PLC軟冗余系統(tǒng)在電氣保護(hù)中的應(yīng)用

本文介紹了PLC軟冗余在電氣保護(hù)中的應(yīng)用，系統(tǒng)提高了控制的可靠性，給發(fā)電機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)運行提供保障，同時實現(xiàn)減員增效的目的。

1 引言

此系統(tǒng)的作用是當(dāng)機(jī)組在啟停和運行過程中發(fā)生危機(jī)設(shè)備和人身安全的故障是，自動采用保護(hù)和聯(lián)鎖，防止事故的產(chǎn)生和避免事故擴(kuò)大，從而保證機(jī)組的正常啟停和安全運行。通過對設(shè)備工作狀態(tài)和機(jī)組運行參數(shù)的嚴(yán)密監(jiān)視，發(fā)生異常十，即使發(fā)出警報信號，必要時自動啟動或者切除某些設(shè)備或者系統(tǒng)，使機(jī)組維持原負(fù)荷運行或減負(fù)荷運行。

一般舊的系統(tǒng)使用中只有手動操作方式，難以實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，給操作人員帶來一定的麻煩與危險，也造成出現(xiàn)報警或危險等情況不能及時處理的現(xiàn)象。升壓站多為人工抄表，事故報警信號不能遠(yuǎn)傳必須有人值守，而且發(fā)生報警后，由于數(shù)據(jù)信號較多，很難及時、準(zhǔn)確的判斷出事故的原因，影響事故的處理速度。當(dāng)發(fā)生重大事故而危及機(jī)組設(shè)備時不能停止機(jī)組（或一部分）運行，使事故進(jìn)一步擴(kuò)大，造成嚴(yán)重后果，所以急需使用PLC對升壓站進(jìn)行改造。

而由于系統(tǒng)的餓要求的高可靠性，必須使用冗余系統(tǒng)，而使用西門子S7-400的硬冗余回極大的提高成本。本系統(tǒng)選用西門子S7-300使用軟冗余來達(dá)到目的，同時降低成本。

2 控制系統(tǒng)構(gòu)成

軟冗余系統(tǒng)由A和B兩套PLC控制系統(tǒng)組成。開始時，A系統(tǒng)為主，B系統(tǒng)為備用，當(dāng)主系統(tǒng)A中的任何一個組件出錯，控制任務(wù)會自動切換到備用系統(tǒng)B當(dāng)中執(zhí)行，這時，B系統(tǒng)為主，A系統(tǒng)為備用，這種切換過程是包括電源、CPU、通訊電纜和IM153接口模塊的整體切換。系統(tǒng)運行過程中，即使沒有任何組件出錯，操作人員也可以通過設(shè)定控制字，實現(xiàn)手動的主備系統(tǒng)切換，這種手動切換過程，對于控制系統(tǒng)的軟硬件調(diào)整，更換，擴(kuò)容非常有用，即Altering Gon-figuration and Application Programin RUN Mode。

根據(jù)保護(hù)系統(tǒng)所需的輸入輸出點數(shù)、節(jié)點容量、系統(tǒng)功能要求，使用兩個西門子CPU315-2DP做軟冗余CPU，使用CP5611連接上位機(jī)與PLC，上位機(jī)使用WINCC做HMI人機(jī)界面。

兩快CPU之間需要使用CP342-5進(jìn)行實時的數(shù)據(jù)交換，通過ET200M擴(kuò)展從站。特別應(yīng)當(dāng)注意的是軟冗余系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)使用有源總線模板的導(dǎo)軌及有源總線模板。

網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中也包括了4條鏈路：

用于上位機(jī)編程和監(jiān)控的MPI鏈路；

A站和與ET200從站master LinePROFIBUS鏈路；

B站與ET200從站Reserve LinePROFIBUS鏈路；

A站與B站之間進(jìn)行數(shù)據(jù)同步的Synchronization Line PROFIBUS鏈路。

3 軟冗余程序的編寫

軟冗余程序需要西門子提供的軟冗余軟件包及STEP7。在A站的BLock中插入OB1（主循環(huán)程序塊）、OB35（定時中斷組織塊）、OB100（暖啟動調(diào)用程序塊）、OB80（在主系統(tǒng)與備用系統(tǒng)切換時間超時時，調(diào)用該塊）、OB82（DP-Slave ET200站上的IM153-2模塊出錯報警，調(diào)用該功能塊）、OB83（DP從站的接口模塊與主站鏈接斷開或鏈接重新建立時調(diào)用該塊）、OB85（程序運行出錯或DP從站鏈接失敗調(diào)用該塊）、OB86（主從站通訊出錯調(diào)用該塊）、OB87（通訊失敗調(diào)用該塊）、OB122（外圍設(shè)備訪問出錯調(diào)用該塊）、OB121等組織塊，并對其中的OB100、OB35、OB86進(jìn)行編程。

首先，用戶需要在初始化程序中（OB100）定義冗余部分的數(shù)據(jù)區(qū)，該數(shù)據(jù)區(qū)可以包括：一個過程映象區(qū)（procese image area），一個定時器區(qū)（IEC timer area），一個計數(shù)器區(qū)（IEC counter area），位地址區(qū)（memory ad-dress area），和一個數(shù)據(jù)塊區(qū)（datablock area），S7-300同步的最大數(shù)據(jù)量為8KBytes。

使用的是OB35的默認(rèn)屬性，即每100ms中斷觸發(fā)一次，可以根據(jù)實際的需要在CPU屬性中修改中斷的時間間隔。在OB35里調(diào)用FB101S‘WR_ZYK’功能塊,FB101塊中封裝了冗余功能的程序段,實現(xiàn)冗余功能.調(diào)用FB101時,你可以在線的讀出RETURN_VAL參數(shù)的數(shù)值,如果為0,說明冗余鏈接正常.如果為8015說明數(shù)據(jù)同步的鏈接不成功,原因是CP342-5之間的FDL鏈接建立的不正確或物理鏈接不通,或是FC100的VERB_ID參數(shù)與NETPRO中的鏈接ID號不一致.當(dāng)執(zhí)行‘SWR_START’程序塊時,系統(tǒng)分配這些數(shù)據(jù)區(qū),不能使用S7的定時器和計數(shù)器.

OB35中的程序段也可以在OBI中實現(xiàn),知識比使用中斷的方式,而使用助循環(huán)的方式.除去冗余段外的程序大致如下: CALL FB M101,DB5

DB_WORK_NO:=DB1

CALL_POSITON:=TRUE

RETURN_VAL:=MW6

EXT_INFO:=MW8

上段程序中調(diào)用了HB101,使用了數(shù)據(jù)塊OB5.

UDB5.DBX9.1

SPB MNEXT

上段程序可以在DB5中得到控制字(OBW10)和狀態(tài)字DBW8的信息.分析狀態(tài)字中的信息,如果當(dāng)前站為備用系統(tǒng),則跳過冗余程序段.

在SPB MNEXT 與跳至的MNEXT程序塊之間加入實際需要的邏輯塊,此處的邏輯塊就屬于冗余程序段.

4 系統(tǒng)的功能

結(jié)構(gòu)簡單可靠、組件式插接，便于安裝維護(hù)。

雙電源供電，雙CPU冗余，確保穩(wěn)定工作。

上位機(jī)監(jiān)控，具有報表打印、報警查詢、狀態(tài)監(jiān)視、保護(hù)連鎖實驗記錄等多種功能。

5 結(jié)束語

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理、易擴(kuò)展、可靠性高、能對所有輸入輸出點進(jìn)行狀態(tài)記錄，實現(xiàn)保護(hù)連鎖、動作記錄數(shù)據(jù)管理、狀態(tài)監(jiān)視、系統(tǒng)組態(tài)等功能。對于提高機(jī)組自動化水平，減輕運行人員負(fù)擔(dān)，增加機(jī)組的可靠性具有重大意義。