Controllogix PLC冗余系統(tǒng)在汽輪機(jī)發(fā)電中的應(yīng)用

Controllogix是Rockwell公司在1998年推出AB系列的模塊化PLC，代表了當(dāng)前PLC發(fā)展的最高水平，是目前世界上最具有競爭力的控制系統(tǒng)之一，Control- logix將順序控制、過程控制、傳動控制及運(yùn)動控制、通訊、I/O技術(shù)集成在一個(gè)平臺上，可以為各種工業(yè)應(yīng)用提供強(qiáng)有力的支持，適用于各種場合，最大的特點(diǎn)是可以使用網(wǎng)絡(luò)將其相互連接，各個(gè)控制站之間能夠按照客戶的要求進(jìn)行信息的交換。

Controllogix可以提供完善的控制器的冗余功能，采用熱備的方式構(gòu)建控制器，兩個(gè)控制器框架采用完全相同的配置，它們之間使用同步電纜連接，不僅控制器可以采用熱備，通訊網(wǎng)絡(luò)也可以采用相似的方式進(jìn)行熱備，除以上的部分可以熱備外，控制器的電源也可以進(jìn)行熱備，這樣大大提高了控制器的運(yùn)行的可靠性。

2 系統(tǒng)介紹

在某焦化廠干熄焦汽輪機(jī)發(fā)電項(xiàng)目的DCS控制系統(tǒng)中，采用了冗余的Controllogix，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。上位機(jī)通過交換機(jī)與PLC處理器通訊，遠(yuǎn)程框架通過冗余的ControlNet連接到控制器框架，同時(shí)，遠(yuǎn)程框架采用了冗余電源配置。整套系統(tǒng)具有很高的可靠性，滿足了汽輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)對于PLC控制部分需要長期無故障運(yùn)行的要求。上位機(jī)采用Rsview32軟件，用以監(jiān)控現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

本地框架由L1和L2 框架構(gòu)成，運(yùn)行時(shí)L1和L2互為熱備，構(gòu)成了冗余，L1和L2框架各個(gè)槽位的所配置的模塊如表1所示。R1，R2和R3是遠(yuǎn)程框架，所有的點(diǎn)號都連接到遠(yuǎn)程框架的模塊，遠(yuǎn)程框架的供電使用了AB的冗余電源(1756-PAR2)。

表1 L1和L2框架各個(gè)槽位的所配置的模塊

設(shè)置主從控制器框架的1756-CNBR/D的節(jié)點(diǎn)地址時(shí)應(yīng)注意，他們的地址撥碼應(yīng)該相同，應(yīng)該是系統(tǒng)中掛接在冗余ControlNET網(wǎng)上所有節(jié)點(diǎn)的最高地址，在本系統(tǒng)里面都設(shè)置為4，遠(yuǎn)程站的節(jié)點(diǎn)地址分別為1，2，3。在冗余系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，從控制器框架的CNBR/D節(jié)點(diǎn)地址會自動加1，變?yōu)?。

1757-SRM是用于同步的冗余模塊，主從控制器框架的SRM通過光纖連接。正常工作時(shí)，1756-L61中所有的程序和數(shù)據(jù)通過光纖進(jìn)行同步，在RSLOGIX5000編程中，不必對此模塊進(jìn)行組態(tài)。

1756-ENBT是以太網(wǎng)接口模塊，通過網(wǎng)線連接到交換機(jī)。ENBT的地址分配為兩個(gè)連續(xù)的IP即可， 在這個(gè)系統(tǒng)中IP地址分別為192.168.1.11和192.168.1.12。

3 模塊的升級

冗余系統(tǒng)中，主控制器框架和從控制器框架上各個(gè)模塊的版本必須嚴(yán)格一致，并到達(dá)到要求的版本號，否則無法正常工作。

當(dāng)版本不一致時(shí)，在RSLinx中可能無法看到從控制器框架上的處理器，同時(shí)，從控制器框架的處理器狀態(tài)指示燈(OK燈)變?yōu)榧t色長亮。因此，一般系統(tǒng)在第一次上電時(shí)，需要進(jìn)行固件升級。根據(jù)AB公布的信息，當(dāng)前一些模塊的固件版本如表2所示，這個(gè)版本同樣適用于1756-L62, 1756-L63。

表2 一些模塊的固件版本

上電后，首先在RSLinx中檢查模塊的版本號，如果與表2不一致，需要到AB網(wǎng)站上去下載這個(gè)版本的升級包V13.71 Redundancy Bundle。升級工作需要使用Rockwell的固件升級軟件ControlFLASH。

升級前，先要取消SRM的從框架資格，在RSLinx中，從框架比主框架的節(jié)點(diǎn)地址大1。從圖標(biāo)上進(jìn)入1757-SRM的屬性，找到Configration的Auto-Synchonization選項(xiàng)，將參數(shù)改為NEVER.然后進(jìn)入Synchonization選項(xiàng)卡，單擊Disqualify Secondary(取消從框架資格)，這個(gè)時(shí)候主從處理器之間就不會同步了。

升級時(shí)，先打開一個(gè)處理器框架的電源，關(guān)閉另一個(gè)框架的電源。等1757-SRM顯示PRIM后，在RSLinx中可以找到這個(gè)框架中的模塊。然后使用ControlFLASH分別進(jìn)行升級。升級完畢后，關(guān)閉這個(gè)處理器框架的電源，打開另一個(gè)框架的電源，也如此進(jìn)行升級。

升級完畢后，進(jìn)入1757-SRM的屬性，將從控制器設(shè)為主控制器，使用RSLogix5000將程序下載到從處理器，關(guān)閉機(jī)架電源，進(jìn)入從1757-SRM的屬性，選擇BecomePrimary,然后進(jìn)入RSLogix5000的通訊菜單，清除掉故障。完成以上升級工作后，主從控制器框架都上電，然后使用RSNetWorx for ControlNET對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行調(diào)度。

在正常工作情況下，一般哪一個(gè)框架先上電，哪一個(gè)就是主框架，另一個(gè)是從框架，主框架的1757-SRM會顯示PRIM，從框架的會顯示SYNC。正常運(yùn)行時(shí)，在SRM屬性中可以進(jìn)行主從的切換。如果顯示狀態(tài)與這個(gè)不一致，表示系統(tǒng)同步出現(xiàn)問題，需要進(jìn)行進(jìn)行檢查，剛上電時(shí)因?yàn)镾RM需要自檢，可能要花一些時(shí)間。如果同步光纖、ControlNET或者以太網(wǎng)出現(xiàn)連接問題，都有可能導(dǎo)致同步不正常。

在RSLogix5000中進(jìn)行冗余系統(tǒng)的編程時(shí)，只能使用一個(gè)連續(xù)性任務(wù)或幾個(gè)周期性任務(wù)。盡量不要使用SINT和INT型的數(shù)據(jù)，另外，數(shù)據(jù)的定義最好都采用數(shù)組完成，這樣可以提高同步時(shí)的效率。在打點(diǎn)和程序調(diào)試期間，由于經(jīng)常下載程序，這個(gè)時(shí)候容易導(dǎo)致同步出錯(cuò)，最好在1757-SRM中把自動同步選項(xiàng)設(shè)為禁用，采用手動的方式進(jìn)行同步。等調(diào)試完畢后，再把這個(gè)選項(xiàng)打開，正式將系統(tǒng)投運(yùn)。

4 RSLinx中的冗余配置

為了保證冗余系統(tǒng)能夠和上位機(jī)的HMI軟件正常通訊，需要在RSLinx中進(jìn)行冗余配置。

RSLinx中，首先定義兩個(gè)Topic，分別指向主框架和從框架的處理器，然后，在Alias Topic中，定義一個(gè)別名Topic，指向剛才定義的兩個(gè)Topic，在使用時(shí)，HMI中的節(jié)點(diǎn)的定義只要指向別名Topic就可以了，當(dāng)處理器發(fā)生主從切換時(shí)，HMI仍然可以保持正常的通訊。

5 SRM時(shí)間同步

1757-SRM正常運(yùn)行時(shí)，需要對同步過程中發(fā)生的事件按照時(shí)間順序進(jìn)行記錄，1757-SRM出廠時(shí)的缺省時(shí)間不是當(dāng)前的時(shí)間，因此需要對SRM進(jìn)行時(shí)間重新設(shè)置。在設(shè)置1757-SRM時(shí)間時(shí)，筆者采用編程的方式將1757-SRM的時(shí)間與處理器的時(shí)間進(jìn)行同步，同時(shí)，利用AB提供的時(shí)間同步工具，筆者可以將處理器的時(shí)間與上位機(jī)的時(shí)間進(jìn)行同步，這樣也就實(shí)現(xiàn)了1757-SRM與上位機(jī)的時(shí)間同步。

在RSLogix5000中添加程序，如圖2所示:

圖2 RSLogix5000中添加程序

GSV中讀出的時(shí)間數(shù)據(jù)寫入到WCT(WCT定義為DINT[2].)然后，由MSG把數(shù)組WCT的值寫入到SRM的時(shí)間屬性。MSG指令的設(shè)置如圖3所示。

圖3 MSG指令的設(shè)置

通訊配置如圖4所示。通訊配置的格式為:1，SRM的槽號。

圖4 配置顯示

這一程序表示從處理器中讀出時(shí)間，放入到WCT中，然后把WCT的值寫入到SRM中。

程序運(yùn)行后，處理器和SRM的時(shí)間就實(shí)現(xiàn)同步了。然后在上位機(jī)運(yùn)行時(shí)間同步工具。

"C:Program FilesRockwell SoftwareRSLogix 5000 ToolsLogix5000 Clock Update Tool"

先添加設(shè)備，從RSWho中選中要同步的處理器。在添加的處理器圖標(biāo)上點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的菜單中選擇synchronize device，這樣就實(shí)現(xiàn)了上位機(jī)與CPU的時(shí)間同步。那末也就實(shí)現(xiàn)了SRM與上位機(jī)的時(shí)間同步。

如果Controllogix的時(shí)間誤差較大，但又對SRM的時(shí)間要求較高，可以利用時(shí)間同步工具的常駐內(nèi)存運(yùn)行功能，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的時(shí)間同步。在scheduled synchronizations菜單中可以添加需要進(jìn)行實(shí)時(shí)時(shí)間同步的CPU，同步的時(shí)間間隔進(jìn)行相應(yīng)的配置后，就可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的時(shí)間同步了。

利用這個(gè)原理，通過相應(yīng)的設(shè)置，可以實(shí)現(xiàn)同一網(wǎng)絡(luò)中不同Controllogix處理器之間的時(shí)間同步，或者不同SRM之間的時(shí)間同步，也可以時(shí)間不同網(wǎng)絡(luò)之間的時(shí)間同步。

6 處理器的故障處理

雖然在處理器發(fā)生故障時(shí)，會導(dǎo)致處理器的切換，但我們可以通過編程來防止可以預(yù)見的故障的產(chǎn)生。當(dāng)處理器在運(yùn)行過程中出現(xiàn)主要故障時(shí)，可以使用程序清除這一故障。

在RSLogix5000的用戶自定義類型中，定義一個(gè)名為FaultData的數(shù)據(jù)類型，內(nèi)部變量的數(shù)據(jù)類型如圖5所示。然后定義一個(gè)變量CHI為FaultData。然后如圖6所示添加控制器故障處理程序。程序如圖7所示。

圖5 FaultData內(nèi)部變量的數(shù)據(jù)類型

圖6 添加控制器故障處理程序

圖7 控制區(qū)故障處理程序

通過以上程序可以很好的防止處理器主要故障的發(fā)生。一般次要故障不會引起處理器停機(jī)和冗余的切換，因此次要故障的處理程序不是很有必要。

7 結(jié)束語

自從該汽輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)投產(chǎn)后，本系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，沒有出現(xiàn)因?yàn)楣收蠈?dǎo)致的切換，通過上位機(jī)上開發(fā)的Rsview32應(yīng)用，除對工藝設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視外，對PLC的冗余狀態(tài)也能在線監(jiān)視，整套系統(tǒng)可以做到長期免維護(hù)運(yùn)行。