PLC在管道公司SCADA系统应用中，目前站场主要有Schneider、Allen-Bradley、ABB等冗余架构平台。应用的PLC模块类别包括主机部分和IO部分，其中主机部分包括机架（或背板）、CPU模块、电源模块和通信模块；IO部分包括模拟量输入模块、模拟量输出模块、开关量输入模块、开关量输出模块等。
基于现场应用情况，主要以Schneider Quantum 67160热备冗余架构为对象，进行诊断技术研究和应用，以提升系统对硬件平台的预防性维护水平。
一、冗余组成与功能
当前Quantum系统主要应用平台为施耐德Quantum（67160）热备冗余架构，以此为研究对象，进行系统架构状态信息采集技术研究，包括系统拓扑信息、核心关键信息、I/O模块状态信息等。
Quantum热备系统通过冗余提高可靠性,热备系统由两种相同的配置组成： CPU（67160）、电源模块、RIO 主站及远程站、其他模块(如NOE以太网模块)等，冗余架构示意图如图1所示。一个140 CPU 67160 作为主控制器，另一个140 CPU 67160 作为备用控制器，主备系统之间由Copro 处理器进行通信传送，在每个扫描周期后主控制器都要对备用控制器进行更新。
1A 主控制器的 CPU 1B 备用控制器的 CPU 2A+2B Quantum RIO 主站模块 3A+3B 主电源和备用电源
4 同轴电缆 5 自端接F适配器 6分离器 7分支器 8带干缆终端器的分支器 9 CPU 同步光纤链路10 S908 RIO 子站
图1 Quantum系统常用冗余架构示意图
主控制器和备用控制器经常通信，对整个系统的健康状况进行监控。如果主控制器故障，备用控制器会在一个扫描周期内代替主控制器起控制作用。在每个扫描周期后主控制器都要对备用控制器进行更新，冗余系统功能原理图如图2所示。
图2 Quantum热备冗余功能原理图
当两台控制器正常运行时，通过Copro处理器进行通信，实现冗余功能，但备用控制器在运行中不执行全部的应用程序，只执行应用程序的第一部分代码段。不控制RIO 模块，只检验热备系统的可用性。主控制器也无法读取备用控制器的完好状态。
二、冗余诊断技术研究
Quantum热备冗余系统，其系统信息存储于系统内存区（%S、%SW），Quantum PLC 使用的 %Si 系统位用来显示 PLC 状态，它们也可以用来控制 PLC 的操作。可以在用户程序中测试这些系统位，以便于对需要用到一套处理程序的功能开发进行检测。程序在使用某些系统位的时候，必须把它们置为初始值，或者正常状态。但是，那些被系统置为初始值或者正常状态的系统位，则不能用程序或者终端复位。
Quantum Hot Standby 通过将其备用 PLC 和关联模块保持在可以快速采用运行主控制器操作模式的状态来提供冗余。这表示备用 PLC 必须具有对主 PLC 上的 I/O 和数据状态进行镜像所需的所有信息，且这些信息必须定期更新。对于 Ouantum Hot Standby 系统，收集的信息称为“数据库”，此数据库的定期交换称为“数据库传输”。就在主 PLC 完成读取输入值后，它会将数据库传输给其 Copro，该 Copro 进而通过CPU 同步链路将数据库传输给备用PLC Copro。然后，备用 PLC 根据需要应用数据库中的信息。
从主 PLC 循环传输到备用 PLC（通过 Copro 和 CPU 同步链路）的数据库包括系统数据和用户应用程序数据以及 I/O。在这两种情况下，其中某些数据是定位数据（可寻址），而另一些是非定位数据。
程序在备用系统中运行原理为备用控制器不执行全部的应用程序，只执行应用程序的第一部分代码段。所以，在进行备用控制器进行状态采集和监视时，需要将这部分代码放到程序的第一部分代码段，同时，将执行的结果传输到PLC定义的非传输区，这样才可获得完整的备用控制器单元完整信息。
对热备冗余系统信息分析和应用，主要包含系统关键信息、RIO远程信息、系统状态信息、通讯状态信息、热备冗余信息、I/O模块信息等6个分类组成信息诊断，实现对系统冗余平台关键参数的采集和分析应用。通过对系统内部信息的处理，实现在线SCADA系统诊断和预警功能。具体研究和应用内容如图3所示。
图3 系统平台关键信息应用示意图
通过对该系统平台的硬件配置情况进行梳理，结合其功能原理，提取其各关键模块的内部信息，利用上位软件进行画面组态，将各站库PLC系统的状态在控制系统上位机进行显示与报警，提供巡检和检维修人员关键信息和预警状态。
三、冗余诊断技术实现
在目前SCADA系统运行平台基础上，进行进一步功能扩展，主要包括对下位机信息分析和采集、上位机状态显示和状态预警等部分，下位机在Unity Pro下进行组态，上位机在wonderware Intouch进行上位HMI开发，功能整体集成到站控PLC，作为安全诊断信息功能模块同步运行，实时采集与监测关键信息与状态。
通过开发与应用，充分利用了目前的SCADA系统平台资源，在对Quantum系统进行功能深度应用及开发的基础上，面向抢维修技术人员以及站控操作人员，以直观有效的方式显示了系统实时运行核心状态、健康状态，不仅提高了巡检的有效率和效率，降低了系统认知的难度水平，同时也为故障排查与处理，应急处置提供了有效支持。
四、结论
通过测试与实际应用，与站控SCADA系统互为补充，完善了SCADA系统功能整体性和安全性。为抢维修与巡检提供了有效手段与方法，借助生产网络的延生，为站控巡检、抢维修应急管理、生产后台监控等提供了数据信息支撑。
随着SCADA技术的和工业互联网的发展，各平台和模块也在朝着智能化、集成化、功能化的方面发展，各种自诊断功能也在不断完善。在进行系统功能组态和开发中，如果能充分利用这些关键信息，结合到PLC功能组态和开发中，可大大提升系统对故障以及特殊情况的容错能力，从而提高SCADA系统整体的功能安全性，同时自诊断信息的应用，也为巡检、抢维修提供了有力支撑，是提升SCADA系统智能化水平的有效技术手段。
