工控機(jī)在線后備技術(shù)詳細(xì)介紹說明

時(shí)間：2015-11-12作者：南京研維信息技術(shù)有限公司瀏覽：98

中國(guó)的計(jì)算機(jī)技術(shù)日新月異的在發(fā)展著，現(xiàn)在也逐漸蔓延到了生產(chǎn)、監(jiān)控、收費(fèi)、統(tǒng)計(jì)、電力等各個(gè)領(lǐng)域。在產(chǎn)業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的發(fā)展較是非常迅猛。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)在產(chǎn)業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域推廣和普及的不斷加深，在考慮中小規(guī)模的控制系統(tǒng)時(shí)，工控機(jī)以其靈活的配置結(jié)構(gòu)、強(qiáng)大的控制功能、友好的人機(jī)界面、較高的性能價(jià)格比，倍受儀表設(shè)計(jì)職員的青睞。在一些連續(xù)生產(chǎn)裝置中，生產(chǎn)過程不答應(yīng)停機(jī)進(jìn)行故障處理，除了要求工控機(jī)系統(tǒng)具有高可靠性，還要求在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上采用較可靠的容錯(cuò)和冗余技術(shù)。
　　錦化化工(團(tuán)體)有限責(zé)任公司環(huán)己酮是連續(xù)生產(chǎn)裝置，有3個(gè)工序先后采用了3臺(tái)工控機(jī)進(jìn)行單機(jī)控制。1997年與葫蘆島市航遠(yuǎn)電腦公司共同開發(fā)了一套工控機(jī)3∶1后備系統(tǒng)，僅用一套備份系統(tǒng)解決了各臺(tái)工控機(jī)系統(tǒng)的備份題目。
1　工控機(jī)單機(jī)系統(tǒng)
1.1　硬件構(gòu)成
　　工控機(jī)構(gòu)成化工生產(chǎn)裝置控制系統(tǒng)。
　　針對(duì)化工生產(chǎn)裝置的控制系統(tǒng)，其I/O信號(hào)主要限于AI，DI、AO和DO等幾種，工控機(jī)外部硬件主要在I/O和接口卡上，下面分別對(duì)主機(jī)、接口卡、信號(hào)調(diào)理卡和輸進(jìn)端子板作介紹。
1.2　硬件介紹
1.2.1　主機(jī)
　　工控機(jī)采用閩臺(tái)研華公司的IPC-610／486型研華工控機(jī)。
1.2.2　接口卡
　　工控機(jī)接口卡采用閩臺(tái)研華公司的PCL-812PG（多網(wǎng)口工業(yè)主板）?；どa(chǎn)檢測(cè)控制信號(hào)一般為電流、電壓、電阻等模擬信號(hào)和開關(guān)量、脈沖量等輸進(jìn)信號(hào)；輸出信號(hào)多為電流、電壓和開關(guān)量等。一塊PCL-812PG卡，有16路單極性0～5V模擬量輸進(jìn)(或8路模擬量差分輸進(jìn))；2路12Bit
AO電壓輸出；16路開關(guān)量電壓輸出；16路開關(guān)量輸進(jìn)；3個(gè)16位計(jì)數(shù)器。一塊PCL-812PG卡，可以對(duì)256路模擬信號(hào)進(jìn)行采集檢測(cè)；可以完成64路模擬量輸出；256路各種開關(guān)量輸進(jìn)或256路開關(guān)量輸出。幾乎可以完成一個(gè)中小控制系統(tǒng)常規(guī)產(chǎn)業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的檢測(cè)采集和控制任務(wù)。
1.2.3　信號(hào)調(diào)理卡
　　該環(huán)己酮工控機(jī)系統(tǒng)所用到的信號(hào)調(diào)理卡包括按輸進(jìn)信號(hào)分類的鉑電阻丈量板、熱電偶丈量板、1～5V信號(hào)丈量板(適應(yīng)儀表變送器輸出信號(hào))和輸出信號(hào)用的模擬輸出板。
　　對(duì)采集而言，是把信號(hào)轉(zhuǎn)換成0～5V
PCL-812PG卡所接收的信號(hào)。對(duì)調(diào)節(jié)控制輸出而言，是把PCL-812PG輸出進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換、隔離和驅(qū)動(dòng)，用一個(gè)4～20mA DC信號(hào)控制調(diào)節(jié)閥。
1.2.4　輸進(jìn)端子板
　　輸進(jìn)板采用LEO-1613
AI端子板，一塊輸進(jìn)端子板有16路輸進(jìn)，它與PCL-812PG卡的16路AI輸進(jìn)匹配，可以方便地將AI輸進(jìn)擴(kuò)展增至256路。
1.3　軟件構(gòu)成
　　系統(tǒng)軟件由DOS6.2和QuickBasic7.0軟件組成，應(yīng)用軟件由QuickBasic7.0語言編寫
　　整個(gè)應(yīng)用軟件由6部分組成，其系統(tǒng)構(gòu)成圖如圖2。
環(huán)己酮工控機(jī)應(yīng)用軟件構(gòu)成圖　
        1)工藝參數(shù)自動(dòng)巡回檢測(cè)處理、顯示；
　　2)PID參數(shù)在線后臺(tái)整定；
　　3)流程圖、報(bào)警狀態(tài)模擬顯示；
　　4)監(jiān)測(cè)參數(shù)、報(bào)警狀態(tài)集中顯示；
　　5)趨勢(shì)圖復(fù)放顯示、可翻頁選擇；
　　6)實(shí)時(shí)自動(dòng)打印生產(chǎn)報(bào)表。
2　工控機(jī)后備技術(shù)方案
　　該環(huán)己酮工控機(jī)系統(tǒng)采用3∶1在線后備技術(shù)，這種技術(shù)是在現(xiàn)場(chǎng)的I/O信號(hào)與進(jìn)工控機(jī)系統(tǒng)I/O卡之間設(shè)一個(gè)切換裝置，同時(shí)考慮另設(shè)一臺(tái)工控機(jī)作為在線3臺(tái)工控機(jī)的后備，整個(gè)系統(tǒng)原理如圖3所示。
有1臺(tái)工控機(jī)系統(tǒng)對(duì)3個(gè)工序的工控機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行后備。3個(gè)工序現(xiàn)場(chǎng)I/O信號(hào)首**進(jìn)切換裝置，當(dāng)3臺(tái)工序工控機(jī)工作正常時(shí)，3個(gè)工序的I/O信號(hào)分別輸進(jìn)對(duì)應(yīng)工序的信號(hào)調(diào)理卡，然后進(jìn)進(jìn)對(duì)應(yīng)的工序工控機(jī)。當(dāng)某一工序工控機(jī)故障時(shí)，切換裝置將該工序I/O信號(hào)切向在線后備信號(hào)調(diào)理卡，然后進(jìn)進(jìn)在線后備工控機(jī)，由它替換故障工控機(jī)進(jìn)行工序生產(chǎn)的檢測(cè)和控制。
3　工控機(jī)3∶1在線后備技術(shù)方案實(shí)施
3.1　工藝生產(chǎn)對(duì)檢測(cè)控制要求
　　錦化化工(團(tuán)體)有限責(zé)任公司環(huán)己酮生產(chǎn)裝置分為3個(gè)工序：工序1包括加氫設(shè)備；工序2包括醇塔和輕一塔設(shè)備；工序3包括醇塔、中斷塔和輕二塔設(shè)備。3個(gè)工序分別由3臺(tái)工控機(jī)進(jìn)行單機(jī)數(shù)據(jù)采集和調(diào)節(jié)控制。
　　其工藝生產(chǎn)要求，采集、控制參數(shù)匯總表見表1所示。
 工序 熱電阻(Pt100) 熱偶(E) 輸進(jìn)(4～20mA DC) 輸出(4～20mA DC) 1 16 17 14 3 2 10  12 9 3 14  11 2
3.2　后備I/O設(shè)置
　　該環(huán)己酮裝置工控機(jī)系統(tǒng)后備技術(shù)采用如圖4所示的原理，即由1臺(tái)后備工控機(jī)做熱后備。按表1中3個(gè)工序的I/O信號(hào)點(diǎn)，后備I/O設(shè)置時(shí)，只要考慮選擇同類信號(hào)的較大數(shù)作配置即可，避免了3個(gè)工序的I/O各1∶1后備，節(jié)省了用度。后備I/O配置數(shù)目見表2所示。
2　后備檢測(cè)控制點(diǎn)參數(shù)匯總表
 工序 熱電阻(Pt100) 熱電偶(E) 輸進(jìn)(4～20mA DC) 輸出(4～20mA DC) 后備設(shè)置 1617 14  9
3.3　切換裝置介紹
　　切換裝置原理如圖4所示。由操縱臺(tái)發(fā)出切換指令。操縱臺(tái)不發(fā)出切換指令時(shí)，3個(gè)工序的I/O信號(hào)分別輸進(jìn)各自對(duì)應(yīng)的工序工控機(jī)；當(dāng)操縱臺(tái)發(fā)出備用工控機(jī)替換某一工序工控機(jī)指令時(shí)，該工序I/O信號(hào)切進(jìn)備用工控機(jī)。執(zhí)行切換指令元件，采用繼電器。對(duì)N∶1工控機(jī)的后備，要保證后備工控機(jī)的接口PCL-812PG能隨意切到任一工序的現(xiàn)有I/O信號(hào)上，但是要保證不會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)工序I/O信號(hào)同時(shí)送進(jìn)的情況。也就是對(duì)后備工控機(jī)切換而言只能是一的或懸空。
圖4　切換裝置原理示意圖
3.4　控制系統(tǒng)的軟件
　　3個(gè)工序的工控機(jī)分別有各自的檢測(cè)控制應(yīng)用軟件。后備工控機(jī)的軟件系統(tǒng)，有3個(gè)工序相對(duì)獨(dú)立的應(yīng)用軟件，所不同的是I/O地址設(shè)置的不同，實(shí)際運(yùn)行時(shí)硬件切換的同時(shí)，軟件也作了相應(yīng)的切換。
4　工控機(jī)3∶1在線后備系統(tǒng)的特點(diǎn)
　　本系統(tǒng)除了進(jìn)行儀表數(shù)據(jù)的采集、運(yùn)算和控制之外，同時(shí)可方便地根據(jù)各種畫面顯示實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話接受指令以及對(duì)生產(chǎn)過程的記錄和治理。
　　本系統(tǒng)**的特點(diǎn)是用1臺(tái)后備工控機(jī)對(duì)3臺(tái)在線工控機(jī)進(jìn)行3∶1后備，不僅在工控機(jī)和接口一級(jí)有備份，而且在輸進(jìn)信號(hào)處理和控制輸出一級(jí)也有備份，做到了硬件系統(tǒng)的**后備。后備I/O卡設(shè)置數(shù)目不是3臺(tái)工控機(jī)I/O卡的總和，節(jié)省了投資。
　　本系統(tǒng)的另一**特點(diǎn)是，后備工控機(jī)的軟件與工序工控機(jī)軟件完全兼容，避免了軟件的二次開發(fā)。后備工控機(jī)切換由操縱臺(tái)發(fā)出指令執(zhí)行，在切換硬件的同時(shí)，軟件也相應(yīng)作了切換。
　　本系統(tǒng)切換設(shè)計(jì)中采用了“搶答”設(shè)計(jì)，保證只有一臺(tái)在線工控機(jī)故障時(shí)切向后備工控機(jī)，從而保證生產(chǎn)裝置的安全運(yùn)行。同時(shí)切換系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了復(fù)位清除裝置，可使備用系統(tǒng)退出，恢復(fù)原系統(tǒng)的運(yùn)行。
　　本系統(tǒng)工控機(jī)3∶1后備技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，有效地解決了中小規(guī)模工控機(jī)控制系統(tǒng)單機(jī)運(yùn)行無熱后備的技術(shù)缺陷。實(shí)踐證實(shí)，該后備系統(tǒng)硬件完善、備量較少、安全可靠，且主控設(shè)備與后備系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立。特別適用于由工控機(jī)組成的中小規(guī)?？刂葡到y(tǒng)的技術(shù)進(jìn)步。
5　使用本系統(tǒng)的留意點(diǎn)
　　使用本系統(tǒng)在切換前，需要對(duì)PID調(diào)節(jié)回路給定值、輸出值和PID參數(shù)**行人工確認(rèn)和干預(yù)，然后再給切換操縱，否則會(huì)給調(diào)節(jié)回路帶來擾動(dòng)(因主、備機(jī)之間無數(shù)據(jù)通訊)。這也是這套工控機(jī)（多串口嵌入式計(jì)算機(jī)、多網(wǎng)口工控機(jī)點(diǎn)擊了解）系統(tǒng)的較大缺陷。
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