冗余技术在PLC控制系统可靠性提高中的应用

张帆 张隽爽

摘要：随着近些年我国自动化水平的快速提升，自动化控制技术已经在很多行业得到了应用，对于自动生产控制具有非常重要的作用。在自动控制过程中，PLC是最为常用的控制器，一旦PLC控制系统发生故障就会直接影响到生产的正常进行，严重情况下会造成较大经济损失，所以需要有效提升PLC控制系统的可靠性。本文主要提出利用冗余技术提升PLC控制系统可靠性方面的内容，分别从软硬件等方面分析提升PLC可靠性的途径，希望能够对相关人士有所帮助。

Abstract： With the rapid improvement of China's automation level in recent years， automation control technology has been applied in many industries and plays a very important role in automatic production control. In the automatic control process， PLC is the most commonly used controller. Once the PLC control system fails， it will directly affect the normal production， and even in severe cases， it will cause greater economic losses， so it is necessary to effectively improve the reliability of the PLC control system. This article mainly proposes the use of redundancy technology to improve the reliability of the PLC control system， and analyzes the ways to improve the reliability of the PLC from the aspects of software and hardware， hoping to be helpful to the relevant people.

关键词：冗余技术;PLC控制系統;可靠性

Key words： redundancy technology;PLC control system;reliability

中图分类号：TP273.5                                     文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）11-0233-03

0  引言

目前PLC已经成为工业控制方面最常用的控制器，其具有比较强的抗干扰能力以及可靠性。但是在相对复杂的环境（例如高温潮湿、较强电磁影响等）下PLC控制系统的可靠性会受到影响，严重情况下会造成系统无法正常工作，所以需要加强控制系统可靠性方面的研究。控制系统的冗余技术就是指对于关键性设备或者节点采取主备配置的方式确保其可靠性，一旦主设备发生故障备用设备就可以启动工作，确保系统能够容错运行，防止控制系统故障所造成的生产停滞，能够大大提升整个系统的可靠性。所以对于冗余技术在PLC控制系统可靠性方面应用的研究是非常重要的，对于推动工业控制水平提升具有现实意义。

1  冗余技术概述

所谓的冗余技术主要就是利用增设同等功能的部件、利用冗余逻辑确保其有序运行，若是其中某个部件发生故障就可以通过冗余部件代替工作，确保整个系统的正常运行。根据实现方式的不同可以将冗余技术分成硬件冗余、软件冗余等类型。

1.1 硬件冗余技术

所谓的硬件冗余就是指通过增设同等功能的部件当作备用，正常情况下备用部件并不用工作，但是系统中发生故障时备用件可以继续进行工作，确保系统稳定性。此种技术可以在很多时间内进行有效切换，系统具有非常好的跟随性，但是硬件的冗余直接增加备用硬件，所以会一定程度提升系统的成本。较为常用的硬件冗余系统主要有并联系统、备用系统、表决系统等等。

1.2 软件冗余技术

所谓的软件冗余就是指利用软件程序的升级优化确保主、备系统数据的同步以及快速替换。此技术的成本相对较低，具有较高的性价比，其切换时间主要受到主体程序、检测程序方面的影响。

2  硬件冗余提升PLC控制系统可靠性分析

2.1 PLC控制系统硬件冗余技术分析

一般情况下，在PLC控制系统中，硬件冗余主要包括CPU冗余、电源冗余、I/O接口冗余、通信冗余等等。

第一，CPU冗余。就是指在主控制器运行的同时备有控制器，一旦发生故障就会自行切换到备用控制器，此种方式常常应用在对生产工艺要求较高的系统中。可以通过热备模块或者同步模块确保不同控制器的数据同步，此种冗余的切换时间相对较短、速度较快。

第二，电源冗余。电源是确保PLC控制系统正常运行的源动力，一旦PLC的电源突然断掉就会造成关闭输出，从而对控制系统造成较大影响。电源冗余就是利用多个电源模块实施系统供电，不同电源模块之间利用冗余电缆实现信息交换。