工控機在線后備技術詳細介紹說明

時間：2015-11-12

中國的計算機技術日新月異的在發(fā)展著，現(xiàn)在也逐漸蔓延到了生產(chǎn)、監(jiān)控、收費、統(tǒng)計、電力等各個領域。在產(chǎn)業(yè)自動化領域的發(fā)展較是非常迅猛。隨著計算機技術在產(chǎn)業(yè)自動化領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，工控機以其靈活的配置結(jié)構(gòu)、強大的控制功能、友好的人機界面、較高的性能價格比，倍受儀表設計職員的青睞。在一些連續(xù)生產(chǎn)裝置中，生產(chǎn)過程不答應停機進行故障處理，除了要求工控機系統(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和冗余技術。
　　錦化化工(團體)有限責任公司環(huán)己酮是連續(xù)生產(chǎn)裝置，有3個工序先后采用了3臺工控機進行單機控制。1997年與葫蘆島市航遠電腦公司共同開發(fā)了一套工控機3∶1后備系統(tǒng)，僅用一套備份系統(tǒng)解決了各臺工控機系統(tǒng)的備份題目。
1　工控機單機系統(tǒng)
1.1　硬件構(gòu)成
　　工控機構(gòu)成化工生產(chǎn)裝置控制系統(tǒng)。
　　針對化工生產(chǎn)裝置的控制系統(tǒng)，其I/O信號主要限于AI，DI、AO和DO等幾種，工控機外部硬件主要在I/O和接口卡上，下面分別對主機、接口卡、信號調(diào)理卡和輸進端子板作介紹。
1.2　硬件介紹
1.2.1　主機
　　工控機采用閩臺研華公司的IPC-610／486型研華工控機。
1.2.2　接口卡
　　工控機接口卡采用閩臺研華公司的PCL-812PG（多網(wǎng)口工業(yè)主板）?；どa(chǎn)檢測控制信號一般為電流、電壓、電阻等模擬信號和開關量、脈沖量等輸進信號；輸出信號多為電流、電壓和開關量等。一塊PCL-812PG卡，有16路單極性0～5V模擬量輸進(或8路模擬量差分輸進)；2路12Bit
AO電壓輸出；16路開關量電壓輸出；16路開關量輸進；3個16位計數(shù)器。一塊PCL-812PG卡，可以對256路模擬信號進行采集檢測；可以完成64路模擬量輸出；256路各種開關量輸進或256路開關量輸出。幾乎可以完成一個中小控制系統(tǒng)常規(guī)產(chǎn)業(yè)現(xiàn)場的檢測采集和控制任務。
1.2.3　信號調(diào)理卡
　　該環(huán)己酮工控機系統(tǒng)所用到的信號調(diào)理卡包括按輸進信號分類的鉑電阻丈量板、熱電偶丈量板、1～5V信號丈量板(適應儀表變送器輸出信號)和輸出信號用的模擬輸出板。
　　對采集而言，是把信號轉(zhuǎn)換成0～5V
PCL-812PG卡所接收的信號。對調(diào)節(jié)控制輸出而言，是把PCL-812PG輸出進行D/A轉(zhuǎn)換、隔離和驅(qū)動，用一個4～20mA DC信號控制調(diào)節(jié)閥。
1.2.4　輸進端子板
　　輸進板采用LEO-1613
AI端子板，一塊輸進端子板有16路輸進，它與PCL-812PG卡的16路AI輸進匹配，可以方便地將AI輸進擴展增至256路。
1.3　軟件構(gòu)成
　　系統(tǒng)軟件由DOS6.2和QuickBasic7.0軟件組成，應用軟件由QuickBasic7.0語言編寫
　　整個應用軟件由6部分組成，其系統(tǒng)構(gòu)成圖如圖2。
環(huán)己酮工控機應用軟件構(gòu)成圖　
        1)工藝參數(shù)自動巡回檢測處理、顯示；
　　2)PID參數(shù)在線后臺整定；
　　3)流程圖、報警狀態(tài)模擬顯示；
　　4)監(jiān)測參數(shù)、報警狀態(tài)集中顯示；
　　5)趨勢圖復放顯示、可翻頁選擇；
　　6)實時自動打印生產(chǎn)報表。
2　工控機后備技術方案
　　該環(huán)己酮工控機系統(tǒng)采用3∶1在線后備技術，這種技術是在現(xiàn)場的I/O信號與進工控機系統(tǒng)I/O卡之間設一個切換裝置，同時考慮另設一臺工控機作為在線3臺工控機的后備，整個系統(tǒng)原理如圖3所示。
有1臺工控機系統(tǒng)對3個工序的工控機系統(tǒng)進行后備。3個工序現(xiàn)場I/O信號首**進切換裝置，當3臺工序工控機工作正常時，3個工序的I/O信號分別輸進對應工序的信號調(diào)理卡，然后進進對應的工序工控機。當某一工序工控機故障時，切換裝置將該工序I/O信號切向在線后備信號調(diào)理卡，然后進進在線后備工控機，由它替換故障工控機進行工序生產(chǎn)的檢測和控制。
3　工控機3∶1在線后備技術方案實施
3.1　工藝生產(chǎn)對檢測控制要求
　　錦化化工(團體)有限責任公司環(huán)己酮生產(chǎn)裝置分為3個工序：工序1包括加氫設備；工序2包括醇塔和輕一塔設備；工序3包括醇塔、中斷塔和輕二塔設備。3個工序分別由3臺工控機進行單機數(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(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設置
　　該環(huán)己酮裝置工控機系統(tǒng)后備技術采用如圖4所示的原理，即由1臺后備工控機做熱后備。按表1中3個工序的I/O信號點，后備I/O設置時，只要考慮選擇同類信號的較大數(shù)作配置即可，避免了3個工序的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　后備檢測控制點參數(shù)匯總表
 工序 熱電阻(Pt100) 熱電偶(E) 輸進(4～20mA DC) 輸出(4～20mA DC) 后備設置 1617 14  9
3.3　切換裝置介紹
　　切換裝置原理如圖4所示。由操縱臺發(fā)出切換指令。操縱臺不發(fā)出切換指令時，3個工序的I/O信號分別輸進各自對應的工序工控機；當操縱臺發(fā)出備用工控機替換某一工序工控機指令時，該工序I/O信號切進備用工控機。執(zhí)行切換指令元件，采用繼電器。對N∶1工控機的后備，要保證后備工控機的接口PCL-812PG能隨意切到任一工序的現(xiàn)有I/O信號上，但是要保證不會出現(xiàn)兩個工序I/O信號同時送進的情況。也就是對后備工控機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個工序的工控機分別有各自的檢測控制應用軟件。后備工控機的軟件系統(tǒng)，有3個工序相對獨立的應用軟件，所不同的是I/O地址設置的不同，實際運行時硬件切換的同時，軟件也作了相應的切換。
4　工控機3∶1在線后備系統(tǒng)的特點
　　本系統(tǒng)除了進行儀表數(shù)據(jù)的采集、運算和控制之外，同時可方便地根據(jù)各種畫面顯示實現(xiàn)人機對話接受指令以及對生產(chǎn)過程的記錄和治理。
　　本系統(tǒng)**的特點是用1臺后備工控機對3臺在線工控機進行3∶1后備，不僅在工控機和接口一級有備份，而且在輸進信號處理和控制輸出一級也有備份，做到了硬件系統(tǒng)的**后備。后備I/O卡設置數(shù)目不是3臺工控機I/O卡的總和，節(jié)省了投資。
　　本系統(tǒng)的另一**特點是，后備工控機的軟件與工序工控機軟件完全兼容，避免了軟件的二次開發(fā)。后備工控機切換由操縱臺發(fā)出指令執(zhí)行，在切換硬件的同時，軟件也相應作了切換。
　　本系統(tǒng)切換設計中采用了“搶答”設計，保證只有一臺在線工控機故障時切向后備工控機，從而保證生產(chǎn)裝置的安全運行。同時切換系統(tǒng)中設計了復位清除裝置，可使備用系統(tǒng)退出，恢復原系統(tǒng)的運行。
　　本系統(tǒng)工控機3∶1后備技術的實現(xiàn)，有效地解決了中小規(guī)模工控機控制系統(tǒng)單機運行無熱后備的技術缺陷。實踐證實，該后備系統(tǒng)硬件完善、備量較少、安全可靠，且主控設備與后備系統(tǒng)相對獨立。特別適用于由工控機組成的中小規(guī)?？刂葡到y(tǒng)的技術進步。
5　使用本系統(tǒng)的留意點
　　使用本系統(tǒng)在切換前，需要對PID調(diào)節(jié)回路給定值、輸出值和PID參數(shù)**行人工確認和干預，然后再給切換操縱，否則會給調(diào)節(jié)回路帶來擾動(因主、備機之間無數(shù)據(jù)通訊)。這也是這套工控機（多串口嵌入式計算機、多網(wǎng)口工控機點擊了解）系統(tǒng)的較大缺陷。
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