profibus-dp冗余電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)通信系統(tǒng)
基于安全可靠，電力行業(yè)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線有冗余的要求。針對(duì)此類要求，profibus組織提出了《specifi-cationslaveredundancyv1.2》從站冗余規(guī)范?，F(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)中，可以冗余方式，將故障單元或串行鏈路自動(dòng)切換到備
基于安全可靠，電力行業(yè)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線有冗余的要求。針對(duì)此類要求，profibus組織提出了《specifi-cationslaveredundancyv1.2》從站冗余規(guī)范。現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)中，可以冗余方式，將故障單元或串行鏈路自動(dòng)切換到備用單元或者串行鏈路，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)不停機(jī)的無(wú)擾動(dòng)切換。
電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)作為過程控制系統(tǒng)基本驅(qū)動(dòng)裝置，通過驅(qū)動(dòng)閥門、擋板等機(jī)械設(shè)備對(duì)介質(zhì)流量、溫度、壓力等調(diào)節(jié)和控制，在火力發(fā)電過程中扮演著重要角色。因此研究和開發(fā)符合《slaveredundancyv1.2》的profibus-dp電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，并應(yīng)用于火力發(fā)電行業(yè)，提高profibus-dp電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)與控制系統(tǒng)之間通信的可靠性。
1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
profibus-dp冗余電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)通信系統(tǒng)分為主站和從站兩類，主站又分為一類主站和二類主站。
（1）主站冗余。
一類主站是指plc、pc或可做一類主站的控制器。一類主站與從站交換數(shù)據(jù)并控制整個(gè)dp通信網(wǎng)絡(luò)。一旦一類主站出現(xiàn)故障，則會(huì)使其控制的所有從站和整個(gè)dp通信網(wǎng)絡(luò)無(wú)法工作，因此對(duì)一類主站采用冗余配置方式。冗余配置的2個(gè)通信主站執(zhí)行同樣的應(yīng)用程序。該項(xiàng)目采用西門子s7-414h冗余主站系統(tǒng)。
二類主站是指操作員工作站（如pc機(jī)加圖形監(jiān)控軟件）、編程器、操作員接口等，完成各類站點(diǎn)數(shù)據(jù)讀寫、系統(tǒng)配置、故障診斷等。該項(xiàng)目采用裝有西門子wincc組態(tài)軟件的pc機(jī)作為二類主站。
（2）從站冗余。
profibus組織在2004年底提出了《specifica-tionslaveredundancyv1.2》，該標(biāo)準(zhǔn)的制訂確立了profibus-dp的從站冗余規(guī)范。項(xiàng)目中以揚(yáng)修2sa8冗余現(xiàn)場(chǎng)總線電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)作為從站。
profibus-dp冗余電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)通信系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。
圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖
2 冗余從站
冗余從站是指帶有兩個(gè)profibus-dp通信接口的從站，而且兩個(gè)接口之間具有特殊的冗余通信通道實(shí)現(xiàn)二者信息交互，工作時(shí)其中一個(gè)作為主從站通信接口，另一個(gè)作為備用從站通信接口。因此，冗余從站必須具有：至少2個(gè)連接；2個(gè)獨(dú)立的通信接口；1個(gè)冗余通信信道（redcom）；獨(dú)立的線路冗余連接。
冗余從站具有2個(gè)獨(dú)立的profibus-dp協(xié)議通信棧，對(duì)應(yīng)于2個(gè)profibus-dp總線接口。2個(gè)互為冗余的通信接口在系統(tǒng)組態(tài)和參數(shù)化過程中都需要被正確組態(tài)和參數(shù)化，需要給它們分配站點(diǎn)地址，2個(gè)接口的站點(diǎn)地址可以相同也可以不同，這依賴于冗余系統(tǒng)的構(gòu)成方式。
冗余通道專門用來(lái)在冗余從站內(nèi)部交換2個(gè)協(xié)議棧之間的組態(tài)信息、總線參數(shù)信息以及輸入輸出過程數(shù)據(jù)，同時(shí)完成冗余從站的主、備用通信接口的切換。冗余從站構(gòu)架如圖2所示。
圖2 冗余從站構(gòu)架圖
2.1 冗余從站的初始化
在主從站的通信中，從站一般只能被動(dòng)地等待主站的請(qǐng)求，然后才能執(zhí)行數(shù)據(jù)交換，而進(jìn)入此狀態(tài)之前，必須由主站對(duì)其賦參數(shù)、配置初始化并診斷。
從站在上電后，即處于診斷狀態(tài)，判斷主站發(fā)來(lái)的set_slave_add指令，以改變本身的默認(rèn)地址，如不需要改變地址，從站將直接接受參數(shù)賦值指令。
2.2 冗余從站故障自動(dòng)切換
當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)使用了profibus總線接口之后，為了提高可靠性，可以采用雙通道（冗余型）的profibus總線通信板。2sa8電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)具有雙通道（冗余）的profibus總線通信板，由執(zhí)行機(jī)構(gòu)決定哪個(gè)通道為工作通道（*通道），控制電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)行操作。第二通道為被動(dòng)通道（備用通道），只能將數(shù)據(jù)從電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)傳送到總線系統(tǒng)，因此，總線系統(tǒng)只能通過備用通道查看電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)行狀態(tài)，而不能操作電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
當(dāng)工作通道發(fā)生故障，且備用通道可以進(jìn)行用戶數(shù)據(jù)通信，則自動(dòng)切換到該備用通道。
報(bào)文和總線地址：2個(gè)通道可以被配置成使用不同的用戶數(shù)據(jù)報(bào)文，2個(gè)通道的站地址可以自由選擇。
切換準(zhǔn)則：當(dāng)不再能通過工作通道進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)，就必須切換到另一個(gè)通，如主站發(fā)生故障、dp連接發(fā)生中斷（電纜斷線）、asic損壞、redcom故障。
從站在通過profibus-dp通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信時(shí)，啟動(dòng)看門狗定時(shí)器twd對(duì)通信過程進(jìn)行監(jiān)視。twd溢出，表示主從站通信接口發(fā)生故障，將故障通信接口模塊輸出至失效安全模式下，同時(shí)啟動(dòng)從站冗余切換操作。首先啟動(dòng)toh，如果在toh溢出前收到主站的傳遞數(shù)據(jù)請(qǐng)求則停止toh，否則toh溢出從站進(jìn)入失效安全模式。因此，在發(fā)生故障后，將故障發(fā)生前從站的zui后一次輸出值作為從站有效輸出的zui長(zhǎng)時(shí)間（twd十toh）。