Quantum簡介 Unity Pro軟件簡介 雙機熱備冗余系統(tǒng)介紹

1、一. Quantum 簡介施耐德電氣公司不僅是公認得可編程邏輯控制器（PLC）的發(fā)明者，同時也是PLC熱備系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)明者和多項工業(yè)自動化技術(shù)專利的擁有者。在1969年，Modicon公司推出了世界上第一臺實用的可編程邏輯控制器084控制器，應(yīng)用在美國通用汽車公司的噴漆生產(chǎn)線上，從而開創(chuàng)了工業(yè)自動化領(lǐng)域中PLC應(yīng)用的嶄新的時代。在隨后的30多年的時間里，Modicon公司作為工業(yè)自動化領(lǐng)域里面領(lǐng)先的專業(yè)廠商，不斷地推動和領(lǐng)導(dǎo)著自動化技術(shù)的發(fā)展方向和潮流，致力于為全球的用戶提供最先進和最可靠的產(chǎn)品以及完整的系統(tǒng)解決方案。1980年Modicon公司推出了完全開放的Modbus通訊協(xié)議，Modbu

2、s協(xié)議得到了世界上上千家設(shè)備廠商的支持，使得Modbus協(xié)議成為當今自動化領(lǐng)域里面事實的通訊標準。1984年Modicon公司推出了世界上第一臺可以熱備的PLC584控制器，因此Modicon公司在熱備系統(tǒng)技術(shù)上有著超過15年的先進的技術(shù)和經(jīng)驗。Quantum通用自動化系統(tǒng)是施耐德自動化公司于1996年向全球推出，并且經(jīng)過不斷的完善和發(fā)展的工業(yè)自動化領(lǐng)域里面最新型最先進的的新一代的自動化系統(tǒng)平臺。圖1：Quantum自動化平臺Quantum通用自動化系統(tǒng)是專門面向過程控制而設(shè)計的通用的自動化系統(tǒng)平臺,適用于冶金，電力，化工，建材等各行各業(yè)的工業(yè)控制和自動化領(lǐng)域中,具有強大的對離散量、模擬量及過

3、程回路控制方面的處理能力。Quantum繼承和發(fā)展了施耐德自動化（Modicon）產(chǎn)品一貫的特點和優(yōu)點，并且融入了當今最新的IT技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，具有結(jié)構(gòu)靈活、功能強勁、使用簡便、性價比高、集成度高、兼容性好,廣泛的開放性等眾多特點。Quantum系統(tǒng)具有整個工業(yè)自動化領(lǐng)域里面最先進最可靠的熱備系統(tǒng)功能，以滿足用戶對系統(tǒng)熱備功能的要求，為用戶提供最高可靠性的產(chǎn)品和系統(tǒng)方案。Quantum的熱備系統(tǒng)繼承和發(fā)揚了施耐德電氣公司在PLC技術(shù)和熱備技術(shù)上的領(lǐng)先的優(yōu)勢，使之成為工業(yè)自動化領(lǐng)域里用戶的熱備系統(tǒng)方案的最佳選擇。Quantum系統(tǒng)已在國內(nèi)外諸多行業(yè)中得到了非常廣泛和成熟的應(yīng)用，并在工業(yè)現(xiàn)場經(jīng)過了

4、長期、穩(wěn)定運行，受到了廣大用戶的信任和稱贊。Quantum系統(tǒng)所有的部件的設(shè)計都符合得真正的工業(yè)等級的要求，滿足并通過了國內(nèi)、國際的多種行業(yè)安全標準和認證。 Quantum系統(tǒng)具有配置簡單、接線方便、易于維護、隔離性好，結(jié)構(gòu)堅固，抗腐蝕強，適應(yīng)極其惡劣的工業(yè)環(huán)境。并且Quantum所有部件均可帶電熱插拔，并且平均無故障時間均大于200000小時。圖2：Quantum帶電熱插拔 Quantum 自動化平臺以其卓越性能、全系列、兼容的控制產(chǎn)品為控制需求提供最恰當?shù)慕鉀Q方案。由于它提供的是按系統(tǒng)要求配置的模塊化結(jié)構(gòu)，因此能為中至大型控制系統(tǒng)配置Quantum 自動化平臺，以滿足最高性能的應(yīng)用要求。

5、Quantum 系統(tǒng)集體積小巧和堅固設(shè)計于一體，因而，即使在最惡劣的現(xiàn)場環(huán)境下使用，也能確保其高性價比及可靠的安裝運行。系統(tǒng)安裝配置簡單，適用于各種應(yīng)用場合。 Quantum 自動化平臺在背板尺寸設(shè)計上有重大進展。模塊進深僅有104mm（4英寸），其中包括現(xiàn)場接線。它安裝在156mm （6 英寸）的電子機箱內(nèi)，比傳統(tǒng)控制器節(jié)省50% 的成本?？梢院啽愕匕惭b在工業(yè)標準機箱的底板上或安裝在500mm （19 英寸）的機架中。雖然體積小巧， 圖3：Quantum自動化平臺背板 Quantum 自動化平臺的特點是：基于486、586及Pentium 型處理器，處理器主頻達到了266 MHz，極大地提高

6、掃描速度和系統(tǒng)的應(yīng)用處理的性能。緊密地將各種應(yīng)用控制系統(tǒng)集成在一起，其中包括運動控制、通訊和過程控制。為關(guān)鍵應(yīng)用場合提供冗余電源、I/O 纜接選件及熱備能力，使系統(tǒng)的可靠性最高。關(guān)鍵應(yīng)用場合，通過配置輸出“故障”狀態(tài)以獲取更多的預(yù)置性能。隔離級別高，惡劣電氣環(huán)境下的抗噪聲干擾能力強。高精度模擬量I/O，適用于過程的密切監(jiān)視和控制。高速開關(guān)電路和中斷處理能力使系統(tǒng)性能更好。所有的模板（包括CPU，電源，網(wǎng)絡(luò)通訊，I/O模板）均支持帶電插拔功能（帶電插拔模塊時不影響其它單元的運行），簡化系統(tǒng)維護，提高系統(tǒng)的可用性。一些CPU型號帶有2 個PCMCIA內(nèi)存擴展插槽，用于增加用戶應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)存儲空間

7、。一些CPU有內(nèi)置式Ethernet 端口及獨立通訊協(xié)處理器，提供強大的通訊性能。LCD顯示屏及輸入鍵盤USB 編程口內(nèi)存擴展插槽100M以太網(wǎng)圖4：Unity Quantum CPU模板 Quantum 自動化平臺提供多種形式的解決方案。單機架控制系統(tǒng)最大448個I/O 點，多站點（RIO或者DIO）控制系統(tǒng)可配置網(wǎng)絡(luò)服務(wù)功能，最大64000 個I/O 點。在通訊選件的支持下具有至工廠級和現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的連接性能，支持超過8個工業(yè)標準的網(wǎng)絡(luò)，從Ethernet到各種現(xiàn)場總線Modbus ，Modbus Plus，Profibus-Dp，Interbus等。 圖5：支持的現(xiàn)場總線 Quantum

8、自動化系統(tǒng)平臺使用了先進的Intel 處理器。 Quantum 的邏輯解算時間和I/O 吞吐速率非常之大，足以滿足各種行業(yè)用戶的不同的應(yīng)用處理需求。Quantum應(yīng)用程序的存儲容量可以從2Mb到4Mb, 而一些高檔型號的CPU，其程序和數(shù)據(jù)存儲能力通過PCMCIA 內(nèi)存擴展卡可擴展到7.2Mb和8M。 Quantum 所有型號的CPU 都配有浮點數(shù)學協(xié)處理器芯片，能夠在最佳速度下完成過程運算和數(shù)學計算工作，因此增強了過程控制的完整性和質(zhì)量性，提高了Quantum在處理復(fù)雜過程控制應(yīng)用的速度和能力。 全新的Unity Pro編程軟件的特點：Unity Pro XL編程軟件提供對Quantum全系

9、列平臺的支持。可提供Unity Studio軟件套件，方便用戶設(shè)計分布式系統(tǒng)應(yīng)用?？蛇\行在Windows 2000 Professional或Windows XP環(huán)境下。5種IEC61131標準編程語言：結(jié)構(gòu)化文本(ST)，指令表(IL)，梯形圖(LD)，功能塊圖(FBD) 和順序功能圖(SFC)。具有靈活處理的多任務(wù)軟件結(jié)構(gòu)：主要任務(wù)（MAST），快速任務(wù)（FAST），事件中斷處理（EVENT）。執(zhí)行期間的程序修改（在線修改）。圖6：Unity Pro編程軟件 對大批安裝我們產(chǎn)品的用戶施耐德電氣公司一直鄭重承諾對他們的支持。Quantum自動化平臺為已經(jīng)使用Quantum， 984的用戶提供

10、一個簡單易懂且性價比高的集成途徑。Unity Enhanced指令集允許將任何Concept的程序轉(zhuǎn)換成Unity程序，并能在Quantum CPU上運行。 我們對簡易集成途徑的承諾使得我們可以在保護用戶對于軟硬件及培訓方面投資的同時，降低開發(fā)周期成本。對于Quantum控制器均可獲得已被現(xiàn)場驗證的Ethernet、Modbus和Modbus Plus 通訊網(wǎng)絡(luò)的集成。 當今自動化市場上沒有一款單一控制結(jié)構(gòu)能夠滿足所有的命令要求。某些解決方案提供帶本地I/O 的中央型控制系統(tǒng)；另外一些系統(tǒng)采用裝有遠程I/O 站點的中央控制器；還有一些系統(tǒng)使用許多更小型的分布式I/O 站點，采用對等通訊方式和現(xiàn)

11、場數(shù)據(jù)集成方式進行工作。現(xiàn)在使用Quantum單一I/O 系列產(chǎn)品就能配置所有這些結(jié)構(gòu)。因此適用于過程控制、批處理或分布式控制場合。具有強大功能的Quantum 是唯一能滿足用戶各種需求的自動化平臺。二. Quantum 硬件特點 Unity Quantum CPU全部基于486、586 和Pentium處理器，是一個具有優(yōu)秀品質(zhì)和極高性能的可編程控制器系列產(chǎn)品。本系列產(chǎn)品已應(yīng)用于各種不同的應(yīng)用場合，從簡單離散控制系統(tǒng)到復(fù)雜過程控制應(yīng)用。這些CPU 擁有很多特點，其中包括：出眾的掃描時間和I/O 吞吐量基于時控和I/O 的中斷處理能力（軟中斷和硬件中斷）快速任務(wù)和主要任務(wù)的處理能力（MAST和

12、FAST）通過PCMCIA 卡擴展數(shù)據(jù)和程序的存儲能力（可擴展到8M和7M）內(nèi)置于CPU 內(nèi)的多種通訊接口（Modbus，USB，MB，以太網(wǎng)）有些型號的CPU具有用戶友好診斷和運行LCD顯示 根據(jù)不同的存儲能力，處理速度和通訊選件的需求，可提供不同型號的處理器使用電池將CPU 中的應(yīng)用程序存儲到RAM 中，電池位于模塊的前面板處，與CPU一起工作。運行期間，為了保護應(yīng)用程序不被偶然因素改動，140 CPU 311 10處理器提供一個存儲器保護滑動開關(guān)。其它Quantum CPU使用鑰匙進行保護，還可以使用該鑰匙啟動和停止CPU的運行。在配置方式中可以設(shè)置一個存儲器保護位，用此方法也可以鎖住對

13、程序的任何修改。（通過PC 編程或下載完成）。 某些型號的處理器有2 個用于PCMCIA 內(nèi)存擴展卡的插槽：上部插槽用于接收存儲器擴展卡（存儲程序、符號、常量和/ 或數(shù)據(jù)文件）下部插槽用于接收專用于存儲數(shù)據(jù)文件的存儲器擴展卡 所有型號的CPU 都支持：Modbus RS232口（在某些型號的CPU中可設(shè)置成Modbus RS485）Modbus Plus 網(wǎng)絡(luò)端口根據(jù)不同的型號，Quantum 處理器可附加下列功能：1個10BASE-T/100BASE-TX Ethernet TCP/IP 端口（RJ45 連接）1個USB 型TER 端口（用于連接1個編程端口） 某些型號的CPU 具有LCD

14、顯示功能（2行16個字符的LCD）, 其背景和對比度可調(diào)。通過鍵區(qū)和顯示可對CPU 進行診斷，并可配置某些參數(shù)，并監(jiān)視參數(shù)數(shù)值及執(zhí)行對CPU 的啟動和停止。 Quantum CPU140 CPU 671 60 將會有一個專用協(xié)處理器，并帶有1個100Mb/s 的光纖鏈路，用于管理熱備功能。通過LCD 顯示可以診斷所有熱備的參數(shù)，也可以執(zhí)行系統(tǒng)操作。三. Unity Pro軟件簡介多任務(wù)軟件結(jié)構(gòu)：主(MAST) 任務(wù)主任務(wù)可以周期或循環(huán)地執(zhí)行主程序。它由系統(tǒng)激活。組成主(MAST) 任務(wù)的每個程序段和子例程可以采用梯形圖(LD)，功能塊圖 (FBD)， 結(jié)構(gòu)化文本(ST)，或指令列表(IL) 語

15、言編寫。主(MAST) 任務(wù)的某些程序段可采用順序功能圖(SFC) 或Grafcet 語言編寫?？焖?FAST) 任務(wù)快速任務(wù)的優(yōu)先級高于主(MAST) 任務(wù)，它周期性執(zhí)行，目的是為低優(yōu)先級任務(wù)的執(zhí)行保留時間。當離散輸入中的快速周期性變化需要被監(jiān)視和確認時，應(yīng)使用這一任務(wù)。當快速任務(wù)執(zhí)行時主(MAST) 任務(wù)（優(yōu)先級低）的執(zhí)行被掛起。前者的處理操作應(yīng)盡可能短小以確保不會對主(MAST) 任務(wù)的處理操作產(chǎn)生不利影響。組成快速任務(wù)的每個程序段和子例程可以采用指令列表(IL)，結(jié)構(gòu)化文本(ST)，梯形圖( LD) 或功能塊圖語言( FBD) 編寫。輔助任務(wù)（AUX）輔助任務(wù)可在高端系列140 CPU

16、 651 p0/67160處理器中執(zhí)行。它們主要用于較慢類型的處理操作，例如測量，過程控制， HMI，應(yīng)用診斷操作等。周期性輔助任務(wù)的優(yōu)先級最低，只有在更高優(yōu)先級的周期性任務(wù)(MAST 和FAST) 完成它們的周期之后才可以執(zhí)行。組成輔助任務(wù)的每個程序段和子例程可以采用指令列表(IL)，結(jié)構(gòu)化文本(ST)，梯形圖(LD) 或功能塊圖(FBD) 語言編寫。事件（EVENT）觸發(fā)任務(wù)與上面描述的任務(wù)不同，這些任務(wù)不與周期相關(guān)聯(lián)。這些任務(wù)的執(zhí)行由以下事件異步觸發(fā)：來自某個專用模塊的事件（例如：計數(shù)器閾值超限，離散輸入的狀態(tài)改變）。來自事件計時器的事件。這些任務(wù)擁有比其它所有任務(wù)更高的優(yōu)先級，因此適用

17、于那些需對發(fā)生事件迅速做出反應(yīng)的處理操作。Quantum 平臺有3 個優(yōu)先級（按從高到低的順序分別為模塊事件EVT0、模塊事件EVTi 和定時器事件Timeri）。每個事件觸發(fā)任務(wù)都由一個單獨的程序段組成，它們可采用指令列表(IL) 、結(jié)構(gòu)化文本(ST) 、梯形圖(LD) 、或功能塊圖(FBD) 語言編寫。圖1：MAST、FAST和EVENT任務(wù)為任務(wù)分配I/O 通道每個主(MAST)，快速(FAST) 或事件觸發(fā)任務(wù)讀（在循環(huán)開始時）和寫（循環(huán)結(jié)束時）分配給它的輸入/ 輸出。缺省情況下，這些I/O 分配給主(MAST) 任務(wù)。對于Quantum 平臺，遠程輸入/ 輸出(RIO) 只分配給主(

18、MAST) 任務(wù)（可為每個站點分配對應(yīng)的程序段），而分布式輸入/輸出(DIO) 都分配給主(MAST) 任務(wù)（不分配到這個MAST 任務(wù)的單個程序段）。對于事件觸發(fā)任務(wù)，除了與事件相關(guān)的I/O, 還可以為它們分配其它I/O 通道。之后就可以在處理開始時為輸入和在處理結(jié)束時為輸出隱含執(zhí)行數(shù)據(jù)交換。五種IEC 語言在Unity Pro 中可以采用5 種IEC61131標準文本或圖形語言為Quantum 自動化平臺編程。3 種圖形語言為：梯形圖語言(LD)。功能塊圖語言(FBD)。順序功能圖(SFC) 或Grafcet。2 種文本語言為：結(jié)構(gòu)化文本語言(ST)。指令列表語言(IL)。對于這5 種語言

19、，如果用戶采用與IEC 標準61131-3 兼容的基本指令集，則其創(chuàng)建的應(yīng)用可跨平臺傳送。Unity Pro 還為這些指令集提供了擴展指令。這些指令為Quantum PLC所專有，可用來開發(fā)更復(fù)雜的應(yīng)用，因此可最大程度地發(fā)揮這些平臺專用特性的潛能。四. 雙機熱備冗余系統(tǒng)介紹 雙機熱備系統(tǒng)與Unity Pro 軟件相兼容，并通過Quantum CPU提供關(guān)鍵過程應(yīng)用所需要的高度可用性。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的中心部分是兩個Quantum PLC 機架，即通常意義下的“主機”和“備機”。它們的硬件配置必須相同( 每個本地機架上安裝的模塊必須一致)。每個機架配置的核心部件是140 CPU 67160 處理器，專

20、門設(shè)計用于Unity Pro 軟件下的雙機熱備架構(gòu)。該處理器是一個雙槽模塊，同時包含中央處理單元和一個冗余協(xié)處理器?！爸鳌?PLC 執(zhí)行應(yīng)用程序并且控制輸入輸出(I/O)?！皞洹?PLC駐留在后臺，必要的時候取代“主”PLC?！皞錂C”和“主機”之間通過一個集成在CPU 當中的高速光纖鏈路(100Mbps)相連接。熱備系統(tǒng)主/從CPU冗余RIO網(wǎng)絡(luò)熱備同步100M光纖圖1：Quantum熱備系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意 此光纖鏈路(62.5/125 多模光纖) 可以擴展2公里遠，中間無需任何附件設(shè)備?！皞溆谩?PLC 當中的用戶應(yīng)用程序數(shù)據(jù)正是通過此光纖鏈路被周期性地更新。 在“主” PLC 意外發(fā)生故障時，備

21、用系統(tǒng)自動切換，由“備用” PLC使用最新的數(shù)據(jù)內(nèi)容執(zhí)行應(yīng)用程序并更新I/O。一旦系統(tǒng)發(fā)生切換，“備用”PLC 就將變?yōu)?“主” PLC。在發(fā)生故障的PLC 修復(fù)并重新連接到系統(tǒng)當中時，它將承擔“備用” PLC 的角色。 使用Unity Pro軟件的雙機熱備系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)主備機之間平穩(wěn)、無縫的切換。切換對于過程而言是透明的，系統(tǒng)對過程的監(jiān)控不會中斷，并且不會因為發(fā)生硬件故障而受到不利影響。使用Unity Pro 的雙機熱備系統(tǒng)因此能夠減少停機時間，從而提高生產(chǎn)效率。 對于敏感性過程，I/O 控制的切換時間應(yīng)當在PLC掃描周期的范圍之內(nèi)，因此缺省情況下應(yīng)當選擇基于RIO 的系統(tǒng)架構(gòu)。這些包含了Qu

22、antum 模塊的I/O 站點在Unity Pro 軟件編程環(huán)境中進行配置。I/O 的掃描和CPU的掃描時間是同步的。一個系統(tǒng)分離器(MA 0186 100) 用于在RIO 站點和”主“、“備”PLC之間交換數(shù)據(jù)。RI/O 系統(tǒng)的可用性可通過使用冗余電纜系統(tǒng)加強。RIO I/O 站點也可通過使用光收發(fā)器組成(冗余) 光纖環(huán)網(wǎng)。 在對時間不是非常敏感的應(yīng)用當中，從I/O 控制的延時角度考慮，可以采用一個混合的系統(tǒng)架構(gòu)，即設(shè)備既可以分布在RIO 類型的I/O 站點上，也可以分布在TCP/IP Ethernet上。 從操作角度看，從設(shè)備(PLC 模塊，HMI等)，以及Modbus TCP 主設(shè)備（M

23、omentum I/O 端子，Advantys STB I/O島，ATV 變頻器等）因此能夠共存于同一個Ethernet TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)當中。 考慮主從類型的數(shù)據(jù)交換，在PLC模塊和設(shè)備之間使用Modbus TCP 協(xié)議進行通信，I/O Scanning 機制是理想的選擇。通過配置，I/O Scanning 可用于定義多達128個周期性的讀或?qū)懡粨Q，通過字表，實現(xiàn)與目標設(shè)備的數(shù)據(jù)通信。I/O Scanning機制是一個可選的標準功能，可在Quntum 140 NOE 771 01 和140 NOE 771 11以太網(wǎng)模塊上獲得。這個功能在使用Unity Pro的雙機熱備架構(gòu)中同樣能夠使用。 考慮到在PLC模塊和分布式設(shè)備之間連接采用的Ethernet網(wǎng)絡(luò)拓撲元素，交換機要優(yōu)于集線器。采用的網(wǎng)絡(luò)拓撲類型可以是總線型或者環(huán)型，同軸電纜或光纖，須視具體情況而定。五