增强型冗余技术在油库自控系统中的应用研究

发表时间:2020/1/7   来源:《科技新时代》2019年11期   作者:倪静
[导读] 本文以Rockwell公司的控制器为对象研究了增强型冗余技术在油库PLC系统中的应用,包括系统的总体架构、安装调试步骤,以及安装完成后的测试方式,旨在通过对这一技术的研究与应用,提升机场供油系统的运行稳定性和可靠性。

倪静
        南京空港油料有限公司  江苏省南京市  210000
        摘要:本文以Rockwell公司的控制器为对象研究了增强型冗余技术在油库PLC系统中的应用,包括系统的总体架构、安装调试步骤,以及安装完成后的测试方式,旨在通过对这一技术的研究与应用,提升机场供油系统的运行稳定性和可靠性。
        关键词:PLC、冗余技术、ControlLogix、同步
        一、增强型冗余技术的概念及研究背景
        1.2.3.1.1 PLC冗余技术
        在油库自动化系统中,普遍采用了可编程逻辑控制器(PLC)作为控制器,通过PLC系统的I/O输入输出以及逻辑控制功能,实现系统的自动化控制和运行,也称为自控系统。
        由于自控系统接入了传感器、阀门、泵等各类现场设备,因此对于运行中的自控系统,除了在功能和性能上的要求以外,对于可靠性的要求也是非常高的,一旦系统出现故障,轻则系统瘫痪不能正常运转,严重时可造成各种安全事故。随着技术的发展,组建冗余系统成为了提高系统可靠性、安全性的一种有效方式。
        1.2 Rockwell增强型冗余技术
        罗克韦尔自动化有限公司是全球最大的工业自动化公司之一,研发并生产了ControlLogix、CompactLogix等各类大中小型PLC系统,在其最高端的ControlLogix系统中,基于原有的PLC冗余技术进行改进,推出了增强型冗余技术。
        增强型冗余技术与普通的PLC冗余技术相比,具备更高的冗余性能,主要特点如下:
        1)使用两个1756-RM2/A模块时,冗余模块的速度可达1000Mbps。使用两个1756-RM/A模块和两个1756-RM/B模块时,冗余模块的速度可达100Mbps。
        2)支持对EtherNet通信模块使用以下FactoryTalk®应用程序:
        –FactoryTalkAlarmsandEvents
        –FactoryTalkBatch
        –FactoryTalkPhaseManager™
        3)通过EtherNet/IP网络可访问远程I/O模块。
        4)通过EtherNet/IP网络访问1715冗余I/O系统。
        5)1756-EN2T支持套接字。
        二、基于增强型冗余技术的机场油库供油自控系统
        1.2.3.1.2.3.4.4.1.安装和配置步骤
        1)安装软件
        需要安装的软件如下:
        RSLogix5000软件
        RSLinxClassic通信软件
        冗余模块配置工具(RMCT)
        如果系统中已经安装了RSLinxClassic软件,则在安装其他软件前,需要完全关闭RSLinxClassic,方法如下:
        右键单击屏幕通知区域中的RSLinxClassic图标,并选择ShutdownRSLinxClassic。
        或采用第二种方法:RSLinxClassic软件打开后,从File菜单中选择ExitandShutdown。
        2)安装硬件
        模块的放置和配对原则如下:
        每对控制器和通信模块必须包含兼容的配对模块。同一插槽中的两个模块,仅在它们包含兼容的硬件和固件时,才被视为兼容的配对模块,模块本身可能还遵循其它规则。兼容性状态(兼容或不兼容)取决于主机架中的模块或其在从机架中的配对模块。
        冗余模块对必须在其各自的机架中占据相同的插槽。如果冗余模块处于不同的插槽,则即使其它模块的配对模块位于同一插槽,该冗余模块对也不会认为机架对已配对。
        如果不兼容的模块位于冗余控制机架对中,冗余模块会阻止特定冗余操作,例如验证。
        为获取最佳性能,请在机架中将冗余模块尽可能靠近控制器放置。
        3)更新固件
        使用ControlFLASH软件升级各个机架中各模块的固件。



        需要注意以下事项:
        只对要升级固件的模块所在的机架通电。每次只升级一个模块中的固件。
        增强型冗余系统固件包中包含的冗余模块固件适用于1756-RM、1756-RM2/A、1756-RMXT和1756-RM2XT冗余模块。
        首先升级第一个机架中的固件,步骤如下:
        1.接通机架的电源。
        2.将控制器上的模式开关切换至REM。
        3.等待冗余模块显示完其启动滚动消息。检查模块和状态指示灯。等待45秒钟,然后开始更新1756-RM固件。在此期间,冗余模块会执行内部操作,为更新做准备。如果是新模块,请等待直到显示APPLICATIONUPDATEREQUIRED,状态指示灯呈红色闪烁。
        4.启动ControlFLASH软件,单击Next开始更新过程。
        5.选择模块的目录号(先升级冗余模块),然后单击Next。
        6.展开网络驱动程序,找到要升级的模块或冗余模块。
        7.选择模块并单击OK。
        8.选择要更新的固件版本并单击Next。
        9.单击Finish。将会显示一个确认对话框。
        10.单击Yes。更新完成后,将会显示UpdateStatus对话框,指示更新已成功完成。
        11.单击OK。
        12.确认冗余模块状态显示PRIM,这表示升级成功。
        13.对机架中的每个模块完成步骤4…12。
        4)指定主机架和从机架
        按照以下步骤指定冗余机架对的主机架和从机架。
        1.确认已断开两个机架的电源。
        2.接通要指定为主机架的机架电源,等待模块的状态指示灯显示PRIM。
        3.接通要指定为从机架的机架电源。
        4.查看模块状态显示屏和PRI指示灯,确认主机架和从机架的标识。
        如果两个模块同时通电,则IP地址最低的模块被指定为主机架,并在模块的四字符显示屏上显示PRIM。此外,主冗余模块的PRI状态指示灯呈绿色。从机架的显示屏显示DISQ或SYNC,具体取决于从机架的状态。此外,从冗余模块的PRI状态指示灯未点亮。
        在验证时,模块状态显示屏从DISQ(未验证)变为QFNG(验证中),再变为SYNC(已同步)。验证过程在1…3分钟内完成,然后模块状态显示屏会指示验证状态。
        4.2.冗余测试和验证
        1)冗余切换测试
        按照以下步骤确认冗余系统按预期进行切换。在开始之前,系统必须完全合格。
        1.在RSLinxClassic软件中,访问主冗余模块的RMCT。
        2.单击Synchronization选项卡。
        3.单击InitiateSwitchover。将会打开RedundancyConfigurationTool对话框。
        4.单击Yes。切换开始。
        5.查看HMI或其它状态监视设备,确认已成功切换。
        2)冗余切换验证
        对系统冗余切换状态的验证,分为两种方式。
        第一种方式为可视化验证,即通过PLC系统的运行状况进行判断:
        冗余切换后,所有设备的开关量和模拟量状态是否均保持正常。
        所有PLC控制逻辑是否都可以使用,并且控制逻辑与切换前一直。
        第二种方式为系统自检验证,即通过PLC系统模块的自检功能,以及对应的状态码进行判断:
        可以参考以下表格,通过冗余模块以及主从ControlNet和EtherNet/IP通信模块的状态显示屏和指示灯来查看验证状态。
        4.3.研究结论
        根据研究结果,可将主PLC系统改造为冗余PLC系统,实现PLC控制器故障下的热冗余快速切换,再结合独立备用PLC的冷冗余,打造一套同时具备高可靠性和快速切换能力的自控系统。
        三、参考文献
        【1】ControlLogix冗余系统用户手册
        【2】ControlLogix增强型冗余系统
        【3】ControlLogix Enhanced Redundancy System

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