PLC軟冗余系統在電氣保護中的應用

本文介紹了PLC軟冗余在電氣保護中的應用，系統提高了控制的可靠性，給發電機組的安全、經濟運行提供保障，同時實現減員增效的目的。

1 引言

此系統的作用是當機組在啟停和運行過程中發生危機設備和人身安全的故障是，自動采用保護和聯鎖，防止事故的產生和避免事故擴大，從而保證機組的正常啟停和安全運行。通過對設備工作狀態和機組運行參數的嚴密監視，發生異常十，即使發出警報信號，必要時自動啟動或者切除某些設備或者系統，使機組維持原負荷運行或減負荷運行。

一般舊的系統使用中只有手動操作方式，難以實現遠程監控，給操作人員帶來一定的麻煩與危險，也造成出現報警或危險等情況不能及時處理的現象。升壓站多為人工抄表，事故報警信號不能遠傳必須有人值守，而且發生報警后，由于數據信號較多，很難及時、準確的判斷出事故的原因，影響事故的處理速度。當發生重大事故而危及機組設備時不能停止機組（或一部分）運行，使事故進一步擴大，造成嚴重后果，所以急需使用PLC對升壓站進行改造。

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

2 控制系統構成

軟冗余系統由A和B兩套PLC控制系統組成。開始時，A系統為主，B系統為備用，當主系統A中的任何一個組件出錯，控制任務會自動切換到備用系統B當中執行，這時，B系統為主，A系統為備用，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定控制字，實現手動的主備系統切換，這種手動切換過程，對于控制系統的軟硬件調整，更換，擴容非常有用，即Altering Gon-figuration and Application Programin RUN Mode。

根據保護系統所需的輸入輸出點數、節點容量、系統功能要求，使用兩個西門子CPU315-2DP做軟冗余CPU，使用CP5611連接上位機與PLC，上位機使用WINCC做HMI人機界面。

兩快CPU之間需要使用CP342-5進行實時的數據交換，通過ET200M擴展從站。特別應當注意的是軟冗余系統應當使用有源總線模板的導軌及有源總線模板。

網絡結構中也包括了4條鏈路：

用于上位機編程和監控的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站之間進行數據同步的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（主循環程序塊）、OB35（定時中斷組織塊）、OB100（暖啟動調用程序塊）、OB80（在主系統與備用系統切換時間超時時，調用該塊）、OB82（DP-Slave ET200站上的IM153-2模塊出錯報警，調用該功能塊）、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用該塊）、OB85（程序運行出錯或DP從站鏈接失敗調用該塊）、OB86（主從站通訊出錯調用該塊）、OB87（通訊失敗調用該塊）、OB122（外圍設備訪問出錯調用該塊）、OB121等組織塊，并對其中的OB100、OB35、OB86進行編程。

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

使用的是OB35的默認屬性，即每100ms中斷觸發一次，可以根據實際的需要在CPU屬性中修改中斷的時間間隔。在OB35里調用FB101S‘WR_ZYK’功能塊,FB101塊中封裝了冗余功能的程序段,實現冗余功能.調用FB101時,你可以在線的讀出RETURN_VAL參數的數值,如果為0,說明冗余鏈接正常.如果為8015說明數據同步的鏈接不成功,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參數與NETPRO中的鏈接ID號不一致.當執行‘SWR_START’程序塊時,系統分配這些數據區,不能使用S7的定時器和計數器.

OB35中的程序段也可以在OBI中實現,知識比使用中斷的方式,而使用助循環的方式.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

上段程序中調用了HB101,使用了數據塊OB5.

UDB5.DBX9.1

SPB MNEXT

上段程序可以在DB5中得到控制字(OBW10)和狀態字DBW8的信息.分析狀態字中的信息,如果當前站為備用系統,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 系統的功能

結構簡單可靠、組件式插接，便于安裝維護。

雙電源供電，雙CPU冗余，確保穩定工作。

上位機監控，具有報表打印、報警查詢、狀態監視、保護連鎖實驗記錄等多種功能。

5 結束語

系統結構合理、易擴展、可靠性高、能對所有輸入輸出點進行狀態記錄，實現保護連鎖、動作記錄數據管理、狀態監視、系統組態等功能。對于提高機組自動化水平，減輕運行人員負擔，增加機組的可靠性具有重大意義。