【word】 可编程控制器系统冗余设计

【word】 可编程控制器系统冗余 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 可编程控制器系统冗余设计 煤矿现代化2007年第4期总第79期 可编程控制器系统冗余设计 淮南矿业集团顾桥矿建设项目部余安徽 安徽理工大学电气 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 系张银 摘要可编程序控制器PIE(ProgrammableLogicController)I~余设计运行对于工业自动化控制系统 的可靠性有着重要意义.本文从冷备份,热备份,表决系统三个方面的冗余配置为一些对生产可靠性要求较 高的工作环境提供了解决方法, 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 了一种普遍采用的并联冗余设计方法并提出了一种更有效的冗余设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 . 关键词可编程控制器冗余配置设计 可编程控制器是专门为工业生产环境而设计的电气控制 装置,一般不需要采取什么特殊措施.便可直接在工业环境中 使用.但随着工业规模的不断扩大,自动化程度的加深和在强 电磁场,强腐蚀,高粉尘,高低温剧烈变化等恶劣环境下应用 PIE的广泛性,以及用户对PLC控制系统运行可靠性要求的 进一步提高,使用PIE构成控制系统时,硬件故障总是难免 的,特别是控制器对于用户是个”黑盒子”,一旦出现故障,用 户一点办法也没有.所以除了选用可靠性高的PLC系统并使 其在允许环境下工作外,控制系统冗余设计也是提高PIE控 制系统可靠性的有效措施.特别是对于那些由于安全和产量 的原因要求控制系统具有极高的可靠性和安全性的场合,如 核电站,发电厂,化工生产,高炉控制,航天器等,使用冗余技 术能够有效地解决可靠性问题. 1冗余设计 “冗余”定义为”多余重复”,冗余设计即在系统中人为 地设计有”多余的部分”.没有它系统照样工作,但在系统出 现故障时,这种多余部分能立即替代故障部分而使系统继续 正常运行.冗余配置代表PIE适应特殊需要的能力,是高性能 PIE地体现,其目的是在PIE已可靠工作的基础上,再进一步 提高可靠性,减少出故障的机率,减少出故障后的修复时间. 1.1冷备份冗余配置 对容易出故障的模板,多购一套或若干套作为备份,以备 一 旦正在运行的模板出现故障时能及时更换,从而减少故障 后系统修复的时间,减少停工损失.冷备份就是说备份的模板 没有安装在设备上,只是放在库中待用. 冷备份的数量需要考虑,缺乏备份,出了问题不能及时更 换将影响生产,造成损失.备份数量太多,甚至无关紧要的也 备份,必然造成浪费.特别是PIE技术发展很快,旧产品常被 新产品更换,备份过多不如用新的取代. 备份还要看市场情况,容易买到的可少备或不备,否则可 适当备份或多备. 1-2热备份冗余配置 热备份是冗余的模板在线工作,只是不参与控制.一旦参 与控制的模板出现故障,它可自动接替其工作,系统可不受停 机损失. 大型机PLC控制系统,所用模板多,可靠性将有所下降. 若用于特别重要的场合,其重要的模板进行热备份是必要的. 可用硬件和软件两种方法实现. 1.2.1用硬件实现的热冗余系统 这种系统是双CPU热备份系统,即双机系统,由两套完全 ? 48? 相同的CPU模板组成.一个CPU工作,完成控制,另一个CPU 热备份,也运行同样的程序,但它的输出是被禁止的.一旦主 CPU模板出现故障,马上投入备用的CPU模板.这一切过程是 用所谓冗余处理单元RPU控制的.这时出故障的CPU模板可 进行维修或更换.当然,也可能热备份的CPU模板先出故障, 那就先把故障的热备份CPU模板进行更换.例如OMRON的 C2000H,CVM1D机等,配置成双机系统后,经必要设定后比较 灵活. 1.2.2用软件实现的热冗余系统 这种系统也有两个CPU模块在同时运行一个程序,不同 的是,系统不是靠冗余处理单元对两个CPU模块进行切换.主 CPU模块通过通信口与备用CPU模块连在一起进行通信,每 个扫描周期的末了进行数据校验比较,当有故障时,备用CPU 立即接替故障CPU模块的工作.例如西门子公司的S5系列, S7的400系列机的冗余系统就是采用这种方式.这种工作方 式也称为并联冗余.下面我们对这种冗余设计做详细分析并 给出一种改进设计方法. 并联冗余设计系统如图1所示: 图1并联冗余设计系统图 设第i个单元的可靠度函数为Ri(t), 则13个单元并联冗余系统的可靠度函数为: R并(t)=1一兀【1-Ri(t)】 平均寿命为:MTBF=fR并(t)dt 由于电子产品和控制设备的失效分布大致都服从指数分 布,这里我们使用两套完全相同的CPU模板并联,即n=2,所 以单个CPU的可靠度为:R1(t)=R2(t)=e一活 MTBFI=MTBF2=I/ 平均寿命为: R并(t)=1一(1-e一2t)一2e一t—e一2t 则两单元并联冗余系统的可靠度为:R并(t)=1一(1--e一 2t)一2e一t—e一2t 平均寿命为:MTBF=f(2e一t—e-2t) dt=2/一1/2=3/2 系统可靠度函数图如图2所示. 图2中,上面的曲线是并联冗余系统的可靠度函数图,下 面的曲线是单个CPU可靠度函数图.从图中可明显看出,并联 冗余后系统的可靠性指标明显上升,且前者的平均寿命是后 煤矿现代化2007年第4期睇辆 者的1.5倍. 图2系统可靠度函数图 但是这种由软件实现的并联设计由于冗余设备长期处于 空闲状态,使得控制系统的成本大幅度地增加,因此其应用必 然受到一定程度的限制.改进后的双重并联冗余设计就解决 了这个问题,系统框图如图3. 图3系统框图 这种设计的优点是在并联通道的后部交叉设置了与门和 或门,当两路都正常工作时,可以实现两台PLC无空闲双重工 作;当有一路发生故障时,另一路通过与门和或门同时支持两 路的输出.这一设计完全解决了并联冗余系统必须有一路空 闲的缺点,不仅提高了系统可靠性,而且节约了系统的成本. L ,无一失’可配置成表决系在特别重要的场合,馓到无一失,可配置成 表决系 统.多套模板(如3套)同时工作,其输出依少数服从多数的 原则裁决.这种系统出现故障的机率几乎可减少到零.这种系 2结语拙 冗余配置设计是PLc系统设计中关键的一部替器裁嘉 热备冗余系统是中,大型PLC的一种重要系统配置,热各余 系统可以大大提高控制系统的可靠性,减少系统恢复时间和 因系统故障所造成的损失.本文的冗余设计分析为PLC.在电 气控制领域高可靠,更安全地应用,提供了一些有益的技本方 案..- 作者简介: 余安徽(1980一),男,安徽六安人.2004年毕业于安徽理 工大学电气系.现为淮南矿业集团顾桥矿井建设项目部绞车 队主井提升系统技术主管,助理工程师.. (收稿日期:2006—9—11) Thedesignofredundancyinprogrammablelogiccontroller ConstructingItemMinistry,GuQiaoMine,HuMnanMiningIndustryGroupYuall—hui DepartmentofElectricEngineering,AnhuiUniversityofScienceandTechno logy,HuMnanZhangYin Abstract:redundancycontrolhasimportantmeaningsforreliabilityintheaut omatedindustrycontrolsystembasedonPLCro— grammableLogicController).fromtheredundancycollocateofcoldstandby, hotstandby,votesystem,theresolvemethodisofferedforsome workingconditionofhighreliabilityinthetext,aparallelredundancy’Sdesignwhichisusedwidelyisanalyzedandaeffectiveredundancy.S designisputtedforward. Keywords:PLC;redundancy;collocate;design (上接第47页) (2)数据消噪模块.选择多分辨率小波函数对数据进行 消噪处理,消噪阈值设置和小波函数设置等,能够完成对探测 仪数据中存在的各种噪声信息和奇异点进行消除. (3)数据增强模块.该模块提供多分辨率小波函数对数 据进行信号增强,能够对感兴趣的信号特征进行信号增强操 作,以便在岩性识别中获得更好的效果. (4)小波包分析模块.该模块能够对探测仪数据进行小 波包分解,可以设置小波包的层次等参数,绘制小波树,计算 特征能量,并提取感兴趣的数据特征向量. (5)岩性识别模块.该模块提供了对岩性的识别和绘制 功能.首先需要输入标准剖面和解释信息,根据标准剖面对神 经网络进行训练,用训练好的BP网络对探测仪数据进行识 别.此外还提供了计算岩层组合敏感系数的功能. 本文对巷道顶板岩层结构探测技术进行了研究.设计的 顶板岩层结构探测仪设计新颖,操作简单,实用性强,能够实 现在锚杆支护过程中对顶板岩层结构进行全过程,全方位,密 集或连续实时侦测,对于优选支护参数和防止冒顶事故具有 很高的应用价值. 参考文献 贾明魁.岩层组合劣化探测技术研究【J】.中国矿业大学学 报.2006.35(1):44—48 作者简介 吴联君,男,1964年2月出生,1987年毕业于中国矿业学 院地质专业,获学士学位.2002年12月获辽宁工程技术大学 采矿工程硕士学位.2003年9月至今于中国矿业大学(北京) 攻读采矿工程博士学位.现在神华集团北京国土资源遥感公 司工作. (收稿日期:2006—6—23) ? 49?