Profibus-DP冗余电动执行机构通信系统

      基于安全可靠，电力行业对现场总线有冗余的要求。针对此类要求，Profibus组织提出了《Specifi-cationSlaveRedundancyV1.2》从站冗余规范。现场总线控制系统中，可以冗余方式，将故障单元或串行链路自动切换到备
    基于安全可靠，电力行业对现场总线有冗余的要求。针对此类要求，Profibus组织提出了《Specifi-cationSlaveRedundancyV1.2》从站冗余规范。现场总线控制系统中，可以冗余方式，将故障单元或串行链路自动切换到备用单元或者串行链路，实现系统不停机的无扰动切换。
    电动执行机构作为过程控制系统基本驱动装置，通过驱动阀门、挡板等机械设备对介质流量、温度、压力等调节和控制，在火力发电过程中扮演着重要角色。因此研究和开发符合《SlaveRedundancyV1.2》的Profibus-DP电动执行机构，并应用于火力发电行业，提高Profibus-DP电动执行机构与控制系统之间通信的可靠性。
    1 系统总体结构
    Profibus-DP冗余电动执行机构通信系统分为主站和从站两类，主站又分为一类主站和二类主站。
    （1）主站冗余。
    一类主站是指PLC、PC或可做一类主站的控制器。一类主站与从站交换数据并控制整个DP通信网络。一旦一类主站出现故障，则会使其控制的所有从站和整个DP通信网络无法工作，因此对一类主站采用冗余配置方式。冗余配置的2个通信主站执行同样的应用程序。该项目采用西门子S7-414H冗余主站系统。
    二类主站是指操作员工作站（如PC机加图形监控软件）、编程器、操作员接口等，完成各类站点数据读写、系统配置、故障诊断等。该项目采用装有西门子WinCC组态软件的PC机作为二类主站。
    （2）从站冗余。
    Profibus组织在2004年底提出了《Specifica-tionSlaveRedundancyV1.2》，该标准的制订确立了Profibus-DP的从站冗余规范。项目中以扬修2SA8冗余现场总线电动执行机构作为从站。
    Profibus-DP冗余电动执行机构通信系统总体结构图如图1所示。

图1 系统总体结构图
    2 冗余从站
    冗余从站是指带有两个Profibus-DP通信接口的从站，而且两个接口之间具有特殊的冗余通信通道实现二者信息交互，工作时其中一个作为主从站通信接口，另一个作为备用从站通信接口。因此，冗余从站必须具有：至少2个连接；2个独立的通信接口；1个冗余通信信道（RedCom）；独立的线路冗余连接。
    冗余从站具有2个独立的Profibus-DP协议通信栈，对应于2个Profibus-DP总线接口。2个互为冗余的通信接口在系统组态和参数化过程中都需要被正确组态和参数化，需要给它们分配站点地址，2个接口的站点地址可以相同也可以不同，这依赖于冗余系统的构成方式。
    冗余通道专门用来在冗余从站内部交换2个协议栈之间的组态信息、总线参数信息以及输入输出过程数据，同时完成冗余从站的主、备用通信接口的切换。冗余从站构架如图2所示。

图2 冗余从站构架图
    2.1 冗余从站的初始化
    在主从站的通信中，从站一般只能被动地等待主站的请求，然后才能执行数据交换，而进入此状态之前，必须由主站对其赋参数、配置初始化并诊断。
    从站在上电后，即处于诊断状态，判断主站发来的Set_Slave_Add指令，以改变本身的默认地址，如不需要改变地址，从站将直接接受参数赋值指令。
    2.2 冗余从站故障自动切换
    当执行机构使用了Profibus总线接口之后，为了提高可靠性，可以采用双通道（冗余型）的Profibus总线通信板。2SA8电动执行机构具有双通道（冗余）的Profibus总线通信板，由执行机构决定哪个通道为工作通道（*通道），控制电动执行机构运行操作。第二通道为被动通道（备用通道），只能将数据从电动执行机构传送到总线系统，因此，总线系统只能通过备用通道查看电动执行机构运行状态，而不能操作电动执行机构。
    当工作通道发生故障，且备用通道可以进行用户数据通信，则自动切换到该备用通道。
    报文和总线地址：2个通道可以被配置成使用不同的用户数据报文，2个通道的站地址可以自由选择。
    切换准则：当不再能通过工作通道进行数据交换时，就必须切换到另一个通，如主站发生故障、DP连接发生中断（电缆断线）、ASIC损坏、RedCom故障。
    从站在通过Profibus-DP通信网络进行通信时，启动看门狗定时器TWD对通信过程进行监视。TWD溢出，表示主从站通信接口发生故障，将故障通信接口模块输出至失效安全模式下，同时启动从站冗余切换操作。首先启动TOH，如果在TOH溢出前收到主站的传递数据请求则停止TOH，否则TOH溢出从站进入失效安全模式。因此，在发生故障后，将故障发生前从站的zui后一次输出值作为从站有效输出的zui长时间（TWD十TOH）。