2023年12月16日发(作者：)

一拖二中频炉双CPU冗余控制的实现PLC是可靠性高、应用非常广泛的工业控制产品。在大中型模块化的PLC产品中，可靠性再高的PLC也不能保证不出故障，因此，双CPU的冗余控制是一种满足连续生产要求、提高系统可靠性的有效手段。所谓的冗余控制就是在控制系统中增加备用关键设备，一旦工作中系统发生故障，控制系统以最快速度启动备用设备，从而维持系统的正常工作。而PLC的可靠性主要取决于其中心模块CPU（中央处理器）。为了增强其可靠性，不少PLC厂家已经采用了双CPU方式来提高PLC的可靠性。冗余控制的设计方法有“硬件冗余”和与之相对应的“软件冗余”。硬件冗余技术主要采用系统冗余方式，通过对重要部件及易发生故障的部件提供双重或更高备份来实现容错要求，以提高系统的可靠性。软件冗余方法主要是利用系统中不同部件在功能上的冗余性，结合程序设计来提高整个控制系统的冗余度，从而改善系统的容错性能。本文针对基于硬件策略的传统PLC冗余控制系统存在的缺陷，提出了基于硬件策略的双CPU冗余控制思想，并详细描述了基于西门子S7-300系列PLC的双CPU冗余控制的硬件措施具体实现方法。下面以东风铸造车间监控系统为实例详述双CPU热备冗余控制的实现方法。1、一拖二中频炉设备自动化控制的要求包括炉前、炉后辊道控制，装钢机位置及行程。燃烧控制要求包括：炉温控制（常规燃烧控制、蓄热式烧嘴换向控制、间拔控制、数字脉冲控制、解耦控制、模糊控制）；炉

膛压力控制（单回炉PID控制、煤气流量前馈控制、自学习控制、预测函数-PD控制、模糊控制）；换热器保护控制（稀释风控制、热风放散控制）；汽化冷却系统汽包水位控制；各种过程参数（温度、压力、流量、液位等）监控。同时过程控制系统还包括轧制计划数据处理；板坯核对；跟踪及跟踪修正（人口侧板坯跟踪、炉内板坯位置跟踪、出炉侧板坯跟踪、炉内板坯位置修正）；加热炉设定（装钢机设定、出钢机设定、步进梁运转设定、加热炉炉温设定、休炉设定）；ACC数学模型；班管理；报表系统；人机接口(HMI)；系统间通信。2、一拖二中频炉设备双CPU的PLC控制器PLC控制器是系统控制的中心，采集一拖二中频炉自动监控系统的全部工况信号，实时控制相关的设备动作。同时监视设备运行状态，当危险工况出现时，及时上送报警，并启动事故流程，保障生产过程安全。为此，我们选择西门子公司生产的S7-300系列PLC，同时考虑采用双CPU模块冗余，进一步提高系统可靠性，避免因单套故障出现所引起的生产停顿或安全事故。控制系统图如图1所示：由图1可知，双CPU的PLC控制器系统包括PLC、工控机（含显示

器）、通讯网络和电源及关键测试PLC．变频器·计算机——一拖二中频炉双CPU冗余控制的实现机床电器2011.2点等，系统中的重要部件均采用冗余结构，两套工控机、大屏幕显示器组成两套监控操作管理平台，当服务器A出现过程连接故障，服务器B成为主服务器，继续进行通信，并为所有客户机提供数据，两条冗余的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，从而使系统的整体可靠性大幅的提高。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。并且软件的编制费用超过纯硬件冗余，使用及维护比校麻烦。综合考虑以上因素，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。3一拖二中频炉WINCC冗余系统的组态方法需要使用项目复制器为冗余伙伴复制项目。复制的条件：两台电脑都已安装了冗余组件、目标计算机上已经创建了文件夹并且可以访问、目标计算机已经启动、目标计算机上的项目已经关闭，其方法如图2所示4一拖二中频炉软件实现CPU冗余控制的软件编程主要从下面两方面考虑：4.1一拖二中频炉控制权的裁决和转移两块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。两块CPU模块相互监视对方的运行状态和通讯情况，一旦发现对方有故障，立即通过工业以太网(ETHERNET)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模块故降，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图如图4所示。4.2一拖二中频炉两块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图如图5所示。图5CPU模块同步控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数据通过工业以太网传送给其他控制设备，是值得进一步研究的。参考网站：