QnQ系列PLC与安全逻辑系统

发布：2018-12-18 | 点击：人次

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1前言

安全逻辑系统（也称做安全保护系统）在传统的工业自动化控制系统中，是通过融合在过程控制系统中的逻辑联锁部分来实现的。随着工业技术水平的提高，现代化生产过程向大型化、复杂化、极限化方向发展，生产过程中的各种环节越来越多，发生故障、火灾甚至爆炸的机率也随之增大，因此必须提供一种高度可靠的安全保护手段，从而将安全逻辑系统独立于过程控制系统如（DCS）而单独提出来。国际权威机构也纷纷制定了一系列的安全标准及规则，明确规定了DCS与安全逻辑系统必须严格分开。

工业过程的安全系统可以分为3个层次，第1层为工程设计和设备选型，第2层为过程控制系统，第3层为安全逻辑系统和气体检测系统，如图1所示。

工业过程装置在zui初的工程设计、设备选型及安装等阶段，都对操作的安全性进行了考虑，所以生产装置本身就构成了安全的*道防线。但由此降低的风险远远满足不了实际生产的需要；在此之上，过程控制装置如DCS，对工艺过程进行连续动态控制，使装置在设定值下平稳操作。因此，过程控制系统将装置的风险又降低了一个等级，这是第二道防线。在过程控制之上，独立于过程控制系统之外的安全逻辑系统，对生产过程进行监测，把发生事故的可能性降到zui低，使操作人员在zui小的、也是可接受的风险域内操作，它构成了系统zui稳固的zui后一道防线。

2QnA系列PLC介绍

2.1系统简介

QnA系列PLC是日本三菱公司zui新推出的，高性能系列产品。在硬件方面，QnA系列PLC引进了许多新模块，而且几乎所有来自A和AnS系列的模块都是完全兼容的。在通讯方面，QnA系列PLC具有MELSECNET的全部功能，并可以支持Ethernet网络、控制和通信链接以及许多其它网络规约。关键的一点，QnA系列PLC可以配置成双冗余系统，从而改进了三菱PLC不能做冗余的缺点，增加了系统的可靠性和可用性。

2.2QnA系列PLC的冗余配置

QnA系列PLC可以配置成一个CPU、电源、总线都是冗余的系统。这种配置结构简单、性能可靠、价格低廉，具有很高的性能/价格比，如图2所示。

当主控PLC的CPU模块处于常态并控制远程I/O时，子控PLC的CPU模块也在执行它的程序，并通过网络接受远程I/O数据，但并不发送数据来控制远程I/O。两个CPU都执行它们的程序，但不是同时进行的。网络设备B/W（通讯寄存器）用于CPU之间的数据交换。在每次网络扫描过程中把B/W高达2k的位组从各自的CPU传送到另一个CPU。主控PLC和子控PLC的网络模块处于激活状态。

当主控PLC发生故障时，系统的控制由主控PLC切换到子控PLC，使得系统能够继续运行。整个过程的切换时间大约为1s左右。

主控PLC的故障主要有：

（1）主控PLC电源下降；

（2）主控PLC的CPU检测出一个致命错误，CPU不能继续运行下去；

（3）主控PLC的网络模块与通讯设备分开。

3用子安全逻辑系统的工程实例

深圳达实自动化工程在湛江新建的NPK化肥厂的项目中，承接了其主体DCS工程和安全逻辑系统工程，选用三菱QnA系列PLC作为本项目安全逻辑系统的主体设备。

NPK工厂的安全逻辑系统在功能上与工艺控制系统（DCS）完全分开，安装成一个独立的机柜放在控制室内。在使用SELSECMEDOC软件编程时，采用可编程故障安全逻辑。所谓故障安全，是指在正常的工作条件（“健康状态”）下，该系统所控制的继电器和电磁阀带电，属于该系统的触点、开关闭合。在“故障状态”下，该系统的触点断开，继电器和电磁阀掉电，这样可保证故障时现场的设备不带电。这种故障安全是安全逻辑系统所必须具备的，通过软件实现。

在硬件配置方面，采用了热备份双CPU结构，其电源、通讯也都采用冗余方式，具体配置如图3所示。

主站PLC正常运行时，所有远程主基板上的I/O由主控PLC控制，子控PLC只是运行程序且采集远程I/O的数据，但不参与控制。如果主控PLC出现故障，则子控PLC开始控制I/O。

该系统的数据传送速度可以达到10Mbps，具有双电缆的特征，可以实现网络冗余。QnA系列PLC首次在安全逻辑系统中的应用方案已经形成了一个定型的工程产品。它是在DCS系统之上，与DCS相分离的过程安全控制系统，它构成过程安全的zui后一道防线。

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QnQ系列PLC与安全逻辑系统