水务公司PLC系统控制站冗余热备改造技术

《中国新技术新产品》2017年07期

李洁兰

水务公司PLC系统控制站是水务公司中一项十分重要的辅助系统，尤其是对于一些规模较大的大型水务公司来说，对于水质的要求较高，必须通过不同的控制环境以及工艺条件，并使用PLC冗余热备技术对控制系统单元进行正确地选择及设置，确保控制过程更加完整、协调，具有高效性。

1.冗余热备改造方案的实施目的

广州发展新塘水务有限公司于2005年正式投产成立，其水务公司的自动化系统以及相关检测仪表设备先后共经历了6年以上的试运行。在原本的设计方案中，水务公司所采用的PLC系统为单CPU型，远程I/O通信站使用的是单网拓扑结构，这种类型的控制系统已经难以满足现阶段的净水技术，且无法确保PLC控制系统的安全性和稳定性，当CPU发生故障时，必定会直接导致水务公司的供水工作无法正常进行，从而造成各方面的负面影响。基于上述原因，我们迫切需要在原有基础上对水务公司的PLC控制系统进行全面的升级和改造。

2.冗余热备控制系统的技术特点

2.1可靠性较高

（1）控制系统使用的是双CPU冗余设计，其中运用了国际上领先的同步技术，在控制过程中主机备机同时运作，并使用高速同步光纤网实现网络的连接。

（2）控制系统使用的是双通信通道冗余技术，控制系统中采用Modbus Plus或TCP/IP协议通信系统，并采用RIO的远程I/O网络结构，均采用双缆的冗余方式。

（3）控制系统使用的是双电源供电冗余技术，对主备控制器的切换时间不超过100ms，一般情况下都处于20ms~30ms范围之间。

（4）由于采用先进的CPU内部结构，实现了集成式工作内存，因此具有更高的性能。

（5）采用人性化设计方案，操作简便，设有内置键盘，信息由程序自动传输，不需要依靠单独的冗余软件选件包。

2.2互为热备的控制器具有独特的工作特性

（1）能够确保数据的实时化传输及两个CPU程序之间的一致性。

（2）在任何一个扫描周期中系统都会自动对信息数据进行传输，以此来确保两个CPU之间保持同步的工作状态。

（3）切换完成的最长时间是两个扫描周期。

（4）在控制程序变化时，控制器能够自动启动新程序的下载功能。

（5）在第一次组态时，用户只需要安装一次程序，且安装速度非常快。

（6）双机热备配置由于采用了IEC方式，因此无须进行复杂的编程工作，从而使得传统的单CPU、单网络PLC系统在改造成为冗余热备PLC系统后，其安全性以及稳定性都将得到大幅度提升。Quantum PLC双机热备系统的实现方式主要有两种，分别为单独热备模块以及CPU集成热备功能，在本次改造过程中，笔者将把这两项技术有机地融合在一起，充分利用原来系统中的一些完好硬件，对控制单元进行科学合理地布局，使系统风险更好地分散。

3.PLC系统控制站冗余热备改造的具体内容

水务公司原采用单CPU的PLC控制系统，无法确保系统的安全性与稳定性。为了使系统性能得到提升，在原系统基础上利用柜内剩余空间增设了一套冗余热备的CPU，将CPU的型号以及相应设备的型号进行统一更换，紊凝池排泥系统无线电台继续使用，从而确保与双CPU之间的232通信正常进行。

3.1水务公司控制系统网络配置图（图1）

3.2冗余热备的具体改造方案

（1）将原有PLC控制系统中使用的型号为140 CPU 534 14A的单CPU模块替换成为型号为140 CPU 671 60的双机热备模块，使用MTRJ光纤接头实现热备体系结构中主辅PLC之间的相互连接，确保两台PLC设备共同运作。

（2）在原有基础上增设RIO网络模块，确保PLC系统中的远程I/O站实现AB两网之间的通信，从而达到网络冗余的目的。

（3）淘汰原有的concept 2.6系统PLC编程软件，使用Unity Pro系统进行替换，提升编程性能及工作效率，人机交互界面更加简洁，可操作性强。

4.冗余热备改造方案

效果验证主CPU正常工作状态下，热备状态的CPU负责对主CPU进行跟踪，并定时根据监测情况输出相关信号。在监测过程中若发现主CPU发生故障，系统会自动将运行设备切换成为热备CPU，用于替主CPU进行工作。当主CPU程序在线被修改后，热备CPU会通过监测发现主CPU程序与自己的程序不一致，随后热备CPU会自动对程序进行刷新，确保CPU程序信息的实时检测与更新，在很大程度上保障了系统的安全性与稳定性。

结语

综上所述，在水务公司的PLC控制系统中，使用冗余热备取代单CPU设备不仅可以提高系统的安全性，同时也能够使系统的稳定性得到保障，从而实现更高的运作效率。由此可见，冗余热备在PLC控制系统中的应用必将成为未来的发展趋势，我们还应在现有的技术上不断改进和创新，提升系运作效率，确保这项技术的持续发展。