GE Fanuc網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在水電廠PLC主、備切換中的應(yīng)用
The Application of network technology used in switch of Master and Slave PLC

摘要：傳統(tǒng)意義上，PLC主、備切換經(jīng)常采用繼電器方式，這種方式安全可靠，但是，備用PLC無(wú)法獲得主用PLC中的某些狀態(tài)量，如模擬量、掃查量等；如果主用PLC中的程序帶有順序標(biāo)志位，或者需要保持外圍設(shè)備的繼電器,一旦進(jìn)行主、備切換，程序?qū)o(wú)法繼續(xù)正常運(yùn)行、外圍設(shè)備將有可能停運(yùn)。本文針對(duì)GE Fanuc系列90-30 PLC利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)提出了一套解決方案，有效地解決了PLC主、備切換中容易產(chǎn)生的問(wèn)題，并應(yīng)用于實(shí)際工程中，獲得了不錯(cuò)的效果。
關(guān)鍵字：主、備切換；網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；繼電器
Abstract: Traditionally, the switch of PLC between master and slave always uses relay, it is reliable and secure, however, slave PLC can not acquire status variables with this method, such as analogue values, digital input status, and so on; if there were some sequence flags or must keep relays of peripheral equipment, program can not run as usual, and peripheral equipment may be stopped when the switch completed. This paper provides a set of method, which is used in GE Fanuc Series 90-30 PLC with network technology; it can solve problems produced by the switch, and acquires good result in real project.
Keyword: switch between master and slave; network technology; relay
1. 前言
水電廠采用主、備切換的目的主要是為了保證機(jī)組可以正常運(yùn)行，甚至在主用PLC壞掉或者斷電的情況下也可以通過(guò)備用PLC對(duì)機(jī)組實(shí)施控制和監(jiān)視，做到不隨便停機(jī)，保證電網(wǎng)的正常運(yùn)行，所以，主、備切換技術(shù)一般使用在大、中型電廠之中。為了保證高可靠性，電廠常常采用相同數(shù)量的模塊組成主、備用PLC，但是，采用這種方式從某種意義上講不僅增大了電廠的改造成本，而且一旦某種模塊的訂貨周期過(guò)長(zhǎng)，或者停產(chǎn)將直接影響到電廠機(jī)組的復(fù)役速度，為電廠造成經(jīng)濟(jì)損失。本文針對(duì)GE Fanuc 系列90-30 PLC，利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)提出了一種解決方案，有效地解決了相應(yīng)的問(wèn)題。
2. 傳統(tǒng)主、備切換方式的原理及弊端
傳統(tǒng)意義上的主、備切換是通過(guò)把手和繼電器來(lái)完成的。通過(guò)把手切換是當(dāng)PLC運(yùn)行正常時(shí)的切換方式，一般在PLC的運(yùn)行盤(pán)柜上都有一個(gè)主用、備用把手，通過(guò)這個(gè)把手可以在PLC正常時(shí)對(duì)主、備用PLC進(jìn)行切換，圖1所示為該方式的原理示意圖，當(dāng)把手切換到主用的時(shí)候，節(jié)點(diǎn)1、2之間連通，即該輸入點(diǎn)的輸入模塊通道回路連通，主用CPU通過(guò)對(duì)該輸入點(diǎn)輸入狀態(tài)的判斷，可以得知應(yīng)該是由主用PLC對(duì)機(jī)組進(jìn)行控制，而備用CPU通過(guò)對(duì)該點(diǎn)進(jìn)行判斷之后，將會(huì)切斷備用PLC程序中所有的輸出，此時(shí)，對(duì)機(jī)組的控制僅通過(guò)主用PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)；如果將把手切換到備用，節(jié)點(diǎn)1、2之間斷開(kāi)，即該輸入點(diǎn)的輸入模塊通道回路斷開(kāi)，備用CPU將會(huì)得知應(yīng)該對(duì)備用PLC進(jìn)行控制，而主用CPU將會(huì)切斷主用PLC程序中所有的輸出，此時(shí)，對(duì)機(jī)組的控制僅通過(guò)備用PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)。


圖1

通過(guò)繼電器切換是當(dāng)主用PLC異常時(shí)的切換方式，圖2所示為該方式的原理示意圖，主用CPU控制一個(gè)輸出繼電器，在主用CPU正常的情況下輸出繼電器一直保持輸出狀態(tài)，節(jié)點(diǎn)3、4處于斷開(kāi)狀態(tài)，即輸出繼電器閉節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的輸入回路斷開(kāi)，通過(guò)對(duì)該輸入點(diǎn)輸入狀態(tài)的判斷，備用CPU將會(huì)得知是處于主用PLC控制狀態(tài)，并切斷備用PLC程序中的所有輸出，機(jī)組的控制僅通過(guò)主用PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)；一旦主用PLC發(fā)生異常情況，則輸出繼電器失電，節(jié)點(diǎn)3、4處于連通狀態(tài)，即輸出繼電器閉節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的輸入回路連通，通過(guò)對(duì)該輸入點(diǎn)輸入狀態(tài)的判斷，備用CPU得知處于備用PLC控制狀態(tài)，恢復(fù)所有的輸出，機(jī)組的控制僅通過(guò)備用PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)。

圖2

通過(guò)上述對(duì)傳統(tǒng)意義主、備PLC切換原理的介紹，我們不難看出，傳統(tǒng)意義上的主、備切換比較簡(jiǎn)單，大多采用硬節(jié)點(diǎn)方式，沒(méi)有數(shù)據(jù)傳輸，對(duì)于順控程序或者不同硬件配置的PLC無(wú)法完成數(shù)據(jù)的完全傳送，無(wú)法實(shí)現(xiàn)真正意義上的主、備切換，一旦在機(jī)組運(yùn)行的時(shí)候進(jìn)行切換將有可能造成機(jī)組運(yùn)行的異常。
3. 新方法原理
通過(guò)對(duì)上述傳統(tǒng)方式原理的分析我們不難看出，采用把手和繼電器實(shí)現(xiàn)主、備切換是一種安全、可靠的切換方式，但是，這種切換方式有它一定的局限性。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，PLC廠家推出了很多網(wǎng)絡(luò)版PLC，這使得PLC之間可以不再成為以前的信息“孤島”，也無(wú)需再使用第三方軟件充當(dāng)PLC之間交換數(shù)據(jù)的信息平臺(tái)，數(shù)據(jù)交換方式變得多樣化，交換的數(shù)據(jù)量也變得越來(lái)越大。將網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和傳統(tǒng)的把手、繼電器結(jié)合起來(lái)，不僅可以保證主、備切換的可靠性，而且也可以完全克服傳統(tǒng)方式的種種弊端，完善主、備切換方式。
4. 傳統(tǒng)方法與新方法的比較
綜合上述分析，我們通過(guò)表格的方式對(duì)新、舊兩種的方法進(jìn)行比較。

表1

由表1可知，新方法與傳統(tǒng)方法相比有了很大的改進(jìn)，無(wú)論從整體的性能、還是從維護(hù)的效率都完全優(yōu)于傳統(tǒng)方法，因此，該方法應(yīng)該在水電廠監(jiān)控，尤其是老廠改造中有較大的前景。

5. 實(shí)際項(xiàng)目應(yīng)用
作者使用上述新方法，采用GE Fanuc公司提供的系列90-30 CPU和CMM 321通訊模塊，實(shí)現(xiàn)了主、備切換的新方式，并實(shí)際應(yīng)用于電廠之中收到了顯著的效果。具體應(yīng)用方式如下，該項(xiàng)目是技術(shù)改造項(xiàng)目，以前老廠使用的主PLC采用系列90-70 PLC，備PLC采用系列90-30 PLC，兩套PLC的硬件配置不一樣，同時(shí)主程序還要保持某些輔機(jī)繼電器，并要求做輔機(jī)之間的輪換，如果采用傳統(tǒng)的主、備切換方式是無(wú)法控制機(jī)組正常運(yùn)行的，所以，該電廠以前一直采用兩套PLC同時(shí)輸出的控制方式，使主、備PLC之間熱備用。但是，采用這種方法無(wú)法做到時(shí)鐘同步，而一些輔機(jī)的輪換需要通過(guò)時(shí)間進(jìn)行控制，主PLC可能正在對(duì)1#輔機(jī)進(jìn)行控制，而備PLC可能剛剛切換到1#輔機(jī)，這樣會(huì)對(duì)同一個(gè)輔機(jī)控制線圈控制兩次；有時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)1#輔機(jī)和2#輔機(jī)同時(shí)啟動(dòng)的情況，這些都是異常情況。由于當(dāng)時(shí)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)尚未成熟，所以，電廠只能采用這種方式運(yùn)行。這一問(wèn)題也成為了長(zhǎng)期困擾該電廠的主要問(wèn)題之一。作者在對(duì)該電廠進(jìn)行改造的時(shí)候，充分考慮到了老電廠的運(yùn)行方式和安全性要求，采用雙CPU，雙CMM321方式構(gòu)成雙機(jī)、雙網(wǎng)的控制方式，即主、備CPU之間采用網(wǎng)絡(luò)通訊方式通訊，是第一條網(wǎng)路；CMM321之間也采用網(wǎng)絡(luò)通訊方式通訊，是第二條網(wǎng)路。硬接線部分仍然采用把手和繼電器方式。設(shè)計(jì)意圖是在任何一條網(wǎng)路斷掉的時(shí)候都不會(huì)影響主、備PLC之間的數(shù)據(jù)互傳。同時(shí)，作者采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將主用PLC中涉及到輔機(jī)輪換，以及主用PLC運(yùn)行時(shí)，采用第幾個(gè)輔機(jī)的標(biāo)志位按照1秒的發(fā)送周期發(fā)送給備用PLC，當(dāng)切換到備用PLC的時(shí)候，備用PLC將會(huì)根據(jù)接收到的標(biāo)志位繼續(xù)保持相應(yīng)的輸出繼電器，并實(shí)現(xiàn)了輔機(jī)之間正常的輪換，保證了主、備PLC切換之后機(jī)組的正常運(yùn)行。同時(shí)，電廠為了降低改造成本，備用PLC比主用PLC少了很多輸入模塊，如果采用傳統(tǒng)方式進(jìn)行切換是無(wú)法進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)模坏闹饔肞LC切換到備用PLC上位機(jī)相關(guān)的數(shù)據(jù)量將會(huì)完全丟失，這將給運(yùn)行人員帶來(lái)相當(dāng)大的不便，并產(chǎn)生誤解，甚至?xí)霈F(xiàn)誤操作的情況。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)作者將備用PLC無(wú)法采集到的一些輸入點(diǎn)的狀態(tài)和數(shù)值通過(guò)主用PLC發(fā)送到備用PLC中，這樣，一旦主用PLC出現(xiàn)異常情況切換到備用PLC之后，備用PLC就會(huì)保持上一個(gè)發(fā)送周期主用PLC輸入點(diǎn)的狀態(tài)與數(shù)值；如果在正常的情況下進(jìn)行切換，備用PLC仍然可以準(zhǔn)確地反映相應(yīng)輸入點(diǎn)的狀態(tài)與數(shù)值。
6. 結(jié)論
綜上所述，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)成功地解決了該電廠的技術(shù)難題，并取到了良好的效果。由此可見(jiàn)，通過(guò)使用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以更好的保證電廠的安全性、可靠性，同時(shí)可以增加原有設(shè)備的可變性，節(jié)約投資成本，減輕維護(hù)強(qiáng)度。

參考文獻(xiàn)：
[1] GE PLC手冊(cè)[Z]

（中國(guó)水利水電科學(xué)院自動(dòng)化所 張捷）