【剑思庭专栏】AB Compactlogix热备应用设计
在重要的工业生产领域设计中，采用高可靠性技术提高控制系统可靠性的做法越来越普遍。常规的高可靠性就是采用成倍增加元件的方式来参与控制，以期能够将因控制设备的意外而导致的停机降到最少。此文设计采用两组独立运行的AB Compactlogix控制系统，保证热备系统的可靠、连续、安全运行。
高可靠性常见的方式是中央处理器、电源和通讯一用一备，在主处理器单元失效时，备用处理器单元自动投入运行，接管控制。在控制权的交互方式上又可分为冗余和热备两种。冗余是采用硬件方式进行切换，不用编程。除了成对的使用处理器外，还用专用的冗余模块，冗余模块负责检测处理器，一旦发现主处理器失效，马上将系统控制权交给备用处理器。硬件冗余均采用光纤通讯，通讯速度快，系统稳定，切换时间更短，但是成本也比较高。热备方式只需要成对的处理器，用软件编程的方式进行处理器的切换，组成比较经济，构成十分灵活，但程序处理需要一定的时间，对于时钟同步及切换时间要求不是十分严格的场合，选用热备方式还是非常经济有效的。
控制系统构成：
本控制方案设计采用了FactoryTalk ViewSE组态软件来实现上位机组态，FactoryTalk ViewSE是在RockwellAutomation解决可视化监控系统。下位机控制系统设计采用两套独立的Compactlogix L30ER系列PLC实现热备控制，其编程软件Studio 5000功能强大，模块化结构，基于对象编程。监控系统构成实现如图1：
图1 热备系统
热备是RockwellAuomation实现高可靠性控制的一种低成本解决方案,可以应用于对主备系统切换时间要求不高的控制系统中。
Compactlogix系统的软件、硬件包括：
1套Studio5000编程软件（V20）+热备程序生成包（V3.0）；
2套CompactLogix L30ERM控制器及Flex分布式I/O模块；
1条冗余以太网通讯环路，主系统与从站通讯链路再到远程IO模块以及上位机系统均采用Ethernet/IP的DLR环网；
热备能够实现：
1） 主机架电源热备；
2） PLC处理器热备；
3） Ethernet/IP的DLR冗余环路；
热备系统由A和B两套PLC控制系统组成。开始时，A系统为主，B系统为备用，当主系统A中的任何一个组件出错或者掉电，控制任务会自动切换到备用系统B当中执行，这时，B系统为主，A系统为备用，这种切换过程是包括电源、CPU和Flex IO模块控制权的整体切换。系统运行过程中，即使没有任何组件出错，操作人员也可以实现手动的主备系统切换，这种手动切换过程，热备切换时间250ms左右，对于控制系统的软硬件调整、更换非常有用。
系统工作原理
在热备系统进行工作时，主、从控制系统（处理器，通讯、电源）独立运行，由主系统的L30ER掌握对Flex从站中的I/O控制权。主、从系统中的L30ER程序由系统冗余程序任务和用户程序段组成，主从PLC全部执行用户程序，在输出IO时做选择，这种设计优于程序分为冗余和非冗余布置在不同控制器分别执行不一样的程序段种热备方法，因为当控制器切换时，无需拷贝主从的用户程序堆栈（定时器和计时器的数值等）。下面我们看一下Compactlogix热备系统中PLC内部的运行过程（图2）：
图2 冗余工作原理
热备程序的设计
首先需要安装Studio5000编程组态软件，同时从Rockwell Automation官网获得热备程序生成工具。
见图：安装到默认目录就可以。
在Studio5000中按照一套CompactLogix的程序来编程和组态。其中主要需要注意的就是硬件的组态和搭配，其中主站的硬件组态按照下图3来配置。
图3 硬件配置
这样硬件配置设计就算完成了。然后再打开热备冗余包工具，见下图4，在ACD选项中，选择程序版本，默认是20版本。然后在ACD FILE中选择PLC程序文件名。左侧程序结构框将出现硬件目录树，确认无误后。你点击左侧目录框右下角的Created Peer Porject按钮后，右侧的硬件目录框内将出现热备从站的硬件配置，这时软件自动创建了与热备主站匹配的的从站硬件配置。再点击右侧目录框下的Created Code按钮后，软件将自动创建冗余程序。
图4 热备生成工具
在Studio5000中会自动增加一个Task任务，此任务主要是负责主从通讯，IO控制权的转移和接管，监控主从的各种故障状态，并完成主从控制的内存的变量同步。此程序的执行时间为15ms，可以被用户更改，但更改的规则就是修改时间=n*15ms。如下图5
图5 热备任务
FactoryTalk ViewSE与Compactlogix L30ER的通信实现
根据控制方案的设计，采用FactoryTalk ViewSE组态作为上位机监控，将采用Ethernet/IP协议实现FactoryTalk ViewSE与Compactlogix L30ER的通信。在控制中的control标签中包含Hot_Backup.Sts_Primary和Hot_Backup.Sts_PeerReady 两个标签，第一个标签表示现在控制器是否是主控制器，第二个标签表示主从控制是否准备好。监控时根据两个标签的状态来显示热备状态。见图6
图6 热备标签
例如，情况1.状态标签：Hot_Backup.Sts_Primary和Hot_Backup.Sts_PeerReady均=真如果这两个标签都为真，则在线的控制器是主控制器，而另一个就是对等控制器。这还说明输出模块均处于正确状态。情况2.状态标签：Hot_Backup.Sts_Primary =真，且Hot_Backup.Sts_PeerReady =假。如果只有Sts_Primary标签为真，则另一个控制器一定存在问题并且其输出状态尚未检查。在已发生切换但尚未解决引起切换的原因时，可能出现此情况。FTviewSE画面见下图7
图7 FTviewSE画面
结束语
以上简要介绍了Compactlogix热备系统的系统组成、工作原理、程序编制，整个系统组成简单、构成灵活、程序编制比较容易。系统保证了系统无故障停机运行,提高了工作效率,降低了维护费用，以其可靠性、灵活性、便利性受到用户好评。
