化工车间PLC热备安全主从通讯网连锁系统
日期：2006-10-11 23:58:42 来源： 中国自动化网
点击： 作者：未知
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1 引言
由于PLC(可编程序控制器)抗干扰能力强、可靠性高、模块组合式结构及面向工程的编程语言、可进行在线修改等优点，使其系统构成灵活，易学易用、易于维护，适合于工业环境下使用，已成为一种通用普及、应用行业众多的工业控制器。在许多场合只需可编程控制器即可构成包括逻辑控制、过程控制、数据采集及位置控制、的经济合算、设计调试方便的综合控制系统。目前，PLC朝着高速度、多功能、网络化、适应集散型递增式控制的方向发展，提供了更加宽广深入的应用空间。
随着经济技术的发展和生产生活水平的提高，安全生产一直是工业企业的重中之重。尤其在化工，医药等行业，安全连锁系统不间断的可靠运行，是连续生产的前提，所以，其安全连锁系统一般都采用热备或冗余的PLC系统。一方面，厂家专用的双机冗余系统一般是大机型，功能强大，软硬件价格很高，另一方面，生产车间安全连锁系统安全性要求高，但控制节点比较少，程序规模较小，所以经常出现大马拉小车的不合理情况。
本文设计的基于主从通讯网的PLC热备系统，就是针对这种情况的一种实用的解决方案。此系统通过在某化工集团高密度车间和聚丙烯车间的应用，取得了安全、经济的良好效果。文中以松下电工FP3型PLC为例进行说明，此方案也可以推广到其他厂家具有类似网络功能的PLC系统设计中。
2 热备系统方案设计
2.1 PLC主从通讯网介绍
松下电工FP3型PLC是一种价格适中的模块化的中型机，FP3主从通讯网是专门用于FP3型PLC之间、与其它机型PLC或工业现场控制的远程I/O进行主从通信的通信网，它采用总线型拓扑结构，通过标准RS-485口实现主从式介质访问。该网络可组成两种方式的主从通讯系统:第一种是通过W-LINK单元实现PLC之间的主从通信;第二种是通过远程控制主单元和从单元实现远程I/O扩展，即由远程控制主单元与远程I/O终端、带I/O单元或高级单元的从单元进行主从通信，对连结在远程控制主单元上PLC站进行遥控编程和远程I/O控制。我们的PLC热备系统就是充分利用这两种通信方式的组合效果来实现的。
2.2 系统结构及工作原理
系统结构如图1所示。因为I/O模块一般都有备件，而且一两个I/O模块的故障一般都只影响相关的控制点，但电源单元、CPU或通信单元的故障却会影响整个系统。所以，此系统配置以两个PLC主从控制站来实现控制站的双机在线备份，远程现场站的I/O则不进行冗余。根据硬件手册进行硬件连接及面板设置简单方便，系统工作原理做简介如下。
工作原理:正常情况下，主控制站通过其远程控制主单元与现场站的从单元的通信实现远程现场的I/O控制和主、从控制站错误监测和报警输出。同时，从控制站通过W-LINK主从网络单元，实时检测主控制站是否有错误发生。主控制站有故障，从控制站马上发出转换信号给主从转换器，主从转换器将现场控制权交给从控制站，系统保持原有状态继续运行。此后按照报警输出对主控制站进行维修，也不影响安全连锁系统的连续运行。
2.3 热备系统通讯软件设计
主/从控制站流程图如图2、图3所示。
主/从控制站流程图说明:
(1) 链接寄存器“LD0”是W-LINK网相关CPU可共享数据的公共寄存器;
(2) 链接继电器“L0”是W-LINK网相关CPU可传递信号公共继电器。此处用来表示主控站是否发生故障;
(3) 流程图①、②部分输入数据存储的作用:站接管控制权的瞬间，有可能还监测不到现场输入。通过将主站所测输入信号转存到公共数据区，从站再从公共数据区读入自己的辅助继电器，继续主站原有状态进行现场控制;到现场站，输入信号可测再将输入信号直接存入辅助继电器，进行输出控制。
WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户)
由于PLC(可编程序控制器)抗干扰能力强、可靠性高、模块组合式结构及面向工程的编程语言、可进行在线修改等优点，使其系统构成灵活，易学易用、易于维护，适合于工业环境下使用，已成为一种通用普及、应用行业众多的工业控制器。在许多场合只需可编程控制器即可构成包括逻辑控制、过程控制、数据采集及位置控制、的经济合算、设计调试方便的综合控制系统。目前，PLC朝着高速度、多功能、网络化、适应集散型递增式控制的方向发展，提供了更加宽广深入的应用空间。
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随着经济技术的发展和生产生活水平的提高，安全生产一直是工业企业的重中之重。尤其在化工，医药等行业，安全连锁系统不间断的可靠运行，是连续生产的前提，所以，其安全连锁系统一般都采用热备或冗余的PLC系统。一方面，厂家专用的双机冗余系统一般是大机型，功能强大，软硬件价格很高，另一方面，生产车间安全连锁系统安全性要求高，但控制节点比较少，程序规模较小，所以经常出现大马拉小车的不合理情况。
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本文设计的基于主从通讯网的PLC热备系统，就是针对这种情况的一种实用的解决方案。此系统通过在某化工集团高密度车间和聚丙烯车间的应用，取得了安全、经济的良好效果。文中以松下电工FP3型PLC为例进行说明，此方案也可以推广到其他厂家具有类似网络功能的PLC系统设计中。
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2 热备系统方案设计
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2.1 PLC主从通讯网介绍
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松下电工FP3型PLC是一种价格适中的模块化的中型机，FP3主从通讯网是专门用于FP3型PLC之间、与其它机型PLC或工业现场控制的远程I/O进行主从通信的通信网，它采用总线型拓扑结构，通过标准RS-485口实现主从式介质访问。该网络可组成两种方式的主从通讯系统:第一种是通过W-LINK单元实现PLC之间的主从通信;第二种是通过远程控制主单元和从单元实现远程I/O扩展，即由远程控制主单元与远程I/O终端、带I/O单元或高级单元的从单元进行主从通信，对连结在远程控制主单元上PLC站进行遥控编程和远程I/O控制。我们的PLC热备系统就是充分利用这两种通信方式的组合效果来实现的。
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2.2 系统结构及工作原理
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系统结构如图1所示。因为I/O模块一般都有备件，而且一两个I/O模块的故障一般都只影响相关的控制点，但电源单元、CPU或通信单元的故障却会影响整个系统。所以，此系统配置以两个PLC主从控制站来实现控制站的双机在线备份，远程现场站的I/O则不进行冗余。根据硬件手册进行硬件连接及面板设置简单方便，系统工作原理做简介如下。
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工作原理:正常情况下，主控制站通过其远程控制主单元与现场站的从单元的通信实现远程现场的I/O控制和主、从控制站错误监测和报警输出。同时，从控制站通过W-LINK主从网络单元，实时检测主控制站是否有错误发生。主控制站有故障，从控制站马上发出转换信号给主从转换器，主从转换器将现场控制权交给从控制站，系统保持原有状态继续运行。此后按照报警输出对主控制站进行维修，也不影响安全连锁系统的连续运行。
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2.3 热备系统通讯软件设计
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主/从控制站流程图如图2、图3所示。
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主/从控制站流程图说明:
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(1) 链接寄存器“LD0”是W-LINK网相关CPU可共享数据的公共寄存器;
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(2) 链接继电器“L0”是W-LINK网相关CPU可传递信号公共继电器。此处用来表示主控站是否发生故障;
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(3) 流程图①、②部分输入数据存储的作用:站接管控制权的瞬间，有可能还监测不到现场输入。通过将主站所测输入信号转存到公共数据区，从站再从公共数据区读入自己的辅助继电器，继续主站原有状态进行现场控制;到现场站，输入信号可测再将输入信号直接存入辅助继电器，进行输出控制。
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