廈門阿米控技術(shù)有限公司

下面以熔鹽爐自控系統(tǒng)為實(shí)例詳述雙CPU冗余控制的實(shí)現(xiàn)方法。

一、熔鹽爐自動(dòng)系統(tǒng)綜述

熔鹽爐自控系統(tǒng)是一水硬鋁管道化溶出生產(chǎn)線上的重要環(huán)節(jié)，控制熔鹽的加熱和循環(huán)，用熔鹽的熱量去循環(huán)加熱鋁礦石漿。鋁礦石漿的加熱至關(guān)重要，影響*終產(chǎn)品—氧化鋁的質(zhì)量和產(chǎn)量，因此，熔鹽的溫度控制和循環(huán)控制非常重要。

由于熔鹽爐系統(tǒng)在管道化工程中的重要性，同時(shí)考慮到熔鹽是一種活躍的化學(xué)品，在不同的溫度下有不同的形態(tài)，低溫下凝固，高溫下不穩(wěn)定會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而腐蝕管壁甚至于爆炸，所以安全、可靠、操作簡便和自動(dòng)化管理是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，因此考慮用一套雙CPU冗余的PLC、兩套工控機(jī)、高質(zhì)量的傳感器、變送器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)來控制兩臺1200萬大卡的熔鹽爐、一臺鹽泵、一組鹽閥、一個(gè)熔鹽槽和其他相關(guān)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)熔鹽的加熱和循環(huán)過程自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)操作、監(jiān)控和管理的自動(dòng)化控制。該系統(tǒng)如圖1所示。

    控制器PLC、工控機(jī)(包括顯示器)、通訊網(wǎng)絡(luò)和電源及關(guān)鍵測試點(diǎn)等系統(tǒng)中的重要部件均采用冗余結(jié)構(gòu)，兩套工控機(jī)和大屏幕顯示器組成的兩套監(jiān)控操作管理臺并行運(yùn)行；兩條冗余的ControlNet高速通訊網(wǎng)絡(luò)同時(shí)傳送數(shù)據(jù)；兩套直流電源同時(shí)向控制器PLC、變送器和開關(guān)量輸入模塊供電，關(guān)鍵測試點(diǎn)同時(shí)設(shè)置兩個(gè)傳感器測試數(shù)據(jù)。

冗余設(shè)計(jì)使系統(tǒng)關(guān)鍵部件的可靠性提高了一倍，而使系統(tǒng)的整體可靠性大大的提高。

二、雙CPU的PLC控制器

       PLC控制器是系統(tǒng)控制的中心，采集系統(tǒng)的全部工況信號，實(shí)時(shí)控制相關(guān)的設(shè)備動(dòng)作；同時(shí)監(jiān)視生產(chǎn)過程參數(shù)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)危險(xiǎn)工況出現(xiàn)時(shí)，及時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警，當(dāng)極限工況出現(xiàn)時(shí)，聯(lián)鎖保護(hù)設(shè)備，保障生產(chǎn)過程安全。為此，我們選擇了以產(chǎn)品可靠性高著稱的羅克韋爾自動(dòng)化公司的新一代控制平臺：A-B ControlLogix系列，同時(shí)考慮采用雙CPU模塊冗余，進(jìn)一步提高系統(tǒng)可靠性，避免因故障出現(xiàn)所引起的生產(chǎn)停頓或安全事故。

三、兩種雙CPU冗余方式的比較

      ControlLogix提供有兩種CPU冗余解決方法，一種為純硬件冗余，另一種為軟件冗余。

硬件冗余的方法，是將兩個(gè)CPU模塊插在不同的兩個(gè)機(jī)架上，每個(gè)機(jī)架上除了CPU模塊，還要有通訊模塊CNBR、熱備模塊SRM和兩個(gè)熱備模塊間的連接光纜，如圖2所示。

     軟件冗余，是將兩個(gè)CPU模塊插在同一個(gè)框架上，利用背板通訊，進(jìn)行冗余控制，如圖3所示。

    從以上可以看出，純硬件冗余的方式硬件投入較多，成本開支較大大。而軟件冗余，只需增加一塊CPU模塊，成本增加很少，因?yàn)橐话阆?/span>CPU這種PLC的，廠家都會(huì)配有備件，用備件來實(shí)現(xiàn)冗余控制，既提高了系統(tǒng)的可靠性和可維護(hù)性（可做到在線維護(hù)，不影響生產(chǎn)線運(yùn)行），又不會(huì)顯著增加成本開支。

單純從可靠性方面分析，純硬件的冗余較之軟件冗余并無優(yōu)勢。因?yàn)樵黾恿溯^多的部件、模塊，這些部件和模塊的故障，也會(huì)影響系統(tǒng)的可靠性。例如，當(dāng)兩個(gè)熱備模塊之間的連接光纜出現(xiàn)故障，同樣會(huì)使冗余控制失效。而軟件冗余，只增加了一塊CPU模塊，而兩個(gè)CPU模塊的同時(shí)故障率幾乎為零。

純硬件冗余的優(yōu)點(diǎn)之一，就是不需要軟件進(jìn)行專門的編程，CPU的狀態(tài)監(jiān)視和控制權(quán)的轉(zhuǎn)移是由兩個(gè)熱備模塊來完成的。而軟件冗余中兩個(gè)CPU模塊的狀態(tài)監(jiān)視和控制權(quán)的轉(zhuǎn)移是通過軟件編程解決的。因此，軟件冗余編程相對比較復(fù)雜，工作量較大。

    綜合考慮以上因素，本熔鹽爐自動(dòng)系統(tǒng)采用軟件方式實(shí)現(xiàn)PLC的雙CPU冗余控制。兩塊CPU模塊同時(shí)在系統(tǒng)中運(yùn)行，一塊運(yùn)行于主控模式，另一塊運(yùn)行于熱備份模式。當(dāng)其中任一塊CPU發(fā)生故障時(shí)另一塊CPU立即監(jiān)視到并發(fā)出報(bào)警，自動(dòng)將正常的CPU投入主控模式。CPU的無擾動(dòng)切換，使系統(tǒng)一直受控，確保了安全，同時(shí)，使管道化生產(chǎn)線一直處于正常運(yùn)行的良好工況中。

6DS1412-8RR
6DS1717-8RR
6DS1723-8BB
6DR1900-5
6DR2100-5
505-4332
505-6108B
505-6660
545-1105
6ES7414-4HJ04-0AB0
6ES7972-0BB12-0XA0
6ES7972-0BB12-0XA0
6ES7416-3XL00-0AB0
6ES7416-2XN05-0AB0
6ES5431-8MA11
6ES7416-2XN05-0AB0
6ES7972-0BB12-0XA0
505-6660
6ES7315-2AG10-0AB0
505-6660
6DR5210-0EN00-0AA0
6ES7972-0BB12-0XA0
6ES7416-2XN05-0AB0
545-1105
6AR1301-0DD10-0AA0
6AR1302-0AD00-0AA0
6GK7443-5FX02-0XEO
6DR4004-7J
6MD1010-0BA00
6ES5482-8MA13
39ACM28AEN
16137-118
6FC5210-0DA20-2AA1
6ES5 980-OAE11
6ES7123-1FB50-0AB0
6AV6545-0DA10-0AX0
6AV66480AC113AX0
6AV3607-1JC20-0AX1
6AV66480AC113AX0
6FC5247-0AA30-0AA0
SIEMENS OP7 6AV3607-1JC20-0AX0
6ES7272-0AA30-0YA1
6AV66480AC113AX0
6DR2100-5
6ES7214-2BD23-0XB8
6GK7243-1EX01-0XE0
6ES5441-7LA13

6FX1138-6BL01
6FX1144-2BA00
6ES5928-3UB21
6GK1143-0TA01
6ES5441-7LA13
6SN1118-ODK23-0AA2
6SE7021-6ES87-2DA1
6ES7158-0AA01-0XA0
6DR2410-5
6DR2800-8R
6ES7307-1EAO1-OAAO
6FC5103-0AB03-0AA3