陕西欣鸿然自动化设备有限公司

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A-B(艾伦-布拉德利Allen-Bradley)是Rockwell自动化公司的知名品牌。罗克韦尔自动化是一家工业自动化跨国公司，为制造业提供一流的动力、控制和信息技术解决方案。罗克韦尔自动化公司整合了工业自动化领域的知名品牌，致力于打造全方位自动化解决方案，帮助客户提高生产力。这些品牌包括艾伦–布拉德利Allen-Bradley的控制产品和工程服务、道奇品牌Dodge的机械动力传输产品、瑞恩电气Reliance Electric制造的电机和驱动产品以及罗克韦尔软件Rockwell Software生产的工控软件

PLC是现代工业的三大支柱之一，是可靠性高、应用非常广泛的工业控制产品。在中大型模块化的PLC产品中，CPU模块（中央处理器）是PLC的中心。一些重大的工业生产线往往要求连续运行不能停顿，而可靠性再高的PLC也不能保证故障为零，因此，双CPU的冗余控制是一种满足连续生产要求、提高系统可用性的有效手段。下面以熔盐炉自控系统为实例详述双CPU冗余控制的实现方法。
一、熔盐炉自动系统综述
熔盐炉自控系统是一水硬铝管道化溶出生产线上的重要环节，控制熔盐的加热和循环，用熔盐的热量去循环加热铝矿石浆。铝矿石浆的加热至关重要，影响最终产品—氧化铝的质量和产量，因此，熔盐的温度控制和循环控制非常重要。
由于熔盐炉系统在管道化工程中的重要性，同时考虑到熔盐是一种活跃的化学品，在不同的温度下有不同的形态，低温下凝固，高温下不稳定会发生化学反应，从而腐蚀管壁甚至于爆炸，所以安全、可靠、操作简便和自动化管理是系统设计的关键，因此考虑用一套双CPU冗余的PLC、两套工控机、高质量的传感器、变送器和执行机构来控制两台1200万大卡的熔盐炉、一台盐泵、一组盐阀、一个熔盐槽和其他相关设备，实现熔盐的加热和循环过程自动化、计算机操作、监控和管理的自动化控制。
控制器PLC、工控机(包括显示器)、通讯网络和电源及关键测试点等系统中的重要部件均采用冗余结构，两套工控机和大屏幕显示器组成的两套监控操作管理台并行运行；两条冗余的ControlNet高速通讯网络同时传送数据；两套直流电源同时向控制器PLC、变送器和开关量输入模块供电，关键测试点同时设置两个传感器测试数据。
冗余设计使系统关键部件的可靠性提高了一倍，而使系统的整体可靠性大大的提高。

PLC控制器是系统控制的中心，采集系统的全部工况信号，实时控制相关的设备动作；同时监视生产过程参数和设备运行状态，当危险工况出现时，及时发出声光报警，当极限工况出现时，联锁保护设备，保障生产过程安全。为此，我们选择了以产品可靠性高著称的罗克韦尔自动化公司的新一代控制平台：A-B ControlLogix系列，同时考虑采用双CPU模块冗余，进一步提高系统可靠性，避免因故障出现所引起的生产停顿或安全事故。
三、两种双CPU冗余方式的比较
ControlLogix提供有两种CPU冗余解决方法，一种为纯硬件冗余，另一种为软件冗余。
硬件冗余的方法，是将两个CPU模块插在不同的两个机架上，每个机架上除了CPU模块，还要有通讯模块CNBR、热备模块SRM和两个热备模块间的连接光缆， 软件冗余，是将两个CPU模块插在同一个框架上，利用背板通讯，进行冗余控

从以上可以看出，纯硬件冗余的方式硬件投入较多，成本开支较大大。而软件冗余，只需增加一块CPU模块，成本增加很少，因为一般像CPU这种PLC的心脏，厂家都会配有备件，用备件来实现冗余控制，既提高了系统的可靠性和可维护性（可做到在线维护，不影响生产线运行），又不会显著增加成本开支。
单纯从可靠性方面分析，纯硬件的冗余较之软件冗余并无优势。因为增加了较多的部件、模块，这些部件和模块的故障，也会影响系统的可靠性。例如，当两个热备模块之间的连接光缆出现故障，同样会使冗余控制失效。而软件冗余，只增加了一块CPU模块，而两个CPU模块的同时故障率几乎为零。
纯硬件冗余的优点之一，就是不需要软件进行专门的编程，CPU的状态监视和控制权的转移是由两个热备模块来完成的。而软件冗余中两个CPU模块的状态监视和控制权的转移是通过软件编程解决的。因此，软件冗余编程相对比较复杂，工作量较大。
综合考虑以上因素，本熔盐炉自动系统采用软件方式实现PLC的双CPU冗余控制。两块CPU模块同时在系统中运行，一块运行于主控模式，另一块运行于热备份模式。当其中任一块CPU发生故障时另一块CPU立即监视到并发出报警，自动将正常的CPU投入主控模式。CPU的无扰动切换，使系统一直受控，确保了安全，同时，使管道化生产线一直处于正常运行的良好工况中。

四、软件实现
CPU冗余控制的软件实现编程主要从下面两方面考虑：
1、控制权的裁决和转移
块CPU同时在线运行，一块处于主控制模式，另一块处于热备模式。拥有主控制权的CPU具有输出控制权，而热备CPU同时采集数据和保持通讯连接，但输出被禁止。
两个CPU模块互相监视对方的运行状态和通讯情况，一旦发现对方故障，立即发出报警，通过ControlNet网，传送给上位工控机，在操作管理台上显示报警。如果是主控CPU模块故障，热备CPU模块自动获得主控制权。控制权的裁决和转移的软件框
2、两块CPU模块的同步控制
由于热备CPU随时准备着，一旦主CPU故障，就立即获取主控制权而成为主控CPU，因此，主CPU必须将自己的信息随时传递给热备CPU，而热备CPU必须跟踪主CPU的变化，与主CPU保持同步，这样，在两块CPU模块进行控制权的转移时，实现无扰动切换。CPU模块的同步控制程序框

用A-B ControlLogix双CPU的PLC控制器实现的熔盐炉自动系统，已于2001年底开始成功运行于中国铝业河南分公司，运行情况良好，满足了一水硬铝管道化溶出氧化铝生产线的工艺要求。
我们的体会是，ControlLogix双CPU冗余控制的软件方式实现是一种经济、有效的方法，它成本支出不大，却能使系统的可靠性大大提高。
另外，双CPU冗余控制时，如何利用Map命令，只将具有主控制权的CPU数据通过ControlNet网传送给其他控制设备，是值得进一步研究的。

ALLEN BRADLEY 1492-WFB4 NSFP 1492WFB4
GUARDMASTER LTD 440R-D23171 USPP 440RD23171
ALLEN BRADLEY X-247282 NSFP X247282
ALLEN BRADLEY 700-FSB3AU23 USPP 700FSB3AU23
ALLEN BRADLEY 700-HC14Z24-4 USPP 700HC14Z244
ALLEN BRADLEY 500L-AOD-94 USPP 500LAOD94
GUARDMASTER LTD 440L-R4H3400N NSPP 440LR4H3400N
ALLEN BRADLEY 705-DOD103 USPP 705DOD103
GUARDMASTER LTD 440L-T4H3400N NSPP 440LT4H3400N
ALLEN BRADLEY 1492-AC-BS1 USPP 1492ACBS1
ALLEN BRADLEY 800EM-KR2108A NSFP 800EMKR2108A
ALLEN BRADLEY 100-C09KF01 USPP 100C09KF01
ALLEN BRADLEY 100-M05NZD-243S USPP 100M05NZD243S
ALLEN BRADLEY 140M-C2T-B40 USPP 140MC2TB40
ALLEN BRADLEY 1783-MX08F NSPP 1783MX08F
ALLEN BRADLEY 700T-BR2110 FNFP 700TBR2110
ALLEN BRADLEY 1492-SM5X5 NSPP 1492SM5X5
ALLEN BRADLEY 1492-SM5X5-EACH NSPP 1492SM5X5EACH
ALLEN BRADLEY 1485GF-P1N5-M5 NSFP 1485GFP1N5M5
ALLEN BRADLEY 1336-C003-EAD USPP 1336C003EAD
ALLEN BRADLEY 1771-DW NSFP 1771DW
ALLEN BRADLEY 100-C60DJ00 NSFP 100C60DJ00
ALLEN BRADLEY 1492-CAB025R71 NSFP 1492CAB025R71
ALLEN BRADLEY 96843032 NSFP 96843032
ALLEN BRADLEY 500L-COD92 NSPP 500LCOD92
ALLEN BRADLEY 442L-SCPWR NSFP 442LSCPWR
GUARDMASTER LTD 440K-A27010 USPP 440KA27010
ALLEN BRADLEY 700-SH25GZ24 NSFP 700SH25GZ24
ALLEN BRADLEY 872CP-N8NP18-E2 NSPP 872CPN8NP18E2
ALLEN BRADLEY 1756-OB8I NSFP 1756OB8I
ALLEN BRADLEY 2093-AM02 USPP 2093AM02
GUARDMASTER LTD 440LG4D0900N USPP 440LG4D0900N
ALLEN BRADLEY 1336-C003-EAD-L?3-RP2 USPP 1336C003EADL3RP?2
GUARDMASTER LTD 440LF4D0900N USPP 440LF4D0900N
ALLEN BRADLEY 802T-DS7 NSFP 802TDS7
ALLEN BRADLEY 800H-NP91 NSPP 800HNP91
ALLEN BRADLEY 800MR-A6A NSPP 800MRA6A
ALLEN BRADLEY 700-HD32Z24 NSPP 700HD32Z24
ALLEN BRADLEY 802T-W2 FNFP 802TW2
ALLEN BRADLEY 800T-A2B NSFP 800TA2B
ALLEN BRADLEY 599-PB02 NSFP 599PB02
ALLEN BRADLEY 800R-3SX1 NSFP 800R3SX1
ALLEN BRADLEY 800H-UR29 FNFP 800HUR29
ALLEN BRADLEY 8520-MOP7 NSPP 8520MOP7
ALLEN BRADLEY 8520-SR NSPP 8520SR
ALLEN BRADLEY 1326AB-B740C-21 USPP 1326ABB740C21
GUARDMASTER LTD 440K-MT55029 USPP 440KMT55029
ALLEN BRADLEY 20A-D2P1A0AYNNE?NN USPP 20AD2P1A0AYNNEN?N
ALLEN BRADLEY 800-R2SX1 NSFP 800R2SX1
ALLEN BRADLEY 20AD2P1A0AYNNNC?0 USPP 20AD2P1A0AYNNNC?0
ALLEN BRADLEY 6182H-10TLH4D USPP 6182H10TLH4D
ALLEN BRADLEY 700-BX440A1 USPP 700BX440A1
ALLEN BRADLEY 800T-N156 NSFP 800TN156
ALLEN BRADLEY 702-BOA92 USPP 702BOA92
ALLEN BRADLEY 1336-RLOAD-SP5A NSFP 1336RLOADSP5A
ALLEN BRADLEY 801C-MC21 NSFP 801CMC21
ALLEN BRADLEY 1762-L24BXB NSFP 1762L24BXB
ALLEN BRADLEY 800T-N20 NSFP 800TN20
ALLEN BRADLEY 1494V-RA4 NSFP 1494VRA4
ALLEN BRADLEY 700DC-P400Z14 NSFP 700DCP400Z14
ALLEN BRADLEY 800MS-HX2B NSFP 800MSHX2B
ALLEN BRADLEY 802TAM-W4 NSFP 802TAMW4
ALLEN BRADLEY 800S-R3SX NSFP 800SR3SX
ALLEN BRADLEY 800H-3HW4R-3948?3 NSFP 800H3HW4R39483
ALLEN BRADLEY 809S-AB010A1 NSFP 809SAB010A1
ALLEN BRADLEY 800H-1HVX7M3 NSFP 800H1HVX7M3
ALLEN BRADLEY 800A-M2AA24 NSFP 800AM2AA24
ALLEN BRADLEY 3400-CB NSFP 3400CB
ALLEN BRADLEY 700-HD32Z24 NSFP 700HD32Z24
ALLEN BRADLEY 700-PK200A1 NSFP 700PK200A1
ALLEN BRADLEY 700DC-R000Z24 NSFP 700DCR000Z24
ALLEN BRADLEY 40257-240-08 USPP 4025724008
ALLEN BRADLEY 700-PKLL11A1 NSFP 700PKLL11A1
ALLEN BRADLEY 800C-X01 USPP 800CX01
ALLEN BRADLEY 40023-398-51 FNFP 4002339851
ALLEN BRADLEY 104990 USPP 104990
ALLEN BRADLEY 700-HF33Z24 NSFP 700HF33Z24
ALLEN BRADLEY 1747-DTAM USPP 1747DTAM
ALLEN BRADLEY 20-HIM-A3 USPP 20HIMA3
ALLEN BRADLEY 20-750S NSFP 20750S
ALLEN BRADLEY 1492-ACBA2 NSFP 1492ACBA2
ALLEN BRADLEY 1489-AACLT35 NSFP 1489AACLT35
ALLEN BRADLEY 100-A30NJ3 USPP 100A30NJ3
ALLEN BRADLEY 5810-AXMH USPP 5810AXMH
ALLEN BRADLEY 6186M-15AL USPP 6186M15AL