淺談控制系統(tǒng)冗余控制的實現(xiàn)

楊以鐵

摘 要：現(xiàn)階段我國機械制造業(yè)都是以自動化生產線作為主要生產形式，為了進一步提高整個自動化生產線在運行過程中的穩(wěn)定性，需要在自動化生產線上采用冗余控制技術進行配置設計，這樣才能確保整個控制系統(tǒng)通過冗余控制來提高其運行效率。本文就控制系統(tǒng)冗余控制的實現(xiàn)策略進行簡要分析。

關鍵詞：機械制造業(yè)；冗余控制；PLC；切換

中圖分類號：V233.7 文獻標識碼：B 收稿日期：2015-11-10

1.冗余控制技術簡介

現(xiàn)階段機械制造業(yè)所使用的PLC系統(tǒng)在運行中的設備的器件故障可以通過拆卸更換來消除，但是整個系統(tǒng)在運行中因外部因素影響、設備振動沖擊以及操作不當，以及系統(tǒng)中一些設備軟硬件缺陷或設備老化引起的故障，都會對整個PLC系統(tǒng)在運行中的安全性、可靠性等產生極大影響。上述多種故障發(fā)生后，不僅需要整個系統(tǒng)停機來對其進行維修維護，同時也需要企業(yè)花費大量的資金成本與時間成本來維持整個PLC系統(tǒng)的正常運行。所以企業(yè)可以通過冗余控制技術的應用來避免上述故障發(fā)生后對其產生影響，這對確保整個自動化生產線的生產效率與生產質量有著重要作用。冗余控制技術在PLC控制系統(tǒng)的應用主要是備用設備或器件的應用，即將某些特定的軟硬件設置為準備狀態(tài)；如果PLC控制系統(tǒng)在運行中發(fā)生故障，則會將其自動切換到備用設備，以便于各類故障發(fā)生后不會對整個自動化生產線的正常生產帶來影響與限制。

2.冗余控制技術在控制系統(tǒng)中的具體應用

（1）系統(tǒng)電源中的應用。現(xiàn)階段機械制造業(yè)為了進一步提高整個自動化生產線的運行效率，開始將冗余控制技術廣泛應用于系統(tǒng)電源設計中，避免整個系統(tǒng)在運行中因斷電對整個生產線的運行產生影響。電源冗余控制技術主要是利用兩套或多套電源模塊為系統(tǒng)供電，企業(yè)一般會采用框架外冗余供電與框架內冗余供電等作為電源冗余控制系統(tǒng)的主要設計形式。前者主要是利用電纜將冗余電源適配器模塊與控制系統(tǒng)框架連接，以便實現(xiàn)對整個PLC控制系統(tǒng)的冗余供電。該種設計形式下兩套電源模塊均處于工作狀態(tài)，如果其中一套電源模塊發(fā)生故障，則另一套可以維持正常供電；PLC控制系統(tǒng)會通過數(shù)據(jù)總線將發(fā)生故障電源模塊狀態(tài)信息反饋給控制臺，以便于技術人員可以對發(fā)生故障的電源模塊進行及時的更換與維修。后者主要是在PLC控制系統(tǒng)框架中設置兩套或多套電源模塊進行冗余供電。

（2）基于硬冗余方式的冗余控制技術。硬冗余主要是將對應的硬件模塊及采用固化程序來確保PLC控制系統(tǒng)的故障切換，處理器的硬冗余方式主要是通過設置兩套處理器來維持兩套設備的同時運轉，并且技術人員要將其中一套處理器設置為主處理器，其在正常工況下主要是負責信號的輸入與輸出，另一套處理器設置為從處理器來進行信號的輸入與數(shù)據(jù)的運算處理，但是從處理器在運行過程中并不需要輸入信號。主處理器與從處理器在設置過程中以硬件鏈接方式為主，主處理器發(fā)生故障后，要對其完成從處理器的切換，并且技術人員在該種冗余控制系統(tǒng)設計過程中應合理設置兩套熱備模塊，這是因為熱備模塊不僅可以實現(xiàn)對上述兩套處理器運行狀態(tài)的實時監(jiān)測功能，同時也要完成兩套處理器相互數(shù)據(jù)的傳輸來確保其時鐘的同步；主處理器一旦發(fā)生故障，則其立即切換至從處理器，并且可以確保從處理器在切換后可以從斷點處開始進入工作狀態(tài)，從而使整個PLC控制系統(tǒng)可以保持在正常的運行狀態(tài)。

3.基于軟冗余方式的冗余控制技術

軟冗余控制技術主要是利用軟件編程的方式來實現(xiàn)PLC控制系統(tǒng)的故障切換。設計人員在具體應用該種冗余控制技術時也要設置兩套處理器，其中一套處理器設置為主處理器，負責維持系統(tǒng)的正常運行；另一套處理器作為備用處理器，以便于主處理器發(fā)生故障后可以進行切換，并且要通過關鍵編制同步控制程序來實現(xiàn)對其冗余的控制，并要通過數(shù)據(jù)處理程序來判斷處理器的工作狀況。其在設計過程中一般要通過通信電纜將兩套處理器模塊進行連接，并由備用處理器向主處理器發(fā)出查詢其運行狀態(tài)的信息：如果主處理器發(fā)生故障，控制程序會立即啟動備用處理器來代替主處理器以保持系統(tǒng)的正常運行，該種冗余控制技術對進一步提高整個PLC控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性有著重要作用。

控制系統(tǒng)中所使用的冗余控制技術對于機械制造業(yè)來說有著極為重要的作用，其主要體現(xiàn)在冗余控制系統(tǒng)的設置可以進一步提高PLC系統(tǒng)運行中的安全性、穩(wěn)定性，從而確保整個機械制造業(yè)的生產效率、生產質量。

參考文獻：

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