PLC软冗余系统在工业自动化生产中的应用

孙佳隆

（青岛杰瑞工控技术有限公司 轨道交通事业部，青岛 266000）

PLC软冗余系统在工业自动化生产中的应用

孙佳隆

（青岛杰瑞工控技术有限公司 轨道交通事业部，青岛 266000）

随着工业生产领域自动化水平的提升，生产效率及产品质量的提升越来越依赖于自动化系统的可用程度。一旦自动化生产系统出现故障，将会带来巨大损失，甚至引发重大安全隐患。本文在工业自动化生产中进行PLC软冗余系统的构建，在PLC软冗余系统的应用下，极大保障工业自动化生产过程运行的稳定性与可靠性。

软冗余 主备切换 可编程控制器 工业自动化

在工业自动化生产过程中，为确保生产系统能长时间连续、稳定运行，通常应用可编程逻辑控制器PLC，把其作为系统控制器，并以此为基础，构建PLC软冗余系统，以便有效提高工业自动化系统生产过程的可靠性。

1 PLC软冗余的原理及系统结构分析

常用PLC软冗余系统构成见图l。在系统运行过程中，两个CPU同时启动，但是，只有主CPU模块执行系统控制命令，备用CPU模块实时对主用CPU模块运行状态进行检测，一旦主用CPU模块出现故障，备用模块随时接替它进行工作。同主CPU进行通信的是IM153-2模块，其始终处于激活状态，以便主CPU模块能对I/O模块进行访问。一旦系统出现故障，可实现主备的切换，备站可以及时接替主站，继续运行。

图1 常见PLC软冗余系统结构

就PLC软冗余系统而言，为了实现软冗余的各项功能，必须在程序中调用冗余软件包功能模块，如初始化FC100模块，对故障进行判断及实现主备切换的FC102模块，数据发送与接收FB103模块等。在PLC软冗余系统各执行周期中，系统先调用FB101模块，对该模块数据进行接收，以便掌握备用系统运行状态，并执行冗余程序，再对FB101模块进行调用，将所需信息传送至备用系统，备用系统对该模块信息进行接收。对主系统运行状态进行分析，并将备用系统的运行状态直接传送至主系统。FB101是实现冗余功能最为关键的模块，该模块执行过程中，要对主备用系统进行分析，并负责数据的发送与接收。

2 PLC软冗余系统在工业自动化生产中的应用

2.1 系统的实现目标

本文以工业废油再生自动化生产系统为例，就PLC软冗余系统的应用进行分析。在该系统中，PLC软冗余系统的控制要点如下：第一，对废油预处理后进入再生装置中的流量进行有效控制；第二，对输出流量的稳定性进行有效控制。在设计中，除采用高可靠性PLC作为关键控制器以外，还必须进行PLC软冗余系统的构建，以保障自动化生产系统运行过程的可靠性、稳定性。

2.2 系统的硬件组成

系统硬件包括两方面：一是以CPU为核心的PLC电机调速控制系统，利用双CPU，有效实现系统的冗余控制；二是以CPU为核心的转速测量控制系统，对PLC冗余系统能否实现自动化切换进行验证，结合电机的运行曲线，对电机转速稳定与否进行判断。主备系统之间的CPU采用的是MPI通讯方式，主、备站间利用的是Profibus通讯。

2.3 系统软件程序设计

PLC软冗余系统软件程序设计主要包括两方面：一是硬件组态构建、冗余程序设计。对硬件组态的构建而言，结合PLC及各模块型号，构建两套相同主备系统。系统运行过程中，上位机同的PLC间需展开数据交换。因此，首先需对模块的地址加以编程和分配，利用STEP 7软件，对硬件组态进行编程，具体而言，包括如下：①利用STEP7软件，构建新项目，出现初始组态窗口，其中，组态窗口的左侧为项目图标，可插入新对象SIMATIC 300站点；②在菜单栏中，点击“选项”，点击“设置PG/PC”，选择上位机、PLC间的通讯方式，选为TCP/IP；③进行组态搭建。分别针对冗余系统中的主备系统展开硬件组态构建。两个系统组态的构建，具有不同的MPI通讯地址，其他相同，先于导轨1号槽中，进行电源模块地插入，于2号槽中，进行CPU模块地插入，并对地址、上位机间通信方式进行设定；④选择PROFIBUS总线，作为远程I/O与CPU之间的基本通信方式，设定通信参数，并在PROFIBUS DP中挂I/ O模块；⑤硬件组态构建完成后，还需实现同PLC的有效通讯，以便检查组态科学与否。点“保存和编译”和“下载”，选择所用PLC屏上CPU型号一致的CPU，并确认；⑥备用系统的硬件组态在地址设置方面存在差别，通讯网络配置主要包括主、从站的PROFIBUS、备用系统与备站PROFIBUS、主备系统间MPI通讯链路三部分。本文对2条主从通讯PROFIBUS-DP地址进行设置，设为2；设置IM153-2地址为3；就主系统CPU而言，实现数据同步的地址设为2，备系统MPI地址设为4。

在利用冗余包功能模块进行冗余程序设计时，对主系统而言，先进行故障中断组织模块地插入，分别包括主备站通信出错与调用OB86，暖启动初始化OB100、终端模块OB35；针对OB100程序进行编制时，需对冗余包中的FC100进行调用，对系统配置信息及同步信息进行设置，对OB35进行程序设计时，所编写程序大致如下：