PLC控制系统的冗余性设计

    一般情况下，使用PLC构成控制系统时控制器的可靠性较高。然而，无论使用什么样的硬件，故障总是难免的。特别是控制器，对用户是一个黑盒子，一旦出现故障，用户一点办法也没有。因此，在控制系统设计时必须充分考虑可靠性和安全性。    为了保证控制系统可靠地工作，除选用可靠性高的PLC，并使其在允许的环境下工作外，控制系统的冗余设计也是提高控制系统可靠性的一条有效措施。PLC控制系统设计中，可以采取的冗余措施如下。    1．环境条件上的富余    上一节讲了改善环境条件的设计方法，其目的在于使控制器工作在合适的环境中。在设计中，还要使环境条件有一定的富余量。如对于温度，虽然控制器能在55℃高温下工作，但为了保证可靠性，环境温度最好能控制在30℃以下，即留有三分之一的富余量。其他环境条件的确定也是如此。    2．控制器的并列运行    用两台控制内容完全相同的控制器，输入输出也分别连接到两台控制器，当某一台控制器故障时，可自动或手动切换到另一台控制器继续运行。    控制器并列运行方案仅适用于小规模的控制系统，输入输出点数比较少，布线容易。对大规模的控制系统，由于I/O点数多，电缆配线变得复杂，同时控制系统成本相应增加（几乎是成倍增加），这限制了它的应用。    3．双机双工热后备控制系统    用两台完全相同的可程序控制器构成同一控制系统，其中一台PLC起控制作用，同时把控制信息传递给备用控制器。由监控器实时监视两台PLC的工况，并比较它们执行的结果。当起控制作用的工作机出现故障时，监控器把控制权交给备用控制器，并关断工作机的控制，指示出现故障，这就是所谓的双机双工热后备控制系统。    双机双工热后备控制系统仅限于控制器的冗余，I/O通道仅能做到同轴电缆的冗余，不可能把所有I/O点都冗余，只有那些不惜成本的场合才考虑全部系统冗余。    也有把备用机作为冷备的，即冷备机平时不通电，只有工作机故障时人为接通备用机电源，并切除原工作机。冷备的优点是不需要监控器，节省投资。缺点是当工作机故障时，需要停运系统，并人为加载后备机程序，系统可靠性比热备差。    4．与继电器控制盘并用    在老系统改造的场合，原有的继电器控制盘最好不要拆掉，应保留其原来的功能，作为控制系统的后备手段使用。对于新建项目，由于小规模控制系统中的控制器造价可做到和继电器控制盘相当，因此以采用控制器并列运行方案为好。对于中大规模的控制系统，由于继电器控制盘比较复杂，电缆线和工时都比较费，还不如采用控制器可靠，这时推荐双机双工热后备控制系统方案。    此外，在控制系统设计时，应设计必要的手动操作回路，作为自动控制回路的后备。可将手操开关与输出信号线并连，当控制器故障时，由手动操作开关直接驱动负载，这样仍能使系统运行。