冗余技術(shù)在PLC控制系統(tǒng)可靠性提高中的應(yīng)用

張帆 張雋爽

摘要：隨著近些年我國自動化水平的快速提升，自動化控制技術(shù)已經(jīng)在很多行業(yè)得到了應(yīng)用，對于自動生產(chǎn)控制具有非常重要的作用。在自動控制過程中，PLC是最為常用的控制器，一旦PLC控制系統(tǒng)發(fā)生故障就會直接影響到生產(chǎn)的正常進(jìn)行，嚴(yán)重情況下會造成較大經(jīng)濟(jì)損失，所以需要有效提升PLC控制系統(tǒng)的可靠性。本文主要提出利用冗余技術(shù)提升PLC控制系統(tǒng)可靠性方面的內(nèi)容，分別從軟硬件等方面分析提升PLC可靠性的途徑，希望能夠?qū)ο嚓P(guān)人士有所幫助。

Abstract： With the rapid improvement of China's automation level in recent years， automation control technology has been applied in many industries and plays a very important role in automatic production control. In the automatic control process， PLC is the most commonly used controller. Once the PLC control system fails， it will directly affect the normal production， and even in severe cases， it will cause greater economic losses， so it is necessary to effectively improve the reliability of the PLC control system. This article mainly proposes the use of redundancy technology to improve the reliability of the PLC control system， and analyzes the ways to improve the reliability of the PLC from the aspects of software and hardware， hoping to be helpful to the relevant people.

關(guān)鍵詞：冗余技術(shù);PLC控制系統(tǒng);可靠性

Key words： redundancy technology;PLC control system;reliability

中圖分類號：TP273.5? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）11-0233-03

0? 引言

目前PLC已經(jīng)成為工業(yè)控制方面最常用的控制器，其具有比較強(qiáng)的抗干擾能力以及可靠性。但是在相對復(fù)雜的環(huán)境（例如高溫潮濕、較強(qiáng)電磁影響等）下PLC控制系統(tǒng)的可靠性會受到影響，嚴(yán)重情況下會造成系統(tǒng)無法正常工作，所以需要加強(qiáng)控制系統(tǒng)可靠性方面的研究?？刂葡到y(tǒng)的冗余技術(shù)就是指對于關(guān)鍵性設(shè)備或者節(jié)點(diǎn)采取主備配置的方式確保其可靠性，一旦主設(shè)備發(fā)生故障備用設(shè)備就可以啟動工作，確保系統(tǒng)能夠容錯(cuò)運(yùn)行，防止控制系統(tǒng)故障所造成的生產(chǎn)停滯，能夠大大提升整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。所以對于冗余技術(shù)在PLC控制系統(tǒng)可靠性方面應(yīng)用的研究是非常重要的，對于推動工業(yè)控制水平提升具有現(xiàn)實(shí)意義。

1? 冗余技術(shù)概述

所謂的冗余技術(shù)主要就是利用增設(shè)同等功能的部件、利用冗余邏輯確保其有序運(yùn)行，若是其中某個(gè)部件發(fā)生故障就可以通過冗余部件代替工作，確保整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。根據(jù)實(shí)現(xiàn)方式的不同可以將冗余技術(shù)分成硬件冗余、軟件冗余等類型。

1.1 硬件冗余技術(shù)

所謂的硬件冗余就是指通過增設(shè)同等功能的部件當(dāng)作備用，正常情況下備用部件并不用工作，但是系統(tǒng)中發(fā)生故障時(shí)備用件可以繼續(xù)進(jìn)行工作，確保系統(tǒng)穩(wěn)定性。此種技術(shù)可以在很多時(shí)間內(nèi)進(jìn)行有效切換，系統(tǒng)具有非常好的跟隨性，但是硬件的冗余直接增加備用硬件，所以會一定程度提升系統(tǒng)的成本。較為常用的硬件冗余系統(tǒng)主要有并聯(lián)系統(tǒng)、備用系統(tǒng)、表決系統(tǒng)等等。

1.2 軟件冗余技術(shù)

所謂的軟件冗余就是指利用軟件程序的升級優(yōu)化確保主、備系統(tǒng)數(shù)據(jù)的同步以及快速替換。此技術(shù)的成本相對較低，具有較高的性價(jià)比，其切換時(shí)間主要受到主體程序、檢測程序方面的影響。

2? 硬件冗余提升PLC控制系統(tǒng)可靠性分析

2.1 PLC控制系統(tǒng)硬件冗余技術(shù)分析

一般情況下，在PLC控制系統(tǒng)中，硬件冗余主要包括CPU冗余、電源冗余、I/O接口冗余、通信冗余等等。

第一，CPU冗余。就是指在主控制器運(yùn)行的同時(shí)備有控制器，一旦發(fā)生故障就會自行切換到備用控制器，此種方式常常應(yīng)用在對生產(chǎn)工藝要求較高的系統(tǒng)中。可以通過熱備模塊或者同步模塊確保不同控制器的數(shù)據(jù)同步，此種冗余的切換時(shí)間相對較短、速度較快。

第二，電源冗余。電源是確保PLC控制系統(tǒng)正常運(yùn)行的源動力，一旦PLC的電源突然斷掉就會造成關(guān)閉輸出，從而對控制系統(tǒng)造成較大影響。電源冗余就是利用多個(gè)電源模塊實(shí)施系統(tǒng)供電，不同電源模塊之間利用冗余電纜實(shí)現(xiàn)信息交換。