mb系列智能plc监控系统可靠性分析与设计.pdf
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1、第4 0卷第 3 期 2 0 1 4 年 3 月 水 力 发 电 M B 系 列 智 能 PLC 监 控 系 统 可 靠 性 分 析 与 设 计 刘 国敏 , - ,徐 方明 1 ,2 ,刘珏 ,戚 菲 1 ,2 ( 1 国网电力科 学研 究院,江 苏南京 2 1 0 0 0 3 ; 2 南京南瑞集 团公 司;江苏南京 2 1 0 0 0 3 ) 摘。要 分析了影响 M 系列智 能 P I 监控系统可靠性的主要因素囊 并就 B系列智能 P L 的电源系统冗余、控制 器冗余、控制输出回路设计 、系统接地及软件编程等多个方面,提出了一些可行 的方法和措施,从而使 MB系列智 能 P L C监控系统
2、的可靠性得 到进一步 的提高 。 关键词 :MB系列智 能 P L C;监控系统 ;可靠性 Re l i a b i l i t y An a l y s i s a n d De s i g n o f MB S e r i e s I n t e l l i g e n t P LC S u p e r v i s o r y a n d Co n t r o l S y s t e m L I U G u o m i n ,- , X U F a n g m i n g , L I U J u e , Q I f e i , ( S t a t e G r i d E l e c t r
3、 i c P o w e r R e s e a r c h I n s t i t u t e ,N a n j i n g 2 1 0 0 0 3 ,J i a n g s u ,C h i n a ) Ab s t r a c t=T h e ma i n f a c t o r s wh i c h i n fl u e n c e t h e r e l i a b i l i t y o f MB s e ri e s i n t e l l i g e n t PL C s u p e r v i s o r y a n d c o n t r o l s y s t e m a
4、 r e a n a l y z e d , a n d s o me f e a s i b l e me t h o d s a n d me a s u r e s a r e p r o p o s e d t o p o we r s u p p l y s y s t e m r e d u n d a n t, c o n t r o l l e r r e d u n d a n t , o u t p u t c o n t r o l c i r c u i t d e s i g n , s y s t e m g r o u n d i n g a n d s o f
5、t wa r e p r o g r a mmi n g o f MB s e r i e s i n t e l l i g e n t P L C T h e s e d e s i g n s f u r t h e r i mp r o v e t h e r e l i a b i l i t y o f MB s e r i e s i n t e l l i g e n t P L C s u p e rvi s o r y a n d c o n t r o l s y s t e m Ke y W o r d s : MB s e r i e s i n t e l l i
6、g e n t P L C ; s u p e r v i s o ry a n d c o n t r o l s y s t e m; r e l i a b i l i t y 中囫分类号: T P 3 9 3 0 7 文献标识码: B 文章编号: O 5 5 9 9 3 4 2 ( 2 0 1 4 ) 0 3 - 0 0 5 9 - 0 4 1 MB 系列智能可编程控制器简介 MB系列 智 能 可 编 程 控 制 器( 简 称 MBP L C)是 南京 南 瑞集 团公 司在 总 结二 十多 年 的 自动控 制 方 面 的成 功 经验 深 入研 究 当前 主流 P L C产 品 的优 点
7、 及 不 足 之 处 并 积 极关 注 P L C的最 新发 展 趋 势 ,应 用 一系列 新 技 术开 发 出 的新一 代 硬 件 平 台 ,其 组 网 的 灵 活 性 、系 统平 台 的开 放性 、编 程 软 件 的标 准 性 以 及 智 能 性 可使 复杂 的控 制 系 统得 以轻 松 的 实 现 。针 对 不 同 的 应 用 MB P L C 有 MB 8 0 大 型 P L C、 MB6 0 中 型 P L C、MB 4 0小 型 P L C 3种 不 同 类 型 。其 产 品 已 广 泛 应 用 于 电 力 、水 利 、 纺 织 、 冶 金 、 风 电 、 楼 宇 自动化 等行 业
8、 的 自动化 控制 系统 中。 MB系列智 能 可 编 程控 制 器 专 为工 业 控 制设 计 , 在 设 计 和 制造 过 程 中采 取 了 多层 次 抗 干 扰措 施 ,使 系统 可 以直 接在 恶劣 的工 业 环境 下 与 强 电设 备 一 起 工 作 并 能 稳 定 、可 靠 的运 行 。但 由 于 MBP L C 的 应 用 范 围越 来 越 广 ,应 用 区 域越 来 越 复 杂 ,所 以受 到 的 干 扰 也 就 越 来 越 多 。 如 果 MB P L C 的 工 作 环 境 过 于恶 劣 ,如 温度 过 高 、湿度 过 大 、振 动 和 冲击 过 强 ,以及 电磁 干扰 严
9、 重 或 安装 使 用 不 当等 ,都 有 可 能 影 响 MB P L C的正 常 运 行 ,甚 至 损 坏设 备 ,直 接 影 响到 企业 的生 产 和安全 ,造 成不 必要 的经济 损失 。 因此 ,分 析 MB P L C监 控 系 统 干 扰 的来 源 ,确 保 其 可靠 性 具有 非常 重要 的意 义 。 2 影响MB P L C监控系统可靠性的主要因素 MB P L C监 控 系统 的可靠 性通 常 用平 均 故 障 间 隔 时 间来 衡 量 它表 示 系统 从 发生 故 障进行 维 修 到 下 一次发 生 故 障 的时 间间 隔 的平均 值 。MB P L C本身 是 非 常
10、可靠 的 ,其 监 控 系统 的 干扰 主要 是外 部 环 节 和 硬 件 配置 不 当引起 的 。主 要 有 : 线 路 传输 中 的静 收稿 日期 :2 0 1 3 0 7 3 1 作者简 介 :刘 国敏( 1 9 6 1 一 ) ,男 ,江苏 南京 人 ,高 级工 程师 主要从事水 电 自动 化的研究 和设 计工作 W a r e r P o e l “ V o 1 4 0 N o 3 固 电和磁 场耦 合 干扰 ,以及 周 围高频 电源 的 辐射 干扰 ; 电 源侧 的工 频 干扰 ,它 由电源 线进 入 MB P L C,造 成 系统 工作 不 正 常 ; MB P L C监 控 系
11、统 接地 系 统不 当 引 起 的 干 扰 。 3 提高 MB P L C监控系统可靠性的方法和 措施 根 据 影 响 MB P L C监 控 系 统可 靠 性 的 主要 因素 , 在 MB P L C监 控 系 统 开 发 设 计 和 生 产 应 用 中 ,主 要 通过 硬 件 和软 件 两个 方 面 采 取措 施 来 提 高监 控 系 统 的可 靠 性 ,一 般遵 循 以下 原 则 : 运 行 时 的实 时 性 和连 续 性 ; 系 统 间 的独 立 性 与冗 余 及 容 错结 构 的 协调 性 ; 对 程 序 和数 据 的 保 护 ; 对 工业 生 产 环 境 的 适 应 性 。 3 1
12、 电源 系统 冗余 电源 是整 个控 制 系统得 以正 常 工作 的动力 源 泉 , 要使 控 制系统 能 够安全 、可靠 、长 期 、稳 定 地运 行 , 首先 稳 定 的供 电必须 得 到保证 。 3 1 1 交 直流双 供 电 MB P L C监 控 系统 现 地 控 制单 元( L CU)均采 取 交 直 流 双 路 供 电方 式 , 即 厂 用 2 2 0 V 交 流 电 源 和 2 2 0 V直 流 电 源 同时提 供 给 L CU作 为工 作 电源 。 当 厂 用交 流 电源有 电时 ,L C U使 用 该 电源 ;而 当厂用 交 流 电源 消 失 时 。L CU应无 扰 动 地
13、切 换 至 直 流 电 源 作 为工 作 电源 ,保证 了 L C U能 持续 可靠 地 运行 。另 外 , 在 交 直 流 双 供 电 板 中 , 还 设 计 了 滤 波 回 路 、过 电压 保 护 回路 ,对 共 模 和 差模 干扰 及 过 电压 起 到 了 良好 的抑制 作用 。其 交 直流 双供 电原 理如 图 1所示 。 黼 呙 叟 器 弛I 交 直 流 双 _ = _ 一 1 a _ I 供 电 耋 板 V 景流电源输出 图 1 交直流双供电原理示意 3 1 2冗余 电源模 块 所 有 MBP L C机 箱 的 工 作 电源 可 采 用 双 冗 余 电 源 供 电 ,正 常 时 ,
14、两 电源 模 块 各 承 担 一 部 分 负 载 , 只有 当一 路 输入 电源 故 障 或其 中一 个 电源 模 块 故 障 时 ,才 由其 中 的正 常 电源 模 块 全 部 承 担 所 有 负 载 , 确保 MB P L C的正 常 工作 。 3 2控 制器 冗余 MB P L C可 提 供 3种控 制 器冗 余 配置 ,即并 联 冗 囫W a t e r P o w e r V o z 4 0 N o 3 余 、主辅 冗余 和 C P U热 备冗 余 。并 联冗 余 是 指 配置 2套 完 整 的且 相 同 配 置 的 P L C控 制 器 及 各 自的 I O 模 件 :主辅 冗 余
15、 是 指 配置 功 能 强 弱 不 同 的 2套 P L C 控 制 器 功 能 强 的 P L C ( 主 用 P L C) 具 有 L C U 所 有 的且 完 整 的功 能 ,而 功 能 弱 的 P L C ( 备 用 P L C)仅 完 成 当主用 P L C故 障 时仍 能 对被 控 设 备进 行 部分 重 要 的控 制 :C P U热 备 冗 余 型是 针 对 并联 冗 余 型 投 资 成本 较 大 ,输入 输 出 回路设 计 较 为 复杂 ,无 法 推广 的情 况 下推 出的配 置模 式 采 用 双 C P U热备 冗 余共 享 I O模 件 的方 式 ,系统 结 构 简 单 可
16、 靠 ,输 入 输 出 回路 与 单控 制器模 式相 同 其 配置示 意 如 图 2所示 。 网 图 2 CP U 热 备 冗 余 示 意 在 双 C P U热 备 系 统 中 ,主 从 C P U模 件 之 间 每 个 扫 查 周 期 可 以 实 时 进 行 所 有 数 据 的 备 份 。 当 主 C P U模 件 发生 故 障时 ,从 C P U模 件 自动 升 主 ,完 成 所有 功 能 。整个 切 换 过 程是 无 扰 切换 ,即使 在 控 制 流 程 的执 行 过程 中 也 不会 对 控 制 系统 产 生 任 何 扰 动 。 3 3控 制输 出回路 的设 计 MB P L C监 控
17、系 统 控 制 输 出 过 程 是 :开 关 量 输 出 模 件( 简 称 开 出模件 )动作 一 开 出 中间 继 电器 动 作一 现 场 设 备 动 作 。如果 因 为 MBP L C开 出模 件 的 故 障 ( 如在遇 到雷 击 、电击 、干 扰 、元 器件 故 障等 原 因造 成 开 晶体 管 击 穿 或 开 出接 点粘 连 、元 器 件 老 化 、 性 能 下 降等 )而 引起 误 输 出的情 况 出现 。它将 对 现 场 设 备 造成 误 动 严 重 的情 况 下甚 至会 对 运行 设 备 造 成 损 坏 。 因此 在 MB P L C监 控 系 统 中 ,通 过 以 下 设 计
18、可 防止 由于开 出模 件故 障 而引起 的误 输 出动作 。 3 。 3 1 MB P L G 开 出模件 的设 计 MBP L C 的 开 出 模 件 采 用 了 独 特 的 密 码 锁 技 术 , 通过 开 出模 件 的反 读 、校 核 及 执行 继 电器 的联 合控 制 ,保 证 在任 何 情 况 下不 会 发 生误 动 。开 出模 件 密 码 锁 功 能 原 理 示 意 如 图 3所 示 。 MB P L C开 出模 件均 带 有独 立 的微 处 理 器 以及 相 应 的辅 助 电路 ,当接 收到 C P U模 件发 送 的动作 信 息 和 动作 时 间 后 则 完 成 相 应 的开
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