采用小型PLC搭建冗余控制系統(tǒng)的研究與實踐

引言

目前大部分PLC廠家只在大型PLC系統(tǒng)中推出冗余型 PLC ,而在小型PLC系統(tǒng)中沒有推出冗余型PLC , 且大型的冗余型PLC系統(tǒng)價格昂貴 。

隨著各行各業(yè)對控制系統(tǒng)可靠性要求的提高 , 如何采用小型PLC實現(xiàn)低成本的冗余控制系統(tǒng)解決方案就成為了一個課題 。本文探討了一種采用小型PLC實現(xiàn)冗余配置的方案 ,對其原理及應(yīng)用進行了介紹。

1 采用小型PLC實現(xiàn)冗余配置的方案簡介

采用小型PLC實現(xiàn)冗余控制的方案如圖1所示 。在采用小型PLC搭建的冗余型控制系統(tǒng)中配置有兩臺型號完全相同的小型PLC , 分別稱之為PLCA和PLCB , 此外還配置有 一 個 watchdog信號檢測裝置 , 用于判斷PLCA和PLCB是否處于正常的工作狀態(tài)并實現(xiàn)主從PLC的切換 。PLCA和PLCB接受相同的輸入信號 ,而輸出信號則通過watchdog信號檢測裝置的判斷 ,決定采用哪臺PLC的輸出作為冗余控制系統(tǒng)的輸出。 watchdog信號檢測裝置可以是一 臺小點數(shù)的小型PLC , 也可以是單片機。

2 主從PLC的判斷及切換原理

在冗余PLC系統(tǒng)中 , 最關(guān)鍵的是如何對主從PLC進行判斷及實現(xiàn)主從PLC的切換。

2. 1 如何判斷PLCA、PLCB的狀態(tài)

PLCA、PLCB各產(chǎn)生一個watchdog脈沖信號 ,通過Do點發(fā)送watchdog脈沖信號給watchdog信號檢測裝置 。watchdog信號檢測裝置對PLCA、PLCB發(fā)送過來的watchdog脈沖信號進行檢測 ,發(fā)現(xiàn)信號異常時 ,則判斷該PLC發(fā)生故障 。

2.2 上電時的主從狀態(tài)及正常運行過程中主從PLC的切換

若PLCA、PLCB都是正常的 ,上電啟動時若啟動順序為 watchdog信號檢測裝置二PLCA二PLCB ,則watchdog信號檢測裝置會優(yōu)先檢測到PLCA的watchdog信號 , 把PLCA作為主機 , 然后才檢測到PLCB的狀態(tài) , 把PLCB作為備用機:若上電啟動的順序為watchdog信號檢測裝置二PLCB二PLC A,則watchdog信號檢測裝置會優(yōu)先檢測到PLCB的watchdog 信號 ,把PLCB作為主機 ,然后才檢測到PLCA的狀態(tài) ,把PLCA 作為備用機:若上電啟動的順序為PLCA(或PLCB) 二PLCB (或PLCA) 二watchdog信號檢測裝置 , 則watchdog信號檢測裝置同時檢測到PLCA、PLCB的watchdog信號 ,這種情況下優(yōu)先把PLCA作為主機 ,把PLCB作為備用機 。

正常運行過程中 ,若作為主機的PLCA(也可能是PLCB)發(fā)生故障 , 則其停止給watchdog信號檢測裝置發(fā)送watchdog 信號 , watchdog信號檢測裝置檢測到PLCA(或PLCB) 的 watchdog信號異常 ,判斷其發(fā)生故障 ,發(fā)出主從切換信號 。

3 用于實現(xiàn)冗余的lo點

3. 1 PLCA、PLCB用于實現(xiàn)冗余的lo點

Dol:watchdog脈沖信號(towatchdog信號檢測裝置) :

D1l:A為主 機 , B為備 用 機 (fromwatchdog信號 檢 測裝置) :

D12 : B為主 機 , A為備 用 機 (fromwatchdog 信 號 檢 測裝置) 。

3.2 Watchdog信號檢測裝置的lo點

D1l:PLCA 的watchdog脈沖信號 (fromPLCA) : D12:PLCB 的watchdog脈沖信號 (fromPLCB) : Dol:A為主機 ,B為備用機(toPLCA & PLCB) : Do2:B為主機 ,A為備用機(toPLCA & PLCB) : Do3:采用PLCA的輸出脈沖信號(to 輸出切換裝置) : Do4:采用PLCB的輸出脈沖信號(to 輸出切換裝置) 。

4 輸入輸出信號的處理

4. 1 開關(guān)量輸入信號的處理

開關(guān)量輸入信號可以采用繼電器將開關(guān)量信號分成兩個信號同時接入到PLCA和PLCB中 。

4.2 模擬量輸入信號的處理

模擬量輸入信號可以采用一進兩出的模擬量信號隔離器將模擬量信號分成兩個信號同時接入到PLCA和PLCB中。

4.3 開關(guān)量輸出信號的處理

開關(guān)量輸出信號采用R/s保持型繼電器作為輸出信號的切換裝置 ,watchdog信號檢測裝置的Do3 (采用PLCA的輸出)接到R/s保持型繼電器的R端 ,watchdog信號檢測裝置的Do4(采用PLCB的輸出)接到 R/s保持型繼電器的s端 。

4.4 模擬量輸出信號的處理

模擬量輸出信號采用 自制的一 個電子線路板作為輸出信號的切換裝置 , 該線路板 根 據(jù) watchdog 信 號 檢 測裝 置 的 Do3、 Do4信號選擇采用作為主機的PLC輸出 。

5 程序的實現(xiàn)

本文以oMRoNPLC為例 ,介紹程序的實現(xiàn)方法 。

(1)PLCA (PLCB) 中用于產(chǎn)生watchdog脈沖信號的程序 ,如圖2所示。

(2)watchdog信號檢測裝置對PLCA的狀態(tài)判斷程序如圖3所示 。watchdog信號檢測裝置對PLCB的狀態(tài)判斷程序與PLCA一致 。

(3)watchdog信號檢測裝置選擇主從PLC的程序 , 如圖4所示 。

6 結(jié)語

采用小型PLC搭建的冗余控制系統(tǒng)已經(jīng)在多個實際工程項目中得到了應(yīng)用 ,且反饋效果良好 。

只要在平時工作中勤于思考、勤于研究、勤于實踐 ,就 一定能夠找到適用于小點數(shù)(1o點數(shù)少)場合的低成本、高可靠的冗余解決方案 , 實現(xiàn)無人值守 , 不僅在建設(shè)期能為用戶節(jié)省經(jīng)費投資 ,還能夠降低后期的維修費用 ,節(jié)約大量人力成本 。