在關(guān)鍵控制系統(tǒng)中，對(duì)系統(tǒng)的安全性和容錯(cuò)性要求比較高，為了保證系統(tǒng)的不間斷運(yùn)行，往往需要對(duì)多個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行冗余配置，從而保證單點(diǎn)故障不影響系統(tǒng)正常運(yùn)行.即使不是關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)故障，系統(tǒng)中其他部分也要求具備基本的應(yīng)急功能，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。
力控科技開發(fā)的力控監(jiān)控組態(tài)軟件ForceControl系列可以支持設(shè)備冗余、控制網(wǎng)絡(luò)冗余、服務(wù)器冗余、管理網(wǎng)絡(luò)冗余、客戶端冗余等多種冗余模式，在數(shù)據(jù)吞吐、網(wǎng)絡(luò)切換上得到了很大的提高。圖1中整個(gè)系統(tǒng)的控制站、監(jiān)控服務(wù)器、客戶端、網(wǎng)絡(luò)都是采用冗余配置。力控軟件主從服務(wù)器的切換時(shí)間最小可以達(dá)到2秒，極大的提高了切換速度。
力控軟件冗余框架圖
在本文中，主要從設(shè)備冗余和上位機(jī)冗余兩個(gè)方面來(lái)介紹力控的實(shí)際應(yīng)用。
一、設(shè)備冗余
設(shè)備冗余一般要求控制站的電源、CPU、通訊模塊都需要進(jìn)行冗余配置，主從控制器同時(shí)連接設(shè)備總線來(lái)保證數(shù)據(jù)通訊，一般的 PLC廠家的設(shè)備冗余基本都是此類的設(shè)計(jì)方案。上位機(jī)監(jiān)控軟件和此類系統(tǒng)通訊時(shí)，要考慮到當(dāng)主從控制器發(fā)生切換時(shí)，監(jiān)控軟件的通訊要同步切換來(lái)保證從正確的IO設(shè)備獲取數(shù)據(jù)。
以西門子PLC為例，力控ForceControl系列軟件通過(guò)以太網(wǎng)與S7-400H冗余系統(tǒng)通信，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖2。
力控與 S7-400H冗余通信圖
圖2中，冗余系統(tǒng)由A和B兩套PLC控制系統(tǒng)組成，初始狀態(tài)，A系統(tǒng)為主站，B系統(tǒng)備用站，當(dāng)主系統(tǒng)A中的任何一個(gè)組件出現(xiàn)故障時(shí)，控制任務(wù)會(huì)自動(dòng)切換到備用系統(tǒng)B中執(zhí)行。這時(shí)，B系統(tǒng)為主站，A系統(tǒng)為備用站，系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，即使沒有任何組件出錯(cuò)，操作人員也可以通過(guò)設(shè)定控制字，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)的主備系統(tǒng)切換。
當(dāng)主備系統(tǒng)切換時(shí)，為了保證上位機(jī)的正常切換，則在力控軟件需要進(jìn)行相應(yīng)的配置。冗余切換實(shí)現(xiàn)方式有兩種：標(biāo)志和心跳(如圖3所示)，需要配合的PLC的程序的使用。首先在PLC的程序中做一個(gè)標(biāo)志字(心跳字)，然后在力控?cái)?shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)中組態(tài)一個(gè)對(duì)應(yīng)的點(diǎn)連接即可。
力控驅(qū)動(dòng)配置界面
力控軟件正常時(shí)與主控制器進(jìn)行通訊，若主設(shè)備損壞或者通訊出現(xiàn)故障，軟件會(huì)根據(jù)設(shè)備故障標(biāo)識(shí)斷開與主控制設(shè)備的通訊，而與從控制設(shè)備進(jìn)行通訊的連接，保證了系統(tǒng)的及時(shí)切換 ，從而保證了在設(shè)備切換的同時(shí)，上位機(jī)也同時(shí)做到及時(shí)切換。
二、上位機(jī)冗余
支持冗余的軟件要保證實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)在兩臺(tái)服務(wù)器上同時(shí)存儲(chǔ)和顯示，監(jiān)控站出現(xiàn)故障后，備用站能夠接替監(jiān)控站來(lái)工作，并且及時(shí)通知操作人員處理監(jiān)控站的故障。當(dāng)監(jiān)控站恢復(fù)正常以后，自動(dòng)接替?zhèn)溆糜?jì)算機(jī)工作，恢復(fù)初始的工作狀態(tài)。
以AB PLC為例，在力控軟件中，與AB PLC通訊模式主要有以下幾種：
(1)串行口：使用通過(guò)DF1協(xié)議與AB所有系列PLC設(shè)備通訊，包括LOGIX系列、SLC500/Micrologix、PLC5、PLC3、PLC2。
(2)總線：AB系列PLC的控制網(wǎng)絡(luò)主要有DH+、ControlNet、DeviceNet等，力控軟件采用OPC的方式與以上控制網(wǎng)絡(luò)通訊。
(3)工業(yè)以太網(wǎng)：力控軟件可以和Logix系列PLC以以太網(wǎng)(TCP/IP)的方式進(jìn)行通信。
在圖4中，下位機(jī)為AB PLC，上位機(jī)由兩套力控ForceControl系列組態(tài)軟件組成冗余系統(tǒng)，分別稱之為主站和從站，主站和從站的力控軟件在獨(dú)立工作時(shí)都能夠通過(guò)控制網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備進(jìn)行通訊。在冗余熱備模式下，正常工作時(shí)只有主站和控制站通訊，從站不和控制站通訊，從站的數(shù)據(jù)通過(guò)主站來(lái)進(jìn)行備份和同步。如果主站出現(xiàn)故障，從站接管主站工作。等主站恢復(fù)之后，可以通過(guò)自動(dòng)或手動(dòng)方式進(jìn)行干預(yù)來(lái)進(jìn)入熱備狀態(tài)，如果主站和從站都正常，用戶可以手動(dòng)地通過(guò)控制標(biāo)志位把工作從當(dāng)前站切換到熱備站(原來(lái)的主站)上。
同時(shí)從站周期性向主站發(fā)送數(shù)據(jù)同步請(qǐng)求，主站響應(yīng)這些請(qǐng)求，實(shí)現(xiàn)主從站之間的實(shí)時(shí)、歷史和報(bào)警數(shù)據(jù)同步，并且保證系統(tǒng)的時(shí)鐘同步。
上位機(jī)雙機(jī)冗余架構(gòu)
三、結(jié)論
力控軟件的全面冗余解決方案通過(guò)多年在流程行業(yè)的不斷總結(jié)應(yīng)用，已經(jīng)在石油、石化、電力的附屬裝置上得到了廣泛應(yīng)用;在石化系統(tǒng)的罐區(qū)、壓縮機(jī)控制、燃?xì)廨斔?在石油系統(tǒng)的聯(lián)合站上等裝置上得到了廣泛的應(yīng)用，其中很多項(xiàng)目都應(yīng)用在國(guó)家的重點(diǎn)工程上，為民族裝備制造業(yè)水平的提高貢獻(xiàn)了自己的力量。
