GE 智能平臺網絡技術在水電廠PLC主、備切換中的應用———The Application of network technology used in switch of Master and Sla
摘要：傳統意義上，PLC主、備切換經常采用繼電器方式，這種方式安全可靠，但是，備用PLC無法獲得主用PLC中的某些狀態量，如模擬量、掃查量等；如果主用PLC中的程序帶有順序標志位，或者需要保持外圍設備的繼電器,一旦進行主、備切換，程序將無法繼續正常運行、外圍設備將有可能停運。本文針對GE Fanuc系列90-30 PLC利用網絡技術提出了一套解決方案，有效地解決了PLC主、備切換中容易產生的問題，并應用于實際工程中，獲得了不錯的效果。
關鍵字：主、備切換；網絡技術；繼電器
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
水電廠采用主、備切換的目的主要是為了保證機組可以正常運行，甚至在主用PLC壞掉或者斷電的情況下也可以通過備用PLC對機組實施控制和監視，做到不隨便停機，保證電網的正常運行，所以，主、備切換技術一般使用在大、中型電廠之中。為了保證高可靠性，電廠常常采用相同數量的模塊組成主、備用PLC，但是，采用這種方式從某種意義上講不僅增大了電廠的改造成本，而且一旦某種模塊的訂貨周期過長，或者停產將直接影響到電廠機組的復役速度，為電廠造成經濟損失。本文針對GE Fanuc 系列90-30 PLC，利用網絡技術提出了一種解決方案，有效地解決了相應的問題。
2. 傳統主、備切換方式的原理及弊端
傳統意義上的主、備切換是通過把手和繼電器來完成的。通過把手切換是當PLC運行正常時的切換方式，一般在PLC的運行盤柜上都有一個主用、備用把手，通過這個把手可以在PLC正常時對主、備用PLC進行切換，圖1所示為該方式的原理示意圖，當把手切換到主用的時候，節點1、2之間連通，即該輸入點的輸入模塊通道回路連通，主用CPU通過對該輸入點輸入狀態的判斷，可以得知應該是由主用PLC對機組進行控制，而備用CPU通過對該點進行判斷之后，將會切斷備用PLC程序中所有的輸出，此時，對機組的控制僅通過主用PLC來實現；如果將把手切換到備用，節點1、2之間斷開，即該輸入點的輸入模塊通道回路斷開，備用CPU將會得知應該對備用PLC進行控制，而主用CPU將會切斷主用PLC程序中所有的輸出，此時，對機組的控制僅通過備用PLC來實現。
通過繼電器切換是當主用PLC異常時的切換方式，圖2所示為該方式的原理示意圖，主用CPU控制一個輸出繼電器，在主用CPU正常的情況下輸出繼電器一直保持輸出狀態，節點3、4處于斷開狀態，即輸出繼電器閉節點構成的輸入回路斷開，通過對該輸入點輸入狀態的判斷，備用CPU將會得知是處于主用PLC控制狀態，并切斷備用PLC程序中的所有輸出，機組的控制僅通過主用PLC來實現；一旦主用PLC發生異常情況，則輸出繼電器失電，節點3、4處于連通狀態，即輸出繼電器閉節點構成的輸入回路連通，通過對該輸入點輸入狀態的判斷，備用CPU得知處于備用PLC控制狀態，恢復所有的輸出，機組的控制僅通過備用PLC來實現。
通過上述對傳統意義主、備PLC切換原理的介紹，我們不難看出，傳統意義上的主、備切換比較簡單，大多采用硬節點方式，沒有數據傳輸，對于順控程序或者不同硬件配置的PLC無法完成數據的完全傳送，無法實現真正意義上的主、備切換，一旦在機組運行的時候進行切換將有可能造成機組運行的異常。
3. 新方法原理通過對上述傳統方式原理的分析我們不難看出，采用把手和繼電器實現主、備切換是一種安全、可靠的切換方式，但是，這種切換方式有它一定的局限性。隨著網絡技術的發展，PLC廠家推出了很多網絡版PLC，這使得PLC之間可以不再成為以前的信息“孤島”，也無需再使用第三方軟件充當PLC之間交換數據的信息平臺，數據交換方式變得多樣化，交換的數據量也變得越來越大。將網絡技術和傳統的把手、繼電器結合起來，不僅可以保證主、備切換的可靠性，而且也可以完全克服傳統方式的種種弊端，完善主、備切換方式。
4. 傳統方法與新方法的比較綜合上述分析，我們通過表格的方式對新、舊兩種的方法進行比較。
由表1可知，新方法與傳統方法相比有了很大的改進，無論從整體的性能、還是從維護的效率都完全優于傳統方法，因此，該方法應該在水電廠監控，尤其是老廠改造中有較大的前景。
5. 實際項目應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通訊模塊，實現了主、備切換的新方式，并實際應用于電廠之中收到了顯著的效果。具體應用方式如下，該項目是技術改造項目，以前老廠使用的主PLC采用系列90-70 PLC，備PLC采用系列90-30 PLC，兩套PLC的硬件配置不一樣，同時主程序還要保持某些輔機繼電器，并要求做輔機之間的輪換，如果采用傳統的主、備切換方式是無法控制機組正常運行的，所以，該電廠以前一直采用兩套PLC同時輸出的控制方式，使主、備PLC之間熱備用。但是，采用這種方法無法做到時鐘同步，而一些輔機的輪換需要通過時間進行控制，主PLC可能正在對1#輔機進行控制，而備PLC可能剛剛切換到1#輔機，這樣會對同一個輔機控制線圈控制兩次；有時甚至會出現1#輔機和2#輔機同時啟動的情況，這些都是異常情況。由于當時網絡技術尚未成熟，所以，電廠只能采用這種方式運行。這一問題也成為了長期困擾該電廠的主要問題之一。作者在對該電廠進行改造的時候，充分考慮到了老電廠的運行方式和安全性要求，采用雙CPU，雙CMM321方式構成雙機、雙網的控制方式，即主、備CPU之間采用網絡通訊方式通訊，是第一條網路；CMM321之間也采用網絡通訊方式通訊，是第二條網路。硬接線部分仍然采用把手和繼電器方式。設計意圖是在任何一條網路斷掉的時候都不會影響主、備PLC之間的數據互傳。同時，作者采用網絡技術將主用PLC中涉及到輔機輪換，以及主用PLC運行時，采用第幾個輔機的標志位按照1秒的發送周期發送給備用PLC，當切換到備用PLC的時候，備用PLC將會根據接收到的標志位繼續保持相應的輸出繼電器，并實現了輔機之間正常的輪換，保證了主、備PLC切換之后機組的正常運行。同時，電廠為了降低改造成本，備用PLC比主用PLC少了很多輸入模塊，如果采用傳統方式進行切換是無法進行數據傳輸的，一旦從主用PLC切換到備用PLC上位機相關的數據量將會完全丟失，這將給運行人員帶來相當大的不便，并產生誤解，甚至會出現誤操作的情況。通過網絡技術作者將備用PLC無法采集到的一些輸入點的狀態和數值通過主用PLC發送到備用PLC中，這樣，一旦主用PLC出現異常情況切換到備用PLC之后，備用PLC就會保持上一個發送周期主用PLC輸入點的狀態與數值；如果在正常的情況下進行切換，備用PLC仍然可以準確地反映相應輸入點的狀態與數值。
6. 結論綜上所述，結合網絡技術與傳統技術成功地解決了該電廠的技術難題，并取到了良好的效果。由此可見，通過使用網絡技術可以更好的保證電廠的安全性、可靠性，同時可以增加原有設備的可變性，節約投資成本，減輕維護強度。
參考文獻：[1] GE PLC手冊[Z]
（中國水利水電科學院自動化所 張捷）
