ControlLogix系统冗余故障分析及改进措施.docx

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1、ControlLogix系统冗余故障分析及改进措施 系统冗余故障分析及改进措施 摘 要：介绍了ControlLogix冗余系统的组成和工作原理。针对故障现象，通过对系统软件的深化探讨和不断试验、实践，提出了合理的改进措施并取得了良好的效果，提高了系统的牢靠性、解除了因不确定性故障所导致的系统平安。 关键词：ControlLogix冗余系统；故障；缘由分析；改进措施和处理方案 1 冗余系统应用简介 以深圳地铁一期工程为例：典型车站分为A、B两端，在A端设置两套冗余的限制器（PLC），一套作为整个车站的主限制器兼作与上位机的通讯接口，接车站 交换机，另外一套负责A端的设备监控；在B端设置一套冗余的

2、从限制器，负责B端的设备监控；在车站的其它地方设置远程I/O设备。限制器及各远程I/O设 备通过冗余的ControlNet现场总线相连。（系统配置如图1） 2 冗余系统的设置和工作原理 ControlLogix冗余系统硬件结构由两个完全一样的限制器框架组成，每个ControlLogix冗余系统框架中限制器模块、通信模块和SRM模 块。两个框架尺寸完全相同，模块一模一样，插放位置也一模一样，限制器中的程序也一模一样。两个限制器框架之间，完全靠系统冗余模块SRM来完成同步和数 据的交换。进入同步状态的主机限制器，自动地传送备份数据到辅机限制器，这些数据无须用户选择和编程，只要在主机限制器中被程序运

3、行时刷新过的数据，都会 通过交叉装载传送到辅机限制器，传送的数据量可以特别大。限制器通过与SRM的连接，得知自己是主机限制器还是辅机限制器，从而确定是传送数据还是接收数 据。这些完全不须要用户的介入，系统自动获得、自动推断、自动传送。两个限制器的同步运行和大量数据的复制，使得输出得到无扰切换。 在成对 的冗余框架中，首先上电的框架成为主机框架，后上电的框架作为辅机框架，并建立与主机限制器的同步。当出现主机限制器所在框架掉电、拔插主机框架上的任何 模块、限制器程序发生主要故障、断开CNBR模块上的ControlNet分接器或电缆、断开ENBT模块的EtherNet/IP电缆等状况，或者收到 来自

4、主机限制器中用MSG发送的吩咐、来自Rslinx中SRM模块组态页面操作的吩咐都会发生冗余切换。 3 系统冗余故障显示及查找 冗余系统不能正常工作，经常表现在辅机不能同步。辅机不能同步的缘由有许多，查找的方法也许多，一般说来，冗余框架中的CNBR模块都有清晰的提 示，SRM模块的组态界面也存放了详尽的信息。冗余框架插放的CNBR模块的面板将显示系统的状态，面板是字符式显示，一般是缩写的大小字母，它们所表达 的意思见表1。 最重要一点的是，全部成对的模块必需是相同的产品编号、系列号和版本号，并且插放在相同槽内。假如辅机框架的 CNBR的Keeper与成对冗余的主机框架CNBR的数字签名不匹配的话

5、，辅机框架是不能同步的。须要在RSNetworx组态软件中，选择 Keeper Status，检查辅机是否为Valid Keeper。假如不是，操作Update Keeper使之复原正常。出现这种状况的缘由可能是ControlNet网络组态时，辅机CNBR模块是关闭的或者在别的网络中组态过。 依据提示检查硬件的状况，是比较直观和简单的。但是实际运用过程中，大多数故障不是硬件引起的，而是由于参数设置不合理、通信和连接规划不好，导致限制器 出现主要或者次要故障。在深圳地铁一期工程的建设过程中，由于承包商是首次运用ControlLogix系列产品，在参数设置方面没有细致探讨和推敲。为 了追求最短的响

6、应时间，将全部参数都设置为最小值。这样就存在限制器没有足够的时间去完成非预定性的通信、内存安排比例不合理、连续任务Watchdog 时间太短、周期性任务执行时间大于周期时间、高优先权程序执行时间超过最低优先权程序周期时间、冗余框架中CNBR模块CPU运用效率远远超过75等一 系列隐性故障。 4 改进措施和处理方案 4.1 保证非预定性通信的执行时间 一般说来，非预定性通信是除了限制 器I/O组态和限制器之间的Produced/Consumed之外的全部的通信编程设备的在线、HMI的访问、执行MSG指令、响应其他限制器的 MSG、同步冗余系统的辅机框架、建立或监视I/O的连接（热拔插模块）、从限

7、制器的串口通过背板访问其他设备等。全部的都是在任务逻辑程序执行以外的时 间进行。假如限制器组态了一个连续任务，由限制器中的System Overhead Time Slice设定值确定非预定性通信的时间；假如限制器没有设定连续任务，则在全部周期性任务执行完毕的剩余时间内完成。 深圳地铁一期工程所 有限制器内逻辑程序均为一个连续任务，多个周期性任务的配置。所以，应当适当增大System Overhead Time Slice设定值，保证限制器有足够的时间完成非预定性通信的执行。详细方法是：通过Logix5000在线连接限制器，在限制器的属性/高级属性中设置 System Overhead Tim

8、e Slice。（图2） 4.2 合理设置周期性任务的时间参数 对于周期性任务，必需确定最高优先权任务的执行时间是否远远小于它的周期时间，全部任务执行时间的总 和是否远远小于最低优先权任务的周期时间；Watchdog时间通常为本任务运行时间的10倍左右。周期时间、Watchdog时间可以通过 Logix5000在线连接限制器，在任务的属性/组态中修改（图3）；任务执行时间可以通过Logix5000在线连接限制器，在任务的属性/监听中查 看。（图4） 4.3 降低冗余框架CNBR模块的CPU运用效率 冗余系统中的CNBR模块须要足够的时间去处 理冗余的操作，冗余同步操作将占用CNBR模块CPU运

9、用效率的8个百分点左右，假如超过75，可能会阻碍冗余切换后的辅机同步。深圳地铁一期工程冗余 系统CNBR的CPU运用效率达90以上，部分甚至高达95，很简单出现冗余切换后CPU满负荷运行，导致同步失败。所以必需想方法把CNBR模块的 CPU运用效率降下来。 要降低CNBR模块的CPU运用效率，可以从以下几个方面着手：增大ControlNet网络的NUT（网络刷新时 间）、增大I/O模块连接的RPI（恳求数据包间隔）、削减通过CNBR连接的数量、削减MSG的数量和增加CNBR模块来分流信息。由于深圳地铁一期工 程的设备已经定型，增加CNBR模块涉及到更换机架成本太高，也没有可以削减的MSG指令和

10、通过CNBR的连接，所以只能从增大ControlNet网络 的NUT和I/O模块的RPI两个方面入手。 深圳地铁一期工程冗余系统的NUT和RPI均设置为系统组态时的默认值，分别为5ms和 20ms。也就是说，系统每5ms刷新网络一次，每20ms更新一次I/O模块数据。由于系统的监控对象是风机、风阀、温湿度传感器、冷水流量传感器、水 系统二通阀执行器等设备，全部的设备均不会发生状态的高频改变，也不用限制设备高频度开关，所以系统默认的NUT和RPI远远超过实际应用的须要。这样就 过多的耗用网络资源，占用ControlNet预定性数据的带宽。而RPI值一般设为实际须要时间的50即可，即在一个周期内采

11、样两次。在系统没有高频 动作设备，保证系统实时性的前提下，经过多次测试将RPI由20ms改为80ms，将NUT由5ms改为20ms（RPI=NUT*2n），胜利的将冗余 系统CNBR的CPU运用效率降到了75以下。 RPI设定可以通过Logix5000在线连接限制器，在I/O Configuration绽开全部已经组态的模块，右键点击适配器选择Properties/Connection修改Requested Paket Interval为80ms。（图5） NUT设定可以通过运行RSNetWorx for ControlNet，在线upload网络配置、编辑使能后通过菜单Network /Pr

12、operties/Network Paramerters中修改Network Update Time为20ms。（图6） 参考文献 1邓李.ControlLogix系统好用手册M.北京：机械工业出版社出 ControlLogix系统冗余故障分析及改进措施 转炉底吹系统限制系统故障及改进措施 民航飞机修理故障分析和改进措施 柴油机转速失控的故障分析及改进措施 液压轮对除锈机常见故障分析及改进措施 动车组制动限制系统故障分析及改进 试论暖通系统新风机组的故障及改进措施 动车组故障分析及改进方法 UPS不间断电源的故障分析及改进措施 动车组车门故障分析及改进方法 本文来源：网络收集与整理，如有侵权，请联系作者删除，谢谢！第8页 共8页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页