苑咸光張衛(wèi)寶白利紅
卷宗 2015年9期

苑咸光 張衛(wèi)寶 白利紅

摘 要:電廠化學(xué)水處理系統(tǒng)作為電廠輔機程控系統(tǒng)的重要組成部分,是電廠輔機中控制最高、最前沿的工藝過程,為鍋爐提供高品質(zhì)的除鹽水,其運行穩(wěn)定關(guān)系整個鍋爐的安全性和生產(chǎn)的連續(xù)性,因此化學(xué)水系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的重要性是不言而喻的?;瘜W(xué)水系統(tǒng)的穩(wěn)定運行除了現(xiàn)場設(shè)備的可靠外,還需要控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。通過對通訊技術(shù)的改進,將化學(xué)水控制系統(tǒng)在原有雙機熱備的基礎(chǔ)上改進成為雙機熱備和雙網(wǎng)冗余控制結(jié)構(gòu),確保系統(tǒng)的安全穩(wěn)定長周期運行。

關(guān)鍵詞:Unity Pro;NOE通訊;雙網(wǎng)冗余;網(wǎng)絡(luò)互切

1 引言

豐潤熱電廠化學(xué)水控制系統(tǒng)采用遠(yuǎn)控及就地控制相結(jié)合的控制方式,控制系統(tǒng)實現(xiàn)了PLC和CRT操作站形式的程序控制和監(jiān)視控制模式。PLC控制系統(tǒng)是化學(xué)水程控的核心,其采用工控機為上位機,PLC控制系統(tǒng)為下位機的二級控制模式,因此PLC系統(tǒng)出現(xiàn)故障后,化學(xué)水車間均無法正常工作,為了保證化學(xué)水系統(tǒng)的穩(wěn)定運行,需要設(shè)計冗余控制模式。豐潤熱電公司化學(xué)水系統(tǒng)于2009年正式投入運行,雖然設(shè)計了雙機熱備控制結(jié)構(gòu),但是沒有設(shè)計網(wǎng)絡(luò)的雙向冗余功能,當(dāng)NOE通訊板卡出現(xiàn)故障后,遠(yuǎn)方操作員站就無法正??刂坪捅O(jiān)視化學(xué)水系統(tǒng),通過本次改造,將系統(tǒng)雙機熱備結(jié)構(gòu)改造成為雙機雙網(wǎng)冗余結(jié)構(gòu),確保系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

2 化學(xué)水系統(tǒng)組成

化學(xué)水處理系統(tǒng)采用Medicon Quantum Unity系列的PLC。其中采用Medicon Quantum CPU 6710模塊,電源模塊140-CPS-114-20,通訊模塊為:140-CPS-93X-00,140-NOE-771-01二模塊。控制器采用雙機熱備形式,通過遠(yuǎn)程I/O的方式連接現(xiàn)場需要監(jiān)視和控制的設(shè)備,主控制系統(tǒng)和遠(yuǎn)程I/O控制站之間采用同軸電纜冗余通訊方式進行信息傳輸。硬件如圖1所示。根據(jù)設(shè)計模型,系統(tǒng)有以下特點:(1)就地控制站采用2臺配置完全相同的計算機依靠以太網(wǎng)通訊技術(shù),通過監(jiān)控軟件監(jiān)視系統(tǒng)設(shè)備的運行狀態(tài),并且配置為雙網(wǎng)冗余模式,提高系統(tǒng)的可靠性和靈活性。2臺就地控制站站對現(xiàn)場設(shè)備進行參數(shù)的采集、存儲,根據(jù)不同的要求,選擇操作模式,提高了設(shè)備的性能和減少運行人員的勞動強度。(2)通過PLC硬件實現(xiàn)CPU的雙機熱備。雙CPU通過冗余內(nèi)存交換模塊達(dá)到熱備目的,冗余內(nèi)存交換模塊提供了一個高性能的通訊網(wǎng)絡(luò),用于連接基于VME-BUS基礎(chǔ)上的系統(tǒng)。當(dāng)主控CPU出現(xiàn)故障時,備用的CPU就自動切換為主控制CPU控制整個系統(tǒng)的運行,保證系統(tǒng)的安全。自動切換的前提條件為主CPU本身出現(xiàn)故障,其他部件出現(xiàn)問題是不能正?;デ小#?)就地控制站和遠(yuǎn)方服務(wù)器與2臺CPU的連接只依靠主備CPU上單一NOE卡件,此環(huán)節(jié)為單網(wǎng),沒有考慮冗余環(huán)節(jié)。當(dāng)主CPU中的NOE板卡出現(xiàn)故障,導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)不通暢時,主、備CPU是不會切換的,造成整套系統(tǒng)失去監(jiān)視和操作功能。因此設(shè)置NOE卡為單一網(wǎng)絡(luò)通訊是不可取的。(4)每個子站和主站的通訊是基于同軸電纜的雙網(wǎng)冗余通訊。當(dāng)主通道出現(xiàn)故障后,備用通道自動切換成主通道,自動切換時不影響設(shè)備的正常運行,從而保證了設(shè)備的可靠性。

3 改造方案

通過對現(xiàn)場實際運行情況的觀察發(fā)現(xiàn),當(dāng)主CPU的NOE板卡出現(xiàn)故障,主CPU正常運行時,主CPU是無法判斷NOE板卡故障,實現(xiàn)自動切換到備用CPU,與輔控網(wǎng)的正常通訊。主CPU不能正常切換,NOE板卡出現(xiàn)故障就會導(dǎo)致整套系統(tǒng)失去監(jiān)視和控制,給設(shè)備的安全運行帶來了隱患。為了解決這個安全隱患,在本技改中首先完成硬件的連接。即通過增加2個NOE卡件,以及2個交換機和NOE卡件之間的網(wǎng)線,實現(xiàn)每套CPU熱備機架上配置2塊以太網(wǎng)通訊模塊,以太網(wǎng)通訊模塊和上位機的網(wǎng)卡通過2臺網(wǎng)絡(luò)交換機進行數(shù)據(jù)交換,從而實現(xiàn)上位機和PLC通訊雙網(wǎng)冗余。改后的輔控網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。完成硬件連接后,下一步是修改邏輯組態(tài)。通訊邏輯組態(tài)最初只有16段通訊組態(tài),新增版塊后,將NOE板卡設(shè)置為16段和17段,并根據(jù)實際接線配置不同的板卡,配置圖如圖3所示。

采用上位機和PLC通信雙網(wǎng)冗余技術(shù)后,熱備系統(tǒng)可實現(xiàn)高可靠性。二個板卡均采用相同的軟件和硬件進行配置。在每個掃描周期之后,主控制器對備份控制器進行所有數(shù)據(jù)更新。主控制器和備用控制器經(jīng)?;ハ嗤ㄐ?,實現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的功能。如果主控制器故障,控制器的狀態(tài)就會被切換。備用控制器變成主控制器,執(zhí)行應(yīng)用程序,控制遠(yuǎn)程IO模塊。當(dāng)1快NOE板卡出現(xiàn)故障后,上位機自動通過另外一塊NOE板卡采集數(shù)據(jù),實現(xiàn)對系統(tǒng)的監(jiān)視和控制。

4 雙機雙網(wǎng)冗余系統(tǒng)特點

以太網(wǎng)絡(luò)主要優(yōu)點在于:傳輸數(shù)據(jù)的速度快,可以提供無限制的通信性能,采用冗余的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)極大的提高了系統(tǒng)的可靠性、具有良好的兼容性,開放性以及靈活性。基于工業(yè)以太網(wǎng)通訊的雙機雙網(wǎng)冗余系統(tǒng)具有以下幾個特點:

(1)有CPS、CPU、CRP、NOE模塊組成熱備系統(tǒng),增強了系統(tǒng)的安全可靠性。主站和備用站是二套完全相同的獨立系統(tǒng),二者之間通過光纖連接,利用CPU模塊組成熱備系統(tǒng),程序的下載只需一次完成,即可實現(xiàn)全部硬件冗余技術(shù);無須任何編程工作,即可實現(xiàn)全部硬件冗余技術(shù);支持以太網(wǎng)模塊IP地址能夠?qū)崿F(xiàn)自動切換,切換時間快,大約為13~48ms。

(2)雙機熱備系統(tǒng)的特性。①每個掃描周期均傳送數(shù)據(jù)及狀態(tài)信息確保雙CPU工作狀態(tài)的完全一致;②二個控制器之間采用HSBY光纜連接,熱控控制器可放在2km以外;③主控制器執(zhí)行應(yīng)用程序,控制RIO,在每個掃描周期之后更新熱備控制器,如果主控制器故障,備用控制器在一個掃描周期內(nèi)將起控制作用;④初次組態(tài)時,用戶快速、有效,只需下載一次,空白控制器自動傳輸,其他情況可以使命令寄存器系統(tǒng)為%SW60.5傳輸;⑤使用Unity Pro軟件編程,其中IO模塊支持熱更換,即運行時可換損壞的模塊。

(3)以太網(wǎng)模塊應(yīng)用廣泛層采用國際標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP協(xié)議,提供全放開的工業(yè)以太網(wǎng),方便與第三方廠家的以太網(wǎng)設(shè)備進行連接,無須增加任何硬件或軟件,兼容性強,支持TCP/IP遠(yuǎn)方編程、下載/上傳、監(jiān)視、參數(shù)修改等等功能。

(4)IP地址自動切換。主站以太網(wǎng)模塊的IP地址為設(shè)定的IP地址,備用站IP地址遵從N+1原則,熱備系統(tǒng)發(fā)生切換后,IP地址自動發(fā)生切換,保證了系統(tǒng)與上位機正??煽康耐ㄓ崱F渲兄骺刂破鱅P地址為172.16.2.41。備用控制器的IP地址為172.16.2.42。其中二個網(wǎng)絡(luò)分別為16段網(wǎng)絡(luò)和17段網(wǎng)絡(luò)。

5 結(jié)束語

通過本次改造徹底實現(xiàn)了上位機雙機冗余,PLC的CPU雙機熱備,上位機與PLC通訊雙網(wǎng)冗余,PLC控制站間通訊的雙網(wǎng)冗余,每一個環(huán)節(jié)全部采用冗余配置模式,降低了系統(tǒng)設(shè)備故障后,引起整套系統(tǒng)停運的幾率。PLC雙機雙網(wǎng)冗余熱備技術(shù)在化學(xué)水控制系統(tǒng)中的應(yīng)用,提高了水處理控制系統(tǒng)的運行質(zhì)量和安全性。該控制系統(tǒng)改造以后,工作性能穩(wěn)定,運行正常,數(shù)據(jù)傳輸可靠,系統(tǒng)功能完整,為生產(chǎn)提供了保障,解決了通訊問題帶來的隱患,實踐證明此應(yīng)用方案是成功的。

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