冗余体系的运作机理及在压缩机中的使用

1增强型冗余系统这种工作方式与一般冗余系统的区别，在于所有的I/O模块全部放在ER上。每个主机架上的CPU都对ER上的I/O进行单独编址。这种方式实现了CPU和电源模块的冗余。

3全冗余系统这种工作方式与增强型冗余系统的主要区别，在于它不仅实现了CPU与电源模块和所有I/O的全部冗余，而且SubunitA和SubunitB分别采集信号，同时进行比较并参与控制。当比较结果不一致时，会发出报警信号。这是一种*为安全可靠的使用方式，只是造价偏高。

2工艺概况压缩空气系统包括1号炉除灰系统3台空压机、2号炉除灰系统3台空压机、全厂仪用空压机2台、脱硫及化水用空压机3台，及其空气后处理系统和空气储气罐。为满足电厂各种工况下运行要求，在储气罐出口增设有24台电动切换阀。电气需要监控6 kV工作电源2回，6 kV备用电源2回，6 kV电压互感器2台，除灰厂6 kV出线1回，空压机房变压器2台，灰库区变压器2台，回水泵3台，超细磨电动机1台，380 V PC段馈线2回。上述设备均纳入空压机及辅助系统的PLC中控制。

3系统结构及组成根据该系统设备的情况，并考虑到系统的造价及兼容性，决定采用西门子S7－400冗余系统中的增强型工作方式来完善设备的安全可靠性。

PLC控制系统的热备冗余配置如所示。

主、副PLC有各自的电源、CPU和以太网通信模块，软硬件配置互为冗余。

正常情况下，主、副PLC同时接收I/O信号，但是只有主PLC处于控制状态，发指令给现场设备，而副PLC通过同步模块跟踪主PLC，处于热备用（HOTSTANDBY）状态。当主PLC发生故障时，副PLC从备用状态无扰切换至控制状态，执行控制权。反之，当处于控制状态的备用PLC发生故障时，已经修复好的主PLC也可以无扰切换至控制状态。

1安装底板所有S7－414H的PS电源、CPU、通信模块，均插接在UR2－H的安装槽上，通过底板上的总线将每个模块的总线信号连在一起。

2电源模块PS407、PS307电源模块可以将85～264 V的AC电压和19.2～300 V的DC电压转换为5 V DC和24 V DC电源，通过背板总线向SIMATIC S7－300和400模块提供电源，每个机架均需要电源模板，5 V DC的总线电压用于所有CPU，I/O和IM模块，该电源可以通过锂电池和外供电对CPU的RAM进行保持。另外，PS模块也具有系统信号监控功能。

3 CPU模块读取输入信号状态，处理控制程序，控制输出及程序扫描功能，CPU提供内部标志位、定时器和计数器，可预置重新启动过程，可通过CPU的LED来诊断故障。带集成PROFIBUS－DP主站接口，带2个插槽，用于同步模板。（注意：S7－414H的CPU必须具有相同的定货号）3。

4同步模块在S7－400H子单元中需同步模板连接2个CPU414－4H/417－4H，直接插入CPU41x－4H为其提供的槽中，每个CPU需要2个同步模板。在子单元中的模板通过光纤连接组成冗余系统，当“主机”的CPU出现故障时，“辅机”的CPU便立即承担起控制任务。

5以太网通信模块通信处理模块CP443－1独立地处理经过工业以太网的数据业务。模板有它自身的处理器层1到层4符合国际标准，可进行ISO和TCP/IP的多重传输协议的操作。

7 IM接口模块所有的I/O模块都是需另外的安装S7－300系列底板扩展单位，通过Profibus－DP同CPU单元进行通信。接口模块IM153上设置相应的从站地址，该接口模块通过底板总线将IO模块的信号转换为数字信号打包以Profibus－DP的通信方式发送至CPU的DP主站。

8备用电池在S7414－4H关电时，备用电池既保持CPU的RAM程序，又保持其数据。

S7414－4H的锂电池可提供大约2年的备用时间，当电池失效时，电源上的黄LED就全亮。

4软件设计4.1 PLC软件

软件构成包括系统软件和用户程序。对S7414－4H的编程，需要西门子公司对PLC编程的专用软件STEP7 V5.2和S7－400H可选软件包。

与SIMATICS S7－300及400系列的其他PLC一样，STEP7 V5.2也完全适合于对S7414－4H的编程。另外，应用STEP7工具“Hardware configuration（硬件配置）”和S7－400H可选软件包，可对包括CPU在内的S7－400H的特性和响应进行参数化，如：多点接口MPI、再启动/循环响应、地址分配、保持区域、保护级、系统诊断、时间中断和H站的配置等。

通过参数化软件，可以对系统的I/O进行冗余或切换方式的组态，以使其能像单通道的I/O一样在用户程序中被编程。根据设计院所提供的ESD自动操作程序框图和安全运行程序框图，通过如前所提到的STEP7 V5.2编程软件对上述联锁要求进行了编程。鉴于用户的要求，选用了梯形图（LAD）进行编程。当然，用户程序也可以根据要求很容易地转换为语句表（STL）和功能流程图（SFC）的表示方式。

42上位机监控软件iFix3.5是美国GE公司一种具有良好人机界面的过程组态软件，该软件在空压机及辅助设备系统中能实现的功能如下。

（1）数据采集。

iFix3.5软件采集数据时无需特定的硬件，通过高性能、高速的IO驱动程序完成与硬件通信、错误检测、信号调节，恢复和支持冗余通信等功能。IO从驱动器硬件寄存器中访问数据，建立和维护驱动程序映射表（DIT），以特定的速率对每一个询检记录点进行刷新，DIT表的刷新速度可以0.1 s的增量从0（*大速度）增大到255 s。

（2）显示。

iFix3.5以强大的数字、文本、图像格式为用户显示主要设备的运行状态、主要测量参数的实时数值和报警记录，提供整个生产过程的总貌图、每一条生产线的分组图、各主要参数的实时动态图和历史趋势图。

（3）监控。根据不同的生产情况，操作人员能够直接从计算机上通过键盘、鼠标修改设定值和调整过程控制参数，且当参数值超出范围时禁止修改。

（4）报警。提供在生产过程中出现的故障、操作状态，这些信息以多种形式（如报警打印机、音响等）提醒操作人员，并将其存贮及打印输出。可在屏幕上方显示报警区域，操作人员只点击后打开报警列表，以帮助操作人员能以*快的速度确认*重要的报警信息。

（5）数据存档。将数据存储在数据文件中，创建参数的历史趋势图（可查询3个月的数据）。

（6）报表。通过工业标准数据交换协议访问iFix3.5数据，根据实际需要创建重要工艺参数的Excel电子表格，可以设定每隔一定的时间打印一次报表。

（7）安全管理。为了安全管理，可以对操作人员操作的时间、姓名进行记录，并在中央操作站设有5级操作口令，各级别的权限明确分工。

软件工程师（software engineer）：进行PLC和IO接口的修改等。

工艺工程师（process engineer）：进行阀门范围和开启时间设定、PID参数修改等。

班长级（chief）：改变重要参数的解锁，手动/自动状态切换，选择循环时间设定等。

操作员级（operator）：阀门调节一般的操作。

客户级（guest）：可只浏览画面。

（8）开放式结构。与生产调度系统（MIS）连接，为其他操作平台提供实时数据，以供高层管理和决策。

5结束语该冗余系统自2006年7月投用，至今一直运行良好，各项指标都达到了预期要求。控制系统均按自动程序运行准确，不需人工干预，减轻了运行人员的操作负担，保证了电气设备的安全，取得了良好的经济效益。