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GE 智能平台网络技术在水电厂PLC主、备切换中的应用

GE 智能平台网络技术在水电厂PLC主、备切换中的应用

2007/5/15 9:30:00
摘要:传统意义上,PLC主、备切换经常采用继电器方式,这种方式安全可靠,但是,备用PLC无法获得主用PLC中的某些状态量,如模拟量、扫查量等;如果主用PLC中的程序带有顺序标志位,或者需要保持外围设备的继电器,一旦进行主、备切换,程序将无法继续正常运行、外围设备将有可能停运。本文针对GE Fanuc系列90-30 PLC利用网络技术提出了一套解决方案,有效地解决了PLC主、备切换中容易产生的问题,并应用于实际工程中,获得了不错的效果。 关键字:主、备切换;网络技术;继电器 Abstract: Traditionally, the switch of PLC between master and slave always uses relay, it is reliable and secure, however, slave PLC can not acquire status variables with this method, such as analogue values, digital input status, and so on; if there were some sequence flags or must keep relays of peripheral equipment, program can not run as usual, and peripheral equipment may be stopped when the switch completed. This paper provides a set of method, which is used in GE Fanuc Series 90-30 PLC with network technology; it can solve problems produced by the switch, and acquires good result in real project. Keyword: switch between master and slave; network technology; relay 1. 前言 水电厂采用主、备切换的目的主要是为了保证机组可以正常运行,甚至在主用PLC坏掉或者断电的情况下也可以通过备用PLC对机组实施控制和监视,做到不随便停机,保证电网的正常运行,所以,主、备切换技术一般使用在大、中型电厂之中。为了保证高可靠性,电厂常常采用相同数量的模块组成主、备用PLC,但是,采用这种方式从某种意义上讲不仅增大了电厂的改造成本,而且一旦某种模块的订货周期过长,或者停产将直接影响到电厂机组的复役速度,为电厂造成经济损失。本文针对GE Fanuc 系列90-30 PLC,利用网络技术提出了一种解决方案,有效地解决了相应的问题。 2. 传统主、备切换方式的原理及弊端 传统意义上的主、备切换是通过把手和继电器来完成的。通过把手切换是当PLC运行正常时的切换方式,一般在PLC的运行盘柜上都有一个主用、备用把手,通过这个把手可以在PLC正常时对主、备用PLC进行切换,图1所示为该方式的原理示意图,当把手切换到主用的时候,节点1、2之间连通,即该输入点的输入模块通道回路连通,主用CPU通过对该输入点输入状态的判断,可以得知应该是由主用PLC对机组进行控制,而备用CPU通过对该点进行判断之后,将会切断备用PLC程序中所有的输出,此时,对机组的控制仅通过主用PLC来实现;如果将把手切换到备用,节点1、2之间断开,即该输入点的输入模块通道回路断开,备用CPU将会得知应该对备用PLC进行控制,而主用CPU将会切断主用PLC程序中所有的输出,此时,对机组的控制仅通过备用PLC来实现。
通过继电器切换是当主用PLC异常时的切换方式,图2所示为该方式的原理示意图,主用CPU控制一个输出继电器,在主用CPU正常的情况下输出继电器一直保持输出状态,节点3、4处于断开状态,即输出继电器闭节点构成的输入回路断开,通过对该输入点输入状态的判断,备用CPU将会得知是处于主用PLC控制状态,并切断备用PLC程序中的所有输出,机组的控制仅通过主用PLC来实现;一旦主用PLC发生异常情况,则输出继电器失电,节点3、4处于连通状态,即输出继电器闭节点构成的输入回路连通,通过对该输入点输入状态的判断,备用CPU得知处于备用PLC控制状态,恢复所有的输出,机组的控制仅通过备用PLC来实现。
通过上述对传统意义主、备PLC切换原理的介绍,我们不难看出,传统意义上的主、备切换比较简单,大多采用硬节点方式,没有数据传输,对于顺控程序或者不同硬件配置的PLC无法完成数据的完全传送,无法实现真正意义上的主、备切换,一旦在机组运行的时候进行切换将有可能造成机组运行的异常。 3. 新方法原理 通过对上述传统方式原理的分析我们不难看出,采用把手和继电器实现主、备切换是一种安全、可靠的切换方式,但是,这种切换方式有它一定的局限性。随着网络技术的发展,PLC厂家推出了很多网络版PLC,这使得PLC之间可以不再成为以前的信息“孤岛”,也无需再使用第三方软件充当PLC之间交换数据的信息平台,数据交换方式变得多样化,交换的数据量也变得越来越大。将网络技术和传统的把手、继电器结合起来,不仅可以保证主、备切换的可靠性,而且也可以完全克服传统方式的种种弊端,完善主、备切换方式。 4. 传统方法与新方法的比较 综合上述分析,我们通过表格的方式对新、旧两种的方法进行比较。
由表1可知,新方法与传统方法相比有了很大的改进,无论从整体的性能、还是从维护的效率都完全优于传统方法,因此,该方法应该在水电厂监控,尤其是老厂改造中有较大的前景。 5. 实际项目应用 作者使用上述新方法,采用GE Fanuc公司提供的系列90-30 CPU和CMM 321通讯模块,实现了主、备切换的新方式,并实际应用于电厂之中收到了显著的效果。具体应用方式如下,该项目是技术改造项目,以前老厂使用的主PLC采用系列90-70 PLC,备PLC采用系列90-30 PLC,两套PLC的硬件配置不一样,同时主程序还要保持某些辅机继电器,并要求做辅机之间的轮换,如果采用传统的主、备切换方式是无法控制机组正常运行的,所以,该电厂以前一直采用两套PLC同时输出的控制方式,使主、备PLC之间热备用。但是,采用这种方法无法做到时钟同步,而一些辅机的轮换需要通过时间进行控制,主PLC可能正在对1#辅机进行控制,而备PLC可能刚刚切换到1#辅机,这样会对同一个辅机控制线圈控制两次;有时甚至会出现1#辅机和2#辅机同时启动的情况,这些都是异常情况。由于当时网络技术尚未成熟,所以,电厂只能采用这种方式运行。这一问题也成为了长期困扰该电厂的主要问题之一。作者在对该电厂进行改造的时候,充分考虑到了老电厂的运行方式和安全性要求,采用双CPU,双CMM321方式构成双机、双网的控制方式,即主、备CPU之间采用网络通讯方式通讯,是第一条网路;CMM321之间也采用网络通讯方式通讯,是第二条网路。硬接线部分仍然采用把手和继电器方式。设计意图是在任何一条网路断掉的时候都不会影响主、备PLC之间的数据互传。同时,作者采用网络技术将主用PLC中涉及到辅机轮换,以及主用PLC运行时,采用第几个辅机的标志位按照1秒的发送周期发送给备用PLC,当切换到备用PLC的时候,备用PLC将会根据接收到的标志位继续保持相应的输出继电器,并实现了辅机之间正常的轮换,保证了主、备PLC切换之后机组的正常运行。同时,电厂为了降低改造成本,备用PLC比主用PLC少了很多输入模块,如果采用传统方式进行切换是无法进行数据传输的,一旦从主用PLC切换到备用PLC上位机相关的数据量将会完全丢失,这将给运行人员带来相当大的不便,并产生误解,甚至会出现误操作的情况。通过网络技术作者将备用PLC无法采集到的一些输入点的状态和数值通过主用PLC发送到备用PLC中,这样,一旦主用PLC出现异常情况切换到备用PLC之后,备用PLC就会保持上一个发送周期主用PLC输入点的状态与数值;如果在正常的情况下进行切换,备用PLC仍然可以准确地反映相应输入点的状态与数值。 6. 结论 综上所述,结合网络技术与传统技术成功地解决了该电厂的技术难题,并取到了良好的效果。由此可见,通过使用网络技术可以更好的保证电厂的安全性、可靠性,同时可以增加原有设备的可变性,节约投资成本,减轻维护强度。 参考文献: [1] GE PLC手册[Z] (中国水利水电科学院自动化所 张捷)
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