第4章 施耐德PLC冗余熱備控制系統(tǒng)-

1、第4章 施耐德PLC冗余熱備控制系統(tǒng),PLC冗余熱備控制系統(tǒng)概述,PLC冗余熱備控制系統(tǒng)原理,PLC冗余熱備控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu),PLC冗余熱備控制系統(tǒng)的功能和特點,PLC冗余熱備控制系統(tǒng)優(yōu)化,4.1 PLC冗余熱備控制系統(tǒng)概述,在冗余熱備控制系統(tǒng)中，整個PLC控制系統(tǒng)（或系統(tǒng)最重要部分如控制器）由2套配置完全相同的PLC主機、電源、冗余處理模塊組成。 2個控制器模塊使用相同的用戶程序并行工作，其中一塊是主控制器，另一塊是備用控制器，后者的輸出是禁止的。 當主控制器出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)立刻投入備用控制器，這一切換過程是由冗余熱備控制處理單元（Redundancy Process Unit，RPU）控制的，

2、I/O系統(tǒng)的切換也是由RPU實現(xiàn)的。,4.1 PLC冗余熱備控制系統(tǒng)概述,Schneider冗余熱備控制系統(tǒng)在其PLC產(chǎn)品中所占的比例如圖4-1所示。,4.1 PLC冗余熱備控制系統(tǒng)概述,Quantum的CPU大約22%用于冗余熱備系統(tǒng)。冗余熱備控制系統(tǒng)的應(yīng)用對象如圖4-2所示。,4.2 PLC冗余熱備控制系統(tǒng)原理,在Unity冗余熱備系統(tǒng)中，采用67160系列的高性能CPU。該CPU采用雙處理器結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)同步與程序處理同時進行，數(shù)據(jù)交換和冗余熱備切換不影響掃描周期。 該CPU集成有100Mb高速光纖口，可通過光纖直接連接2個CPU模塊，進行熱備數(shù)據(jù)交換，并具有抗干擾能力強，傳輸速度快等特點。

3、 熱備控制系統(tǒng)的示意圖如圖4-3所示。,4.2 PLC冗余熱備控制系統(tǒng)原理,每次掃描時，所有強制位都是從主控制器傳輸?shù)絺溆每刂破鳎鐖D4-4所示。,4.2 PLC冗余熱備控制系統(tǒng)原理,系統(tǒng)自動調(diào)整待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。在Unity Pro中，選擇“PLC”“狀態(tài)RAM查看器”，查看有關(guān)存儲器消耗情況，如圖4-5所示。,4.2 PLC冗余熱備控制系統(tǒng)原理,網(wǎng)絡(luò)掃描（主Copro與備用Copro之間的通信）在2個控制器之間交換數(shù)據(jù)，且與應(yīng)用程序并行運行，如圖4-6所示。,4.2 PLC冗余熱備控制系統(tǒng)原理,【例4.1】 熱備系統(tǒng)性能計算1。 獨立Premium PLC中的應(yīng)用程序執(zhí)行時間為80ms，數(shù)據(jù)

4、庫為100Kb，如圖4-7所示。,4.2 PLC冗余熱備控制系統(tǒng)原理,【例4.2】 熱備系統(tǒng)性能計算2。 獨立Premium PLC中的應(yīng)用程序執(zhí)行時間為80ms，數(shù)據(jù)庫為300Kb，如圖4-8所示。,4.2 PLC冗余熱備控制系統(tǒng)原理,當熱備CPU是空時，程序第一時間自動下載到熱備PLC中，且熱備CPU中沒有配置，無需另加編程工具，無需任何手動操作，如圖4-9所示。,4.2 PLC冗余熱備控制系統(tǒng)原理,標準程序可以在線更改運行PLC程序，可以使用面板或命令寄存器，把程序從運行PLC傳送到熱備PLC，如圖4-10所示。,4.2 PLC冗余熱備控制系統(tǒng)原理,鑰匙開關(guān)，用于程序保護和鍵盤授權(quán)操作，

5、如圖4-11所示。,4.2 PLC冗余熱備控制系統(tǒng)原理,典型熱備結(jié)構(gòu)如圖4-12所示。,4.3 PLC冗余熱備控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu),1冗余控制系統(tǒng)和熱備控制系統(tǒng) 所謂“冗余”系統(tǒng)，是指整個PLC控制系統(tǒng)由2套完全相同的系統(tǒng)組成，其中一套在系統(tǒng)正常工作時并不需要，如圖4-13所示。,4.3 PLC冗余熱備控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu),“冗余”系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上既可以采用2套完整的PLC控制系統(tǒng)，又可以將一個機架分為2個區(qū)域，并安裝2套模塊（包括CPU、I/O等）。2個CPU之間用光纜連接，并通過PLC的切換指令實現(xiàn)工作系統(tǒng)與備用系統(tǒng)之間的切換，如圖4-14所示。,4.3 PLC冗余熱備控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu),在熱備用（hot）系統(tǒng)中，

6、2臺CPU通過通信接口直接連接在一起，均處于通電狀態(tài)，如圖4-15所示。,4.3 PLC冗余熱備控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu),軟件冗余系統(tǒng)中PLC內(nèi)部的運行過程如圖4-16所示。,4.3 PLC冗余熱備控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu),2冗余熱備控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) Schneider冗余熱備控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要包括4種： （1）標準S908結(jié)構(gòu) 標準S908結(jié)構(gòu)主要用于過程控制，如圖4-17所示。,4.3 PLC冗余熱備控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu),（2）以太網(wǎng)結(jié)構(gòu) 以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)主要用于基礎(chǔ)設(shè)施的控制，如圖4-18所示。,4.3 PLC冗余熱備控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu),（3）混合結(jié)構(gòu) 混合結(jié)構(gòu)主要用于大型綜合系統(tǒng)的控制，如圖4-19所示。,4.3 PLC冗余熱備控

7、制系統(tǒng)結(jié)構(gòu),（4）透明就緒結(jié)構(gòu) 透明就緒結(jié)構(gòu)主要用于IP地址自動切換，如圖4-20所示。,4.3 PLC冗余熱備控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu),（1）時間關(guān)鍵性應(yīng)用：遠程I/O架構(gòu)（RIO） 此I/O系統(tǒng)的可用性可通過使用冗余電纜系統(tǒng)加強。在光纖環(huán)網(wǎng)上，這些I/O站點的順序可通過光纖收發(fā)器進行更改，如圖4-21所示。,4.3 PLC冗余熱備控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu),（2）非時間關(guān)鍵性應(yīng)用：混合架構(gòu) 考慮到在PLC模塊和分布式設(shè)備之間連接采用的Ethernet網(wǎng)絡(luò)拓撲元素，交換機要優(yōu)于集線器。采用的網(wǎng)絡(luò)拓撲類型是總線型或環(huán)型，采用銅電纜或光纖，應(yīng)視具體情況而定，如圖4-22所示。,4.3 PLC冗余熱備控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu),3熱備地

8、址交換 在熱備系統(tǒng)架構(gòu)中，Modbus、Modbus Plus和Ethernet都可以進行地址交換。默認的交換地址為： （1）Modbus：主機和從機地址相差128。例如，主機Modbus地址為1，那么，從機對應(yīng)的Modbus地址為129。 （2）Modbus Plus：主機和從機地址相差32。例如，主機地址為1，那么從機地址為33，但Modbus Plus地址范圍是164，如果主機地址加上32大于64，那么從機地址計算公式為主機地址減32。例如，主機地址為52，那么從機地址為20。 （3）Ethernet：主機和從機地址相差1，而且，IP地址不能大于253。,4.3 PLC冗余熱備控制系統(tǒng)結(jié)

9、構(gòu),4熱備狀態(tài)寄存器 熱備狀態(tài)寄存器中的位如圖4-23所示。,4.4 PLC冗余熱備控制系統(tǒng)的功能和特點,1冗余熱備控制系統(tǒng)的功能 Schneider PLC冗余熱備控制系統(tǒng)具有以下功能： 應(yīng)用程序內(nèi)存空間 系統(tǒng)寄存器 功能塊 配置 前面板上的微型端子 應(yīng)用數(shù)據(jù)的周期性傳送 程序差異監(jiān)控 確保PLC內(nèi)存內(nèi)容的一致性 通信端口地址的自動交換 通信期間的自動交換機制,4.4 PLC冗余熱備控制系統(tǒng)的功能和特點,2冗余熱備控制系統(tǒng)的特點 Schneider PLC冗余熱備控制系統(tǒng)具有以下特點： 采用先進的同步機制； 系統(tǒng)切換時間小于100ms，通常低于2030ms； 性能更強，得益于高端CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，集成工作內(nèi)存； 人性化設(shè)計，易于使用，內(nèi)置鍵盤，程序自動傳