冗余可编程逻辑控制器的应用

摘要

本文研究了一种基于PLC的冗余控制系统。大多数控制系统都是采用了基于传统的可编程逻辑控制器,但这种系统容易产生误差,反过来会导致系统故障。开发的一种冗余控制系统要求相结合,利用一套四技术:预防缺陷:如何防止发生故障或介绍;容错:如何陈述正确的服务在断层的存在;故障清除:如何减少的数量或严重故障的故障预报:如何估计目前的数量,未来的发生率,和可能的后果的缺点。本文通过两种方法来设计并实现一种基于两个PLC的冗余控制系统:
　　(1)如果两个PLC在规定位置监测到的反馈结果不一致则两个PLC同时运行;
　　(2)系统使用2个PLC但只让一个PLC运行,当系统检测到某一功能部件发生故障是启动另一个PLC。实现可靠的控制系统求满足故障容错方法,在冗余保护的条件下提供了故障保护,以达到满意的效果。可靠性这些系统的性能是用来精度来描述,也就是使我们能够保证系统正常运作所需的术语。可靠性包括可靠性,安全性和可用性等等。从可靠性的角度来看,我们将特别关注数据库的复制这一解决方案的可行性。当系统采用外公司产品时,为了获得所需的系统可靠性,容错(冗余)通常是的唯一可行办法。再出现故障时,通过一些简单的技术处理,容错系统能过继续正常运作。因此,故障容错概念也就是:架设在系统中存在故障,系统来处理它们可以不受外来干预。在容错的目标是确保系统故障不会导致系统停止工作。本文有两种方法进行检测:第一,两个PLC的同时运作,如果两PLC一个安全的位置,差异检测出发发生冲突。第二,使用两个PLC,但只有一个工作时,将转换后一部分个发生故障的功能用于设计和实施两个冗余的PLC控制系统。鉴于上述情况,本文主要工作内容包括以下项目:1.本文针对某一种控制系统,研究相关控制基础,包括监测某一关键参数的状态,检测它跟理想状态的差异,并采取措施对其进行修复。2.本文提出冗余的概念,即采用备份的电子设备元件以便在发生故障时可以进行替代,这样可以提高系统的可靠性。3.为了帮助理解冗余控制系统的概念,本文设计提出了一些控制系统的架构,特别是采用PLC组建一个有限的双冗余系统。4.本文通过实验和推导设计该系统的硬件和软件配置,主要包括:首先,系统的机械配置完成同步输入进给,并基于该输入方式来修改其状态,当系统检测到差异后会自动关闭输入;其次,备用系统的配置(1oo2)与原系统完全一样,当一个单元足以执行系统功能时,系统出现故障时冗余系统会开启以保持系统的网络通信。然后,采用梯形逻辑编程为高性能的分布式和互锁控制提供了传统的梯形图逻辑网络技术,梯型逻辑元件连接电源输出端口和软元件线圈。事实上,控制系统有两个可编程逻辑控制器(PLC1-A,PLC2-B),与连接诸如以太网,冗余耦合器。耦合器和模拟输入每两个通道的接收都来自从探测器提供一个共同的信号。从耦合器的输入信号进行采样,样品的值和采样频率存储在内存中。其次,只有一个设备控制足以实现其执行功能,网络通信的功能是在第二个系统的切换系统故障的情况下触发的。在冗余系统中,系统上运行的CPU模块,控制系统和网络通信。该系统运行CPU的程序被称为控制系统,其他系统作为备份称为备用系统。本文通过使用实验室的设备来模拟上述的冗余控制方式,论证了该控制系统在降低系统中某一部件发生随机故障方面具有高可用性和可靠性,此外设计出了该控制系统并在工业化应用方面取得了进展。

目录

ABSTRACT

摘要

Chapter 1 GENERAL INTRODUCTION

1.1 Introduction

1.2 Background

1.3 Problematic

Chapter 2 FUNDAMENTAL OF CONTROL

2.1- Control overview

2.1.1. General control

2.1.2 Discrete or digital control

2.1.3 Analog control

2.1.4 Control loops

2.1.5 Control Objectives

2.1.6 Issues in Control System Design

2.2 Industrial Control Systems

2.2.1 Industrial Control System Operation

2.2.2 Control Components

2.3 Overview of Control System design

2.3.1 Types of controllers

2.3.2 Controller or automation systems

Chapter 3 CONCEPTS OF REDUNDANCY AND DEPENDABILITY

3.1 Theory of redundancy

3.1.1 Terminology

3.1.2 Forms of Redundancy

3.1.3 Automation redundancy

3.2 Theory of dependability

3.2.1 Dependability evaluation

3.2.2 Reliability and Availability calculations

3.2.3 Reliability of redundant element

3.2.4 Criteria

3.2.5 Dependability Summary

Chapter 4 ARCHITECTURE

4.1 Control system architecture

4.1.1 Local control

4.1.2 Redundant Architecture

4.2 Redundant PLCs architecture

4.2.1 PLC overview

Chapter 5 PROJECT PLANNING AND IMPLEMENTATION

5.1 Specifications

5.1.1 Basic Project description

5.1.2 How the process works

5.2 Methodology of approach

5.2.1 Design approach

5.2.2 Technologic path

5.3 Application of Methods

5.3.1 PLC Programming environment

5.3.2 System requirements

5.3.3 Programming

5.4 Analysis and discussion of the methods

5.5 Advantages and disadvantages

Chapter 6 CONCLUSION AND PERSPECTIVES

6.1 Conclusion

6.2 Perspectives

ACKNOWLEDGMENT

References