雙牌水電站監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)過半年多的更新改造，已于今年8月全部投入運行。實現(xiàn)了雙牌水電站plc控制器的雙cpu冗余控制。計算機監(jiān)控系統(tǒng)中采用雙cpu的geplc控制器，以硬件方式實現(xiàn)cpu冗余控制，這是一種花錢少、效果好的提高系統(tǒng)可靠性的有效手段。
一、雙牌水電站監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)綜述
雙牌水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)主要監(jiān)控對象為3臺發(fā)電機組、開關站、近區(qū)以及公用系統(tǒng)，它是由6套lcu（local control unit現(xiàn)地控制單元),和上位機部分組成,lcu部分和上位機的連接是通過以太網(wǎng)通訊方式實現(xiàn)的。
1.1監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能
（1）數(shù)據(jù)采集及處理；
（2）運行監(jiān)視；
（3）集中控制與調節(jié)。
（4）歷史數(shù)據(jù)查詢
1.2 lcu的主要功能
（1）在系統(tǒng)正常情況下由上位機發(fā)相應令到lcu進行控制，當上位機系統(tǒng)或網(wǎng)絡故障機組運行由lcu的觸摸屏上控制；
（2）事故時，lcu自動進行處理；
（3）所有控制流程都放在plc中，保證了上位機或網(wǎng)絡故障時lcu仍能正常工作。
控制器plc、觸摸屏顯示器、通訊網(wǎng)絡和電源及關鍵測試點等系統(tǒng)中的重要部件均采用冗余結構，兩套工作站和大屏幕顯示器組成的兩套監(jiān)控操作管理臺并行運行；兩條冗余的genius高速通訊網(wǎng)絡同時傳送數(shù)據(jù)；交直流雙電源模塊同時向控制器plc、觸摸屏、變送器和開關量輸入模塊供電。冗余設計使系統(tǒng)關鍵部件的可靠性提高了一倍，而使系統(tǒng)的整體可靠性大大的提高。
二、冗余的概念
冗余嚴格的來講是采用成倍增加的元件的方式來參加控制，以期使得因控制設備的意外而導致的損失降到最低。
從冗余部件來講，有以下幾種：
處理器冗余：
一用一備或一用多備，在主處理器（稱熱機）失效時，備用處理器（稱備用機）自動投入運行，接管控制又因切換的機制和速度的快慢分為：冷冗余（冷備用）和熱冗余（熱備用）
另有部分廠家打出溫備用的口號，也是冷備用的方式，但切換速度較快而已。
通訊冗余：
最常見的就是雙通道通訊電纜。如雙纜profibus通訊或雙纜controlnet通訊。通訊冗余簡單的分，單模塊雙電纜方式，兩套單模塊單電纜雙工方式。
i/o冗余：
相對處理器和通訊，i/o 的冗余是最不容易實現(xiàn)的。通常較少使用i/o的冗余，成本增加較多。但相對重要的場合，使用i/o 冗余的也不少。如幾乎所有的dcs都可以實現(xiàn)i/o冗余。模擬量的冗余好實現(xiàn)一些，開關量不太好實現(xiàn)。i/o冗余最常見的是1:1，但也有其他方式如1:1:1表決系統(tǒng)等。一般的i/o 都實現(xiàn)了冗余的系統(tǒng)，處理器往往是熱備用的。
軟冗余：
一般指代處理器的冷備用。冷備用采用軟件方式切換。處理器一般也是成雙使用的，一個使用，一個備用。主處理器失效時，通過軟件的方式切換至備用處理器。速度慢，成本低。
硬冗余：
一般指處理器的熱備用。熱備系統(tǒng)采用硬件方式切換。除了成雙使用的處理器外，一般還有一套熱備模塊，或者叫雙機單元，熱備模塊負責檢測處理器，一旦發(fā)現(xiàn)主處理器失效，馬上將系統(tǒng)控制權切換至備用處理器。相對更穩(wěn)定，更安全，但成本較高。
一般的熱備模塊如果只有一個，那么，2個處理器肯定是插在同一個底板上的，如歐姆龍cs1d和cvm1d。如果熱備單元有2個，那么應該是分屬于2套底板的，2個熱備單元之間一般采用光纖通訊，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐健Ｒ灿幸粋�例外，s7-400h可以把2套系統(tǒng)（電源、處理器、熱備單元、通訊單元）插在同一個底板上，但那個底板實質上是完全隔離的2個底板，只是為了節(jié)省空間，作成了一個而已。
雙機熱備：一般指處理器的硬冗余。通常i/o不冗余。熱備的經(jīng)典是施耐德的quantum。當然，其他的也不錯。
表決系統(tǒng)：安全控制系統(tǒng)經(jīng)常會用到1:1:1方式。可實現(xiàn)1用2備，或3取2投票表決等特殊功能。典型的產品就是ge的s90-70。
三、雙cpu的plc冗余方案的確定
plc控制器是整個電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)控制的核心，采集發(fā)電機組的全部工況實時信息，實時控制相關的設備動作，同時監(jiān)視設備運行狀態(tài)，當危險狀況出現(xiàn)時，及時上送上位機報警，以便通知運行人員處理，當機組出現(xiàn)事故時，啟動事故自啟動流程，保護發(fā)電機一次設備安全，保障電力生產過程安全。但是如果plc出現(xiàn)故障，全廠信息運行人員無法掌握，也意味著相應的機組事故保護控制也失去，這將給設備運行過程中帶來重大安全隱患。鑒于plc監(jiān)控系統(tǒng)中的重要性，因此考慮一套現(xiàn)地lcu用一套雙cpu冗余的plc來控制一臺發(fā)電機組或開關站，實現(xiàn)自動化、計算機操作、監(jiān)控和管理的自動化控制。
為了提高雙牌水電站plc應用的可用性，保證plc長時間穩(wěn)定運行，減少系統(tǒng)故障停機時間，采用硬冗余控制器方案是當前普遍且有效的解決方案.為此，選擇了以產品可靠性高著稱的美國ge公司生產的pac systems rx3i系列plc，進一步提高系統(tǒng)可靠性，避免因單套故障出現(xiàn)所引起的生產停頓或安全事故。
硬冗余控制器解決方案的核心思路就是對控制器的關鍵部分采用冗余器件配置，保證在某一部件失效的情況下，可以采用備用器件平滑接替工作，從而減少非正常停機時間，從而提高系統(tǒng)的可用性。系統(tǒng)采用兩套獨立機架，保證了電源，cpu，背板，通訊等所有系統(tǒng)關鍵器件的全冗余方案，并可實現(xiàn)系統(tǒng)和上位機的通訊冗余，同步通訊冗余，和i/o站的通訊冗余，實現(xiàn)完美的硬冗余雙機熱備方案.
4 plc冗余結構硬件系統(tǒng)
硬件系統(tǒng)冗余方式，是將兩個cpu模塊（處理器ic695cru320，帶有串口）插在不同的兩個機架上，每個機架上除了cpu模塊，還要有genius網(wǎng)絡控制模件2個型號為（型號ic695etm001）網(wǎng)格模塊、熱備模塊rmx1、rmx2（型號ic695rmx128）和兩個熱備模塊間的連接光纜rcm（vmicbl-00-f6-000），rcm連接電纜進行主、從cpu間的數(shù)據(jù)傳輸，進行冗余熱備，其先進的冗余熱備技術保證了一套cpu故障時，快速自動切換而不影響系統(tǒng)正常工作。采用genius網(wǎng)絡控制模件，網(wǎng)絡模塊etm1和etm3（ic695etm001分別將采集信息送至a網(wǎng)段和b網(wǎng)段網(wǎng)絡，經(jīng)由網(wǎng)絡通道與上位機相連。網(wǎng)絡模塊etm2和etm4（ic695etm001）與置于子站niu1+etm5（型號為ic695nkt001+ic695etm001）與其它擴展機架上的智能遠程i/o擴展模件lre（ic695lre001）組成genius高速網(wǎng)絡相連接，將擴展機架的i/o信號采集進niu1子站再送至cpu進行監(jiān)視處理。 sdx800通訊管理裝置分別和兩個機架上的cpu上的網(wǎng)絡模塊etm1和etm3（型號ic695etm001）連接，一些智能裝置（勵磁、調速系統(tǒng)、交采裝置等）通過sdx800通訊管理裝置和plc連接，觸摸屏分別和兩個cpu上的rs-232端口連接。
由以上可以看出，雙牌水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)采用硬件方式實現(xiàn)plc的雙cpu冗余控制。兩塊cpu模塊同時在系統(tǒng)中運行，一塊運行于主控模式，另一塊運行于熱備份模式。當其中任一塊cpu發(fā)生故障時另一塊cpu立即監(jiān)視到并發(fā)出報警，自動將正常的cpu投入主控模式。cpu的無擾動切換，使系統(tǒng)一直受控，確保了安全，同時，使管道化生產線一直處于正常運行的良好工況中。
5 軟件編程
cpu冗余控制的實現(xiàn)軟件編程主要從下面兩方面考慮：
5.1 控制權的裁決和轉移
兩塊cpu同時在線運行，一塊處于主控制模式，另一塊處于熱備模式。擁有主控制權的cpu具有輸出控制權，而熱備cpu同時采集數(shù)據(jù)和保持通訊連接，但輸出被禁止。兩個cpu模塊互相監(jiān)視對方的運行狀態(tài)和通訊情況，一旦發(fā)現(xiàn)對方故障，立即發(fā)出報警，通過genius網(wǎng)，傳送給上位工控機，在操作管理臺上顯示報警。如果是主控cpu模塊故障，熱備cpu模塊自動獲得主控制權。
5.2兩塊cpu模塊的同步控制
由于熱備cpu隨時準備著，一旦主cpu故障，就立即獲取主控制權而成為主控cpu，因此，主cpu必須將自己的信息隨時傳遞給熱備cpu，而熱備cpu必須跟蹤主cpu的變化，與主cpu保持同步，這樣，在兩塊cpu模塊進行控制權的轉移時，實現(xiàn)無擾動切換。