采用小型PLC搭建冗余控制系统的研究与实践

引言

目前大部分PLC厂家只在大型PLC系统中推出冗余型 PLC ,而在小型PLC系统中没有推出冗余型PLC , 且大型的冗余型PLC系统价格昂贵 。

随着各行各业对控制系统可靠性要求的提高 , 如何采用小型PLC实现低成本的冗余控制系统解决方案就成为了一个课题 。本文探讨了一种采用小型PLC实现冗余配置的方案 ,对其原理及应用进行了介绍。

1 采用小型PLC实现冗余配置的方案简介

采用小型PLC实现冗余控制的方案如图1所示 。在采用小型PLC搭建的冗余型控制系统中配置有两台型号完全相同的小型PLC , 分别称之为PLCA和PLCB , 此外还配置有 一 个 watchdog信号检测装置 , 用于判断PLCA和PLCB是否处于正常的工作状态并实现主从PLC的切换 。PLCA和PLCB接受相同的输入信号 ,而输出信号则通过watchdog信号检测装置的判断 ,决定采用哪台PLC的输出作为冗余控制系统的输出。 watchdog信号检测装置可以是一 台小点数的小型PLC , 也可以是单片机。

2 主从PLC的判断及切换原理

在冗余PLC系统中 , 最关键的是如何对主从PLC进行判断及实现主从PLC的切换。

2. 1 如何判断PLCA、PLCB的状态

PLCA、PLCB各产生一个watchdog脉冲信号 ,通过Do点发送watchdog脉冲信号给watchdog信号检测装置 。watchdog信号检测装置对PLCA、PLCB发送过来的watchdog脉冲信号进行检测 ,发现信号异常时 ,则判断该PLC发生故障 。

2.2 上电时的主从状态及正常运行过程中主从PLC的切换

若PLCA、PLCB都是正常的 ,上电启动时若启动顺序为 watchdog信号检测装置二PLCA二PLCB ,则watchdog信号检测装置会优先检测到PLCA的watchdog信号 , 把PLCA作为主机 , 然后才检测到PLCB的状态 , 把PLCB作为备用机:若上电启动的顺序为watchdog信号检测装置二PLCB二PLC A,则watchdog信号检测装置会优先检测到PLCB的watchdog 信号 ,把PLCB作为主机 ,然后才检测到PLCA的状态 ,把PLCA 作为备用机:若上电启动的顺序为PLCA(或PLCB) 二PLCB (或PLCA) 二watchdog信号检测装置 , 则watchdog信号检测装置同时检测到PLCA、PLCB的watchdog信号 ,这种情况下优先把PLCA作为主机 ,把PLCB作为备用机 。

正常运行过程中 ,若作为主机的PLCA(也可能是PLCB)发生故障 , 则其停止给watchdog信号检测装置发送watchdog 信号 , watchdog信号检测装置检测到PLCA(或PLCB) 的 watchdog信号异常 ,判断其发生故障 ,发出主从切换信号 。

3 用于实现冗余的lo点

3. 1 PLCA、PLCB用于实现冗余的lo点

Dol:watchdog脉冲信号(towatchdog信号检测装置) :

D1l:A为主 机 , B为备 用 机 (fromwatchdog信号 检 测装置) :

D12 : B为主 机 , A为备 用 机 (fromwatchdog 信 号 检 测装置) 。

3.2 Watchdog信号检测装置的lo点

D1l:PLCA 的watchdog脉冲信号 (fromPLCA) : D12:PLCB 的watchdog脉冲信号 (fromPLCB) : Dol:A为主机 ,B为备用机(toPLCA & PLCB) : Do2:B为主机 ,A为备用机(toPLCA & PLCB) : Do3:采用PLCA的输出脉冲信号(to 输出切换装置) : Do4:采用PLCB的输出脉冲信号(to 输出切换装置) 。

4 输入输出信号的处理

4. 1 开关量输入信号的处理

开关量输入信号可以采用继电器将开关量信号分成两个信号同时接入到PLCA和PLCB中 。

4.2 模拟量输入信号的处理

模拟量输入信号可以采用一进两出的模拟量信号隔离器将模拟量信号分成两个信号同时接入到PLCA和PLCB中。

4.3 开关量输出信号的处理

开关量输出信号采用R/s保持型继电器作为输出信号的切换装置 ,watchdog信号检测装置的Do3 (采用PLCA的输出)接到R/s保持型继电器的R端 ,watchdog信号检测装置的Do4(采用PLCB的输出)接到 R/s保持型继电器的s端 。

4.4 模拟量输出信号的处理

模拟量输出信号采用 自制的一 个电子线路板作为输出信号的切换装置 , 该线路板 根 据 watchdog 信 号 检 测装 置 的 Do3、 Do4信号选择采用作为主机的PLC输出 。

5 程序的实现

本文以oMRoNPLC为例 ,介绍程序的实现方法 。

(1)PLCA (PLCB) 中用于产生watchdog脉冲信号的程序 ,如图2所示。

(2)watchdog信号检测装置对PLCA的状态判断程序如图3所示 。watchdog信号检测装置对PLCB的状态判断程序与PLCA一致 。

(3)watchdog信号检测装置选择主从PLC的程序 , 如图4所示 。

6 结语

采用小型PLC搭建的冗余控制系统已经在多个实际工程项目中得到了应用 ,且反馈效果良好 。

只要在平时工作中勤于思考、勤于研究、勤于实践 ,就 一定能够找到适用于小点数(1o点数少)场合的低成本、高可靠的冗余解决方案 , 实现无人值守 , 不仅在建设期能为用户节省经费投资 ,还能够降低后期的维修费用 ,节约大量人力成本 。