基于施耐德67160PLC的辅控系统网络切换结论及隐患分析

基于施耐德67160PLC的辅控系统网络切换结论及隐患分析

何超

(江苏大唐国际吕四港发电有限责任公司江苏省启东市226246)

摘要：某厂辅控系统采用施耐德67160系列PLC控制，其中CPU及网络部分设计为互为冗余结构，正常运行时，主用CPU及网络实现辅控系统的控制与通讯功能，而当主用控制器失电等情况时备用控制器及网络工作。本文分析了机组检修期间对控制器及网络切换实验过程中的设备情况，并指出了当前系统存在的隐患，给出解决方案。

关键词：PLC；辅控系统；网络；冗余

1前言

某厂辅控系统包括化水、灰网、全厂暖通、脱硫、输煤等外围系统，以上系统均采用施耐德67160系列PLC控制。其中化水、输煤系统设置有一套PLC控制系统，除灰渣、暖通、凝结水精处理、脱硫等系统分单元设置了两套PLC控制系统。各PLC控制系统均采用施耐德67160CPU作为控制器，控制器设计为冗余结构，即正常运行时主用控制器来完成对系统的控制，当主用控制器失电或人为切换时，备用控制器转为主用状态，对系统进行控制。系统网络设计为双网冗余状态，即每个控制器均有两个网段地址，分别为172.16.X.X和172.17.X.X。以上各辅控系统分别按系统接至水网服务器、灰网服务器、暖通服务器、脱硫服务器及输煤服务器后，再由交换机发送数据至辅控服务器及操作员站，实现全厂辅控系统的集控运行。

2施耐德67160PLC网络切换现象及分析

以一单元凝结水精处理PLC控制系统为例，在CPU柜内分别安装有两个机架，每个机架上配置有一套CPU及配套卡件，其中均包括两个NOE卡件，各NOE卡件通过网线接至对应地址网段的交换机上，实现CPU与操作员站及上一层控制器通过以太网来通讯。每一个NOE卡对应一个网络地址，分别为172.16.2.1和172.17.2.1，正常运行时主用CPU对应的两个NOE卡件也互为冗余。

图一、一单元凝结水精处理PLC网络连接图

2018年5月10日，1、2号机组停运，期间对一单元凝结水精处理PLC控制系统进行了控制器及网络的切换实验，实验情况如下：

1、拔出备用控制器对应的NOE卡件上的网线，控制系统通讯正常，数据不中断，不会对主用控制器工作造成影响。

2、拔出任一主用控制器NOE卡件网线，约10秒后上位机画面数据丢失，约30秒后数据重新恢复，备用CPU未进行切换。说明主用控制器两个NOE模块之间存在冗余备用，但切换时间较长，存在系统通讯中断的风险。

3、将主用控制器对应的两个NOE卡件网线均拔出，10秒后上位机画面丢失，备用控制器未进行切换，数据不能自动恢复，一直显示异常。说明主备控制器NOE卡件之间不存在互为备用，通讯异常不能使主备控制器切换。

4、断开主用控制器的两路电源，备用控制器状态自动切换为主用状态，切换过程中上位机数据显示正常，通讯不中断，按同样的方法对控制器进行反向实验，控制器主备状态切换正常。说明当主用控制器因电源故障等原因掉电时，备用控制器能够自动切换为主用状态。

3、施耐德67160PLC系统存在的隐患及解决方案

通过对施耐德67160PLC进行切换实验，发现当主用控制器电源失电时，备用控制器能够正常切换为主用状态，控制系统工作正常，不会造成系统通讯中断。当主用控制器对应的任一NOE卡件网线中断时，两个NOE卡件之间存在互为冗余关系，能够自动完成网络切换，但是会造成约30秒的数据中断，给设备运行带来隐患。而当主用控制器对应的两个NOE卡件网线均中断时，虽然系统考虑了控制器和网络的冗余设计，但由于主用控制器与备用控制器之间在网络故障时无法自动切换，从而造成系统通讯中断，给机组的安全稳定运行带来较大的威胁。

通过分析发现，当主用控制器供电电源异常时，备用控制器可自动切换至主用状态，不会对系统运行造成影响，满足《DLT261-2012火力发电厂热工自动化系统可靠性评估导则》、《DL/T774-2015火力发电厂热工自动化系统检修运行维护规程》等规程关于控制器冗余切换的要求。而NOE卡件之间的网络切换结果则无法满足以上规程对控制系统网络冗余切换的要求，规程要求在进行网络切换实验时：当切断主运行总线模件电源、拔出主运行总线插头以及断开主运行总线电缆或终端匹配器时，通讯总线应自动切换至备用总线运行，系统工作应正常，数据不得丢失，通讯不得中断。而当前施耐德67160PLC控制系统的网络切换实验无法满足以上要求，当主用控制器一根网线中断时，系统数据会中断约30秒，当主用控制器两根网线均中断时，系统无法切换至备用控制器上，造成控制系统通讯中断，因此需对当前系统进行改造，以满足以上规程的要求。

针对当前施耐德67160PLC控制系统存在的隐患，需通过对控制器进行合理的组态和硬件配置，实现当主用控制器通讯网线均中断时，备用控制器能够自动切换为主用状态，确保数据不丢失，通讯网络不中断。另外当主用控制器一根网线中断时，主用控制器对应的另一网段NOE卡件应该立即自动工作，避免出现约30秒时间的数据通讯中断现象。通过以上改造后可保证施耐德67160PLC控制器及网络能完全满足冗余切换实验的要求，从而提高了控制系统整体的可靠性。

4结束语

施耐德67160PLC由于其结构简单合理、价钱适中、便于组态等优点，目前在各火力发电厂大型辅控系统中得到了广泛的应用。但其在网络结构上的设计存在较大的安全隐患，由于通讯中断不会造成主备控制器状态的切换，因此一旦主用控制器两根通讯网线均中断，则会造成整个控制系统失去监控，给机组的安全稳定运行带来较大的威胁。本通过分析施耐德67160PLC控制器及网络切换实验中存在的问题，并针对系统隐患给出了解决方案，确保控制器及网络均能满足无扰切换的要求，从而达到提高辅控系统可靠性的目的。

参考文献：

1、《施耐德PLC硬件手册》

2、《火电厂热控系统可靠性配置与事故预控》孙长生中国电力出版社3、《DL/T774-2015火力发电厂热工自动化系统检修运行维护规程》中华人民共和国国家发展和改革委员会2015年第二版

4、《DL/T261-2012火力发电厂热工自动化系统可靠性评估技术导则》国家能源局2012年第一版