自定义功能块在2oo4/QMR系统上的应用

2020-05-09

天津化工 2020年2期

（天津渤海石化有限公司，天津300452）

近几十年来，多起化工事故原因由计算机失效造成，引起环境污染、人员伤亡和设备损坏。这些信息引起国家和公众对建立安全工业流程的重视[1]，为此，IEC新的安全按国际标准：IEC 61508/61511也已经由工业组织合作制定完成。各大PLC厂家推出各种安全系统结构，最常用的为以下五种：1oo1单通道系统、1oo2双通道系统、1oo1D双通道系统、2oo3三通道系统、2oo4/QMR系统。本文结合公司所用HIMA系统ELOP II软件自带的自定义功能块，对2oo4/QMR系统如何从软件上应用进行描述，为大家提供参考。

1 HIMA系统四重化结构

HIMA的51q系统为CPU四重化结构（QMR），四个微处理器由2块同样的CU模件构成冗余的中央控制单元。采用双1oo2D结构，即2oo4D结构能为用户提供最大的实用性（可用性），其容错功能使得系统中任何一个部件发生故障，均不影响系统的正常运行[2]。模块化H51q系统：16个机架/主机架 16个模块/机架，上下两个机笼互为冗余机笼。CU模块通过I/O BUS(1)与I/O BUS(2)网络与卡件通讯，CU之间通过DPR网络通讯实现冗余，从而实现1∶1卡件冗余和点冗余。本质故障安全型PES原理框图见图1，机笼冗余对应关系见图2。

图1 PES原理框图

图2 机笼冗余图

2 自定义功能块的功能分析

功能块由时间输入、事件输出、数据输入、数据输出、内部数据以及对这些参数进行操作的算法组成。自定义功能块以满足实现功能为原则，能够在不同程序中被调用。因此，自定义功能块依据控制要求及输入输出信号特征进行设计。F3236是16通道数字量输入卡件，依据控制要求，需将互为冗余的两路输入信号合并为一路信号参与内部控制运算，并且当输入信号故障时能提供报警。经过分析，自定义功能块实现上述控制工艺，需要具备能够接收F3236卡件32路DI信号的输入引脚，输出引脚包括16路信号输出和1路信号故障报警输出，由此可得自定义功能块的输入接口变量与输出接口变量见图3，red.ERR是信号故障输出报警。

图3 输入输出引脚

3 信号输入算法设计

3.1 接口变量创建

打开编程软件ELOP II，在组态窗口左侧右击所建工程选择New－Library,建立用户自定义库，新建库光标会在库文件名的位置闪烁，可以修改库文件名。右击新建库选择New－Function Block Type(FBD),生成新的程序（instance）。双击新建程序打开编程页面，在页面下方变量第一编辑器VAR INPUT、VAR OUTPUT标签中分别建立引脚变量，并在Declaration中定义变量类型，见图4。

3.2 逻辑算法设计

功能块编程采用类似于数字逻辑门电路的图形符号，使用方便，逻辑直观，有与梯形图中触点和线圈等价的指令。在组态窗口左侧中，打开标准库（StandardLibs）中的 IEC6131-3，可以看到 Bitstr库，见图5。

图4 引脚变量定义

图5 基本库功能块

根据控制要求，按住鼠标左键将所需基本功能块从库中拖到逻辑编辑区域，在变量列表中，用鼠标左键将调用变量拖到逻辑编辑区域，将变量与功能块引脚相连。逻辑内部算法如图，用OR功能块实现两路信号合为一路信号，使用函数功能块判断信号是否出现故障，并将报警信号输出，见图6。编辑完成后编译保存。

图6 功能块内部逻辑

4 自定义功能块的验证

在主程序中，对自定义功能块调用，见图7，功能块左侧引脚是冗余卡件通道信号，右侧是合并后信号和信号故障报警。冗余卡件的32个I/O信号判别逻辑、故障报警等信息都在一个功能块中实现。红色代表信号接通，蓝色代表信号未接通，red.ERR输出为TRUE时代表输入信号正常状态，当输出为FALSE时代表信号输入错误。