PLC冗余系统在调水工程中的应用 &nbsh1; PLC冗余系统在调水工程中的应用 王嵩 摘 要：简要说明PLC冗余技术，介绍了某调水工程具有双网冗余功能的PLC冗余系统具体实现方案。 Key：PLC冗余技术 调水工程 应用 1.引言 中国是一个水资源严重缺省的国家，并且水资源在时空分布性上也表现为极度不均衡。因此为了满足当前中国经济的高速增长需求，越来越多的长距离、跨流域的大型调水工程正...
王嵩
摘 要：简要说明PLC冗余技术，介绍了某调水工程具有双网冗余功能的PLC冗余系统具体实现方案。
Key：PLC冗余技术 调水工程 应用
1.引言
中国是一个水资源严重缺省的国家，并且水资源在时空分布性上也 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 现为极度不均衡。因此为了满足当前中国经济的高速增长需求，越来越多的长距离、跨流域的大型调水工程正在建设和投入运行。由于调水工程的重要性，为了保证整个系统的稳定运行和可靠性，以PLC冗余控制系统为基础的SCADA监控系统也得到了越来越广泛的应用。
2.PLC冗余技术
PLC冗余技术一般是指重复配置系统中的一些重要部件或模块，当系统发生故障时，冗余配置的部件或模块会介入并承担故障部件的工作，以减少整个系统的故障时间，提高系统的可靠性。
PLC冗余技术按工作类型可分为主动和被动形式。所谓主动和被动主要是从主从切换的能动性上来分析的，主动冗余是可以主动切换，即随时自行切换；被动冗余是指正在运行的部件损坏或者不正常时才会切换到备用部件工作，这其中也包括用户手动和用户程序切换方式。冗余技术按照功能又可分为冷备用、温备用及热备用，其关系如图1所示。
（1）冷备用（cold standby），即备份所有正常运行的组件放在一旁或者仓库里，等运行的组件损坏以后更换新的组件来完成系统的正常运行，这个冗余时间和更换时间息息相关。这种冷备用方式很少去关注响应时间，并且需要运维人员干预操作。这种冗余一般应用与实时性不强、工艺要求不高的场合。
（2）温备用（warm standby），即软冗余方式，主要通过编程方式来实现，一般是配置两套完全一样的组件，一个正常运行为主，另一个待机不运行备用为从，每隔一定时间，主从内容相互交换，当运行组件出现故障，备用组件才会运行承担工作。由于软冗余的实现受多方因素制约，系统切换时间稍长，因此部分软冗余可能会导致主从设备在发生切换时有时间间隙，需人工干预或事先程序预置才能实现。西门子300冗余PLC即为典型的软冗余系统。
（3）热备用（hot standby），即硬冗余方式，是两套完全一样的组件，全部处于上电并运行状态，两个组件同时进行数据采集、数据处理和计算，只是主组件担任输出控制任务，两个组件实时交互，当主从切换的时候必须完成无扰动切换。而且热备组件系统是随时切换同时检测组件状态并 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 。当主从切换的时候，需要完成系统通讯消息和数据更新以及堆栈的同步，从而实现无间隙切换。为了确保热备系统的操作正确性，全部数据需要实时主从交互，以确保主从同步更新内容，任意一个组件故障时，另一个可以承担全部控制任务。
3.冗余方案
以下就某调水工程应用实例来具体说明PLC冗余技术的实现。
3.1双网冗余站控级SCADA系统
如图2所示，站控级SCADA 监控平台采用双机热备运行方式为系统提供双重保障，同时控制专网拓扑采用冗余的双环网结构，每一台主机都分别接入到两个通讯子网中。为了避免网络不稳定的情况下有可能导致误切换的现象，上位机采用专门的冗余状态探测通道，通过配置相 应的软硬件设备，从而可实现1秒内的快速切换。根据此设置原则，工程在各站控级及远控级分别配贵了：冗余热备的监控工作站、操作员工作站及应用服務器等。
在图2网络中两个子网都正常工作的情况下，网络中任意两台主机之间都有两条可用的通信信道，而下位机PLC在任一时刻仅使用一条通信信道和上位机通信，但是上位机却可以使用两条通信信道分别和不同的下位机PLC通讯，从而使两个通信子网的网络流量能够保持均衡，最大限度地降低现场级通讯的时延。因此该双网冗余通讯系统具有极高的稳定性、实时性和可靠性。
3.2现地站PLC冗余系统
现地站的控制单元PLC冗余系统采用GE公司的高性能RX3i系列控制器，除I/O模块外，每个现地站配置2套独立的互为热备份的冗余CPU单元，每套CPU单元包含一个CPU模块、一个多功能电源模块、一个同步模块及三个以太网通讯模块，详细配置见图3所示。其中两块具有独立的IP地址的以太网通讯模块分别向上接入到冗余的双环子网中和上位机通讯，实现数据的双网传输；剩下一个以太网通讯模块通过内部单环网和远程I/O模块连接起来。GE RX3i冗余PLC系统的切换速度为毫秒级，即达到所谓的无扰动切换。
RX3i采用热备用方式的主动冗余技术在发生故障时，可实现无扰动地自动切换。在无故障时，两个CPU单元都是处在运行状态，如果一个CPU单元出现故障，另外一个正常工作的CPU单元能够独立地完成整个过程控制任务。
为了保证无扰动的切换，就必须通过各自的同步模块通信链路实现CPU单元之间的快速可靠的数据交换。两个中央控制器必须使用相同的用户程序，自动地接受相同的数据块、输入输出过程映像和内部数据等，例如计数器、定时器以及状态寄存器等数据。这样就可以确保两个CPU单元之间同步更新内容，任意一个CPU单元发生故障时，另一个可以承担全部控制任务。
需要注意的是每个CPU单元的第三个以太网通讯模块不能减配，如果没有这个以太网模块，为了实现每个CPU单元和远程模块的通讯，每个CPU单元前两个以太网通讯模块中任意一个多余的RJ45口必须连接到内部单环网交换机上，由于这种类型的以太网通讯模块仅仅是具有一个IP地址的两端口交换机，这样就必然导致远程I/O模块同时挂在上一层站控级冗余的双环网上，使两个独立的环网之间成环，会引起网络风暴，导致整个网络瘫痪，所以一定要避免出现此类现象。
浙公网安备 33021202002483