基于现场总线的冗余控制系统设计

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1、基于现场总线的冗余控制系统设计学院：电气信息工程学院专业：自动化11-02姓名：李立凡学号：541101010221第一章概述所谓冗余系统，就是一个具有相同设备功能的备用设备系统。当主设备出现故障时，冗余设备是可以立刻使用的替代设备。设备在启停和运行过程中发生危及设备和人身安全的故障时，自动采取保护和联锁，防止事故的产生和避免事故扩大。从而保证正常启停和安全运行，具有极其重要的意义。通过对设备工作状态和机组运行参数的严密监视，发生异常时，及时发出报警信号，必要时自动启动或者切除某些设备或考系统，维持原负荷运行或减负荷运行直至安全退出运行。因此可以说，冗余系统是工业控制系统

2、中不可或缺的组成部分。冗余系统是通过发生中断的单元自动切换到备用单元的方法实现系统的不中断工作，通过部分的冗余实现系统的高可靠性。冗余控制系统能给很多的工业生产中能提供一个更高的可靠性。因此，了解利掌握冗余控制系统的控制方法并设计相应的显示单元很有意义，且有利于了解相关控制的原理和方法。实验过程中需熟悉冗余系统的控制原理及方案、PLC软件编程、I/O分配、控制对象的调试、单片机显示系统的设计方法等多个任务。冗余的实现方式是同时采用两台控制器ControlLogix5550,其中一台为主机，另一台作为系统的备份，为副机，正常情况下由主机控制整个系统，副机保持与主机通讯，监控

3、主机的运行状态。当副机监视到主机的运行故障的时候，立即运行切换程序，将控制权转到副机，而当主机的故障恢复之后，则控制权重新交还给主机。第二章方案论证世界上公认的第一台PLC是1969年美国数字设备公司(DEC)研制的。20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。目前，可编程控制器在机械制造、石油化工

4、、冶金钢铁、汽不、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展在石油、化工、冶金等行业的某些系统中，要求控制装置有极高的可靠性。如果控制系统发生故障，将会造成停产、原料大量浪费或设备损坏，给企业造成极大的经济损失。但是仅靠提高控制系统硬件的可靠性来满足上述要求是远远不够的，因为PLC本身可靠性的提高是有一定的限度。使用冗余系统或热备用系统就能够比较有效地解决上述问题。单片机自70年代问世以来得到蓬勃发展，冃前单片机功能正日渐完善：1、单片机集成越来越多资源，内部存储资源口益丰富，产品小巧美观，同时系统也更加稳定；2、单片机抗干扰能力加强，使的它更加适合工业控制领域，具有更加广阔的

5、市场前景；3、单片机提供在线编程能力，加速了产品的开发进程，为企业产品上市赢得宝贵时间;4、在线仿真变的容易。现场总线发展它是一种工业数据总线，是自动化领域中底层数据通信网络。现场总线是指安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线。简单说，现场总线就是以数字通信替代了传统4-20mA模拟信号及普通开关量信号的传输。它是连接智能现场设备和自动化系统的全数字、双向、多站的通信系统。主要解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题。主要用于制造业、流程工业、

6、交通、楼宇、电力等方面的自动化系统中。从现场总线技术本身来分析，它有两个明显的发展趋势：一是寻求统一的现场总线国际标准二是IndustrialEthernet走向工业控制网络统一、开放的TCP/IPEthernet是20多年来发展最成功的网络技术，过去一直认为，Ethernet是为IT领域应用而开发的，它与工业网络在实时性、环境适应性、总线馈电等许多方面的要求存在差距，在工业自动化领域只能得到有限应用。事实上，这些问题正在迅速得到解决，国内对EPA技术(ElhernetforProcessAutomation)也取得了很大的进展。随着FFHSE的成功开发以及PROFIne

7、t的推广应用，可以预见Ethernet技术将会十分迅速地进入工业控制系统的各级网络。第三章系统设计1整体结构从控制器需要与主控制器相同的工程以便接替其控制。同时，也需要最新的标签数据。交叉加载：主控制器中的部分或全部内容传送到从控制器。可以更新标签值，在线编辑或工程的其它信息。交叉加载最初发生在两控制器同步的时刻，然后在控制器执行其逻辑过程中反复运行。同步：从控制器做好一旦主机架发生故障，立即接替其控制的准备。在同步期间，1757-SRM模块检查在冗余机架上的对等方模块是否兼容。SRM模块也提供将主控制器内容交叉加载到从控制器