QnQ系列PLC與安全邏輯系統

發布：2018-12-18 | 點擊：人次

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1前言

安全邏輯系統（也稱做安全保護系統）在傳統的工業自動化控制系統中，是通過融合在過程控制系統中的邏輯聯鎖部分來實現的。隨著工業技術水平的提高，現代化生產過程向大型化、復雜化、極限化方向發展，生產過程中的各種環節越來越多，發生故障、火災甚至爆炸的機率也隨之增大，因此必須提供一種高度可靠的安全保護手段，從而將安全邏輯系統獨立于過程控制系統如（DCS）而單獨提出來。國際權威機構也紛紛制定了一系列的安全標準及規則，明確規定了DCS與安全邏輯系統必須嚴格分開。

工業過程的安全系統可以分為3個層次，第1層為工程設計和設備選型，第2層為過程控制系統，第3層為安全邏輯系統和氣體檢測系統，如圖1所示。

工業過程裝置在zui初的工程設計、設備選型及安裝等階段，都對操作的安全性進行了考慮，所以生產裝置本身就構成了安全的*道防線。但由此降低的風險遠遠滿足不了實際生產的需要；在此之上，過程控制裝置如DCS，對工藝過程進行連續動態控制，使裝置在設定值下平穩操作。因此，過程控制系統將裝置的風險又降低了一個等級，這是第二道防線。在過程控制之上，獨立于過程控制系統之外的安全邏輯系統，對生產過程進行監測，把發生事故的可能性降到zui低，使操作人員在zui小的、也是可接受的風險域內操作，它構成了系統zui穩固的zui后一道防線。

2QnA系列PLC介紹

2.1系統簡介

QnA系列PLC是日本三菱公司zui新推出的，高性能系列產品。在硬件方面，QnA系列PLC引進了許多新模塊，而且幾乎所有來自A和AnS系列的模塊都是完全兼容的。在通訊方面，QnA系列PLC具有MELSECNET的全部功能，并可以支持Ethernet網絡、控制和通信鏈接以及許多其它網絡規約。關鍵的一點，QnA系列PLC可以配置成雙冗余系統，從而改進了三菱PLC不能做冗余的缺點，增加了系統的可靠性和可用性。

2.2QnA系列PLC的冗余配置

QnA系列PLC可以配置成一個CPU、電源、總線都是冗余的系統。這種配置結構簡單、性能可靠、價格低廉，具有很高的性能/價格比，如圖2所示。

當主控PLC的CPU模塊處于常態并控制遠程I/O時，子控PLC的CPU模塊也在執行它的程序，并通過網絡接受遠程I/O數據，但并不發送數據來控制遠程I/O。兩個CPU都執行它們的程序，但不是同時進行的。網絡設備B/W（通訊寄存器）用于CPU之間的數據交換。在每次網絡掃描過程中把B/W高達2k的位組從各自的CPU傳送到另一個CPU。主控PLC和子控PLC的網絡模塊處于激活狀態。

當主控PLC發生故障時，系統的控制由主控PLC切換到子控PLC，使得系統能夠繼續運行。整個過程的切換時間大約為1s左右。

主控PLC的故障主要有：

（1）主控PLC電源下降；

（2）主控PLC的CPU檢測出一個致命錯誤，CPU不能繼續運行下去；

（3）主控PLC的網絡模塊與通訊設備分開。

3用子安全邏輯系統的工程實例

深圳達實自動化工程在湛江新建的NPK化肥廠的項目中，承接了其主體DCS工程和安全邏輯系統工程，選用三菱QnA系列PLC作為本項目安全邏輯系統的主體設備。

NPK工廠的安全邏輯系統在功能上與工藝控制系統（DCS）完全分開，安裝成一個獨立的機柜放在控制室內。在使用SELSECMEDOC軟件編程時，采用可編程故障安全邏輯。所謂故障安全，是指在正常的工作條件（“健康狀態”）下，該系統所控制的繼電器和電磁閥帶電，屬于該系統的觸點、開關閉合。在“故障狀態”下，該系統的觸點斷開，繼電器和電磁閥掉電，這樣可保證故障時現場的設備不帶電。這種故障安全是安全邏輯系統所必須具備的，通過軟件實現。

在硬件配置方面，采用了熱備份雙CPU結構，其電源、通訊也都采用冗余方式，具體配置如圖3所示。

主站PLC正常運行時，所有遠程主基板上的I/O由主控PLC控制，子控PLC只是運行程序且采集遠程I/O的數據，但不參與控制。如果主控PLC出現故障，則子控PLC開始控制I/O。

該系統的數據傳送速度可以達到10Mbps，具有雙電纜的特征，可以實現網絡冗余。QnA系列PLC首次在安全邏輯系統中的應用方案已經形成了一個定型的工程產品。它是在DCS系統之上，與DCS相分離的過程安全控制系統，它構成過程安全的zui后一道防線。

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