Controllogix PLC冗余系統(tǒng)在汽輪機發(fā)電中的應用

Controllogix是Rockwell公司在1998年推出AB系列的模塊化PLC，代表了當前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、傳動控制及運動控制、通訊、I/O技術集成在一個平臺上，可以為各種工業(yè)應用提供強有力的支持，適用于各種場合，最大的特點是可以使用網絡將其相互連接，各個控制站之間能夠按照客戶的要求進行信息的交換。

Controllogix可以提供完善的控制器的冗余功能，采用熱備的方式構建控制器，兩個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，通訊網絡也可以采用相似的方式進行熱備，除以上的部分可以熱備外，控制器的電源也可以進行熱備，這樣大大提高了控制器的運行的可靠性。

2 系統(tǒng)介紹

在某焦化廠干熄焦汽輪機發(fā)電項目的DCS控制系統(tǒng)中，采用了冗余的Controllogix，系統(tǒng)結構如圖1所示。上位機通過交換機與PLC處理器通訊，遠程框架通過冗余的ControlNet連接到控制器框架，同時，遠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，滿足了汽輪機發(fā)電系統(tǒng)對于PLC控制部分需要長期無故障運行的要求。上位機采用Rsview32軟件，用以監(jiān)控現場設備的運行。

圖1 系統(tǒng)結構圖

本地框架由L1和L2 框架構成，運行時L1和L2互為熱備，構成了冗余，L1和L2框架各個槽位的所配置的模塊如表1所示。R1，R2和R3是遠程框架，所有的點號都連接到遠程框架的模塊，遠程框架的供電使用了AB的冗余電源(1756-PAR2)。

表1 L1和L2框架各個槽位的所配置的模塊

設置主從控制器框架的1756-CNBR/D的節(jié)點地址時應注意，他們的地址撥碼應該相同，應該是系統(tǒng)中掛接在冗余ControlNET網上所有節(jié)點的最高地址，在本系統(tǒng)里面都設置為4，遠程站的節(jié)點地址分別為1，2，3。在冗余系統(tǒng)正常運行時，從控制器框架的CNBR/D節(jié)點地址會自動加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，1756-L61中所有的程序和數據通過光纖進行同步，在RSLOGIX5000編程中，不必對此模塊進行組態(tài)。

1756-ENBT是以太網接口模塊，通過網線連接到交換機。ENBT的地址分配為兩個連續(xù)的IP即可， 在這個系統(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模塊的版本必須嚴格一致，并到達到要求的版本號，否則無法正常工作。

當版本不一致時，在RSLinx中可能無法看到從控制器框架上的處理器，同時，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，需要進行固件升級。根據AB公布的信息，當前一些模塊的固件版本如表2所示，這個版本同樣適用于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網站上去下載這個版本的升級包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)點地址大1。從圖標上進入1757-SRM的屬性，找到Configration的Auto-Synchonization選項，將參數改為NEVER.然后進入Synchonization選項卡，單擊Disqualify Secondary(取消從框架資格)，這個時候主從處理器之間就不會同步了。

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

升級完畢后，進入1757-SRM的屬性，將從控制器設為主控制器，使用RSLogix5000將程序下載到從處理器，關閉機架電源，進入從1757-SRM的屬性，選擇BecomePrimary,然后進入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對網絡進行調度。

在正常工作情況下，一般哪一個框架先上電，哪一個就是主框架，另一個是從框架，主框架的1757-SRM會顯示PRIM，從框架的會顯示SYNC。正常運行時，在SRM屬性中可以進行主從的切換。如果顯示狀態(tài)與這個不一致，表示系統(tǒng)同步出現問題，需要進行進行檢查，剛上電時因為SRM需要自檢，可能要花一些時間。如果同步光纖、ControlNET或者以太網出現連接問題，都有可能導致同步不正常。

在RSLogix5000中進行冗余系統(tǒng)的編程時，只能使用一個連續(xù)性任務或幾個周期性任務。盡量不要使用SINT和INT型的數據，另外，數據的定義最好都采用數組完成，這樣可以提高同步時的效率。在打點和程序調試期間，由于經常下載程序，這個時候容易導致同步出錯，最好在1757-SRM中把自動同步選項設為禁用，采用手動的方式進行同步。等調試完畢后，再把這個選項打開，正式將系統(tǒng)投運。

4 RSLinx中的冗余配置

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

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

5 SRM時間同步

1757-SRM正常運行時，需要對同步過程中發(fā)生的事件按照時間順序進行記錄，1757-SRM出廠時的缺省時間不是當前的時間，因此需要對SRM進行時間重新設置。在設置1757-SRM時間時，筆者采用編程的方式將1757-SRM的時間與處理器的時間進行同步，同時，利用AB提供的時間同步工具，筆者可以將處理器的時間與上位機的時間進行同步，這樣也就實現了1757-SRM與上位機的時間同步。

在RSLogix5000中添加程序，如圖2所示:

圖2 RSLogix5000中添加程序

GSV中讀出的時間數據寫入到WCT(WCT定義為DINT[2].)然后，由MSG把數組WCT的值寫入到SRM的時間屬性。MSG指令的設置如圖3所示。

圖3 MSG指令的設置

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間，放入到WCT中，然后把WCT的值寫入到SRM中。

程序運行后，處理器和SRM的時間就實現同步了。然后在上位機運行時間同步工具。

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

先添加設備，從RSWho中選中要同步的處理器。在添加的處理器圖標上點擊鼠標右鍵，在彈出的菜單中選擇synchronize device，這樣就實現了上位機與CPU的時間同步。那末也就實現了SRM與上位機的時間同步。

如果Controllogix的時間誤差較大，但又對SRM的時間要求較高，可以利用時間同步工具的常駐內存運行功能，實現實時的時間同步。在scheduled synchronizations菜單中可以添加需要進行實時時間同步的CPU，同步的時間間隔進行相應的配置后，就可以實現實時的時間同步了。

利用這個原理，通過相應的設置，可以實現同一網絡中不同Controllogix處理器之間的時間同步，或者不同SRM之間的時間同步，也可以時間不同網絡之間的時間同步。

6 處理器的故障處理

雖然在處理器發(fā)生故障時，會導致處理器的切換，但我們可以通過編程來防止可以預見的故障的產生。當處理器在運行過程中出現主要故障時，可以使用程序清除這一故障。

在RSLogix5000的用戶自定義類型中，定義一個名為FaultData的數據類型，內部變量的數據類型如圖5所示。然后定義一個變量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內部變量的數據類型

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 結束語

自從該汽輪機發(fā)電系統(tǒng)投產后，本系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，沒有出現因為故障導致的切換，通過上位機上開發(fā)的Rsview32應用，除對工藝設備進行監(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運行。