在工业自动化系统中，断电保持与继续功能是确保设备安全、数据完整性和生产连续性的关键技术。以下从功能原理、实现方式、应用场景及优化策略四个方面展开讨论：
一、功能定义与核心需求
断电保持功能
数据不丢失：确保工艺参数、报警记录等关键信息在断电后仍可追溯。
状态可恢复：设备（如电机、阀门）在断电前处于运行状态时，供电恢复后能自动继续运行。
安全优先：避免因断电导致设备失控（如机械臂坠落、高温设备干烧）。
定义：在系统突发断电时，自动保存关键数据（如设备状态、工艺参数、生产计数等），并在供电恢复后维持断电前的运行状态。
核心需求：
断电继续功能
快速响应：缩短断电恢复时间（通常要求<10秒），减少生产中断。
无缝衔接：恢复后工艺参数与断电前一致，避免产品批次差异。
故障隔离：区分短暂断电与永久故障，避免频繁重启导致设备损耗。
定义：在短暂断电（如几秒至几分钟）后，系统自动恢复运行，无需人工干预。
核心需求：
二、技术实现方式
1. 硬件层支持
超级电容/UPS（不间断电源）
超级电容容量：根据负载功率和所需保持时间计算（如100W负载需1000F电容支持10秒）。
充电电路：采用恒流充电，避免过充损坏电容。
短暂断电（如电网波动）时维持系统运行，完成数据保存和安全停机。
配合PLC的“断电保持”寄存器（如欧姆龙CP1H的DM6650-DM6657），实现数据持久化。
原理：在断电瞬间由超级电容或蓄电池供电，为PLC、HMI等关键设备提供短时电力（通常支持30秒至数小时）。
应用场景：
参数配置：
断电检测电路
当电压下降时，比较器输出信号变化，PLC通过输入点检测到断电事件。
原理：通过电压比较器监测电源电压，当电压低于阈值（如额定电压的80%）时触发中断，通知PLC执行保存逻辑。
电路设计：
circuit+24V → R1 → |¬| → PLC输入点R2 → GND
2. 软件层实现
PLC程序逻辑
通过PLC的“运行模式”标志位（如M8000）判断断电前状态，结合定时器实现延时启动。
示例场景：
断电前电机运行 → 恢复后自动启动（需确认安全条件，如门锁闭合）。
断电前处于待机状态 → 恢复后保持待机。
使用PLC的“保持继电器”（如欧姆龙CP1E的HR区）或“断电保持寄存器”（DM区），在程序初始化时将关键数据（如设定温度、生产计数）从普通区复制到保持区。
示例代码（欧姆龙梯形图）：
ladder
// 初始化时将普通寄存器D0的值复制到保持寄存器HR0 LD SM0.0 // 常ON触点（初始化条件） MOV D0 HR0 // 数据复制 // 断电恢复后从HR0恢复数据到D0 LD SM0.1 // 首次扫描触点（断电恢复后触发一次） MOV HR0 D0 断电保持数据存储：
断电继续逻辑：
HMI数据同步
启用HMI的“断电保持”功能（如威纶通MT8000系列的“系统设置”→“断电保持”）。
设置数据同步周期（如每1秒同步一次），平衡实时性与负载。
原理：HMI通过通信协议（如Modbus）与PLC同步数据，断电时HMI本地存储关键参数（如配方数据），恢复后自动下载到PLC。
配置要点：
3. 通信层保障
工业以太网冗余
原理：采用双环网或双链路设计（如PROFINET的MRP环网），单链路故障时自动切换，确保通信不断。
切换时间：通常<100ms，满足大多数控制需求。
Modbus TCP保持寄存器
原理：将关键数据映射到Modbus的保持寄存器（地址40001-49999），断电后数据仍保留在设备中。
配置示例：
modbus// 读取保持寄存器40001的值Function Code: 03 (Read Holding Registers)Starting Address: 0000 (40001的偏移量)Quantity: 0001 (读取1个寄存器)
三、典型应用场景
化工反应釜控制
需求：断电时需保持温度、压力参数，恢复后继续反应。
方案：
硬件：UPS供电+温度传感器（PT100）带断电保持功能。
软件：PLC程序记录断电前加热阶段，恢复后从该阶段继续执行。
安全：断电时自动关闭进料阀，恢复后需人工确认阀门状态。
自动化生产线
使用PLC的“计数器保持”功能（如欧姆龙CP1H的CNT指令配合HR区）。
HMI显示断电前最后10条生产记录（通过历史趋势图展示）。
需求：断电时保存产品计数和工艺参数，恢复后无缝衔接。
方案：
硬件：超级电容为PLC和HMI供电（支持30秒）。
软件：
通信：采用PROFINET冗余环网，确保数据同步。
电梯控制系统
记录断电前运行方向（上升/下降）和目标楼层。
恢复后以低速（0.1m/s）运行至最近楼层开门。
需求：断电时保持楼层位置和运行方向，恢复后安全平层。
方案：
硬件：编码器反馈位置信号至PLC，断电时由超级电容供电维持编码器计数。
软件：
安全：断电时触发机械制动，恢复后需检测制动器状态。
四、优化策略与注意事项
数据一致性保障
问题：断电时PLC与HMI数据可能不同步（如HMI未及时写入PLC）。
解决：
采用“写优先”策略：HMI数据修改后立即写入PLC，并等待PLC确认。
增加校验机制：如CRC校验或数据比对，确保同步成功。
断电恢复后的安全验证
问题：设备状态可能因断电改变（如气缸卡滞、阀门泄漏）。
解决：
恢复后执行自检程序（如检测气缸位置、阀门开度）。
关键设备（如机械臂）需人工确认安全后才能继续运行。
断电日志记录
目的：追溯断电原因（如电网故障、设备过载）。
实现：
PLC记录断电时间、持续时间、恢复时间至保持寄存器。
HMI通过历史报表展示断电事件（如时间轴+事件类型）。
测试与验证
测试方法：
模拟断电：通过切断PLC电源或使用断电测试仪（如Fluke 87V）。
观察系统行为：数据是否保存、设备是否安全停机、恢复后是否继续运行。
验证标准：
数据保存成功率≥99.9%。
恢复时间<5秒（短暂断电场景）。
安全功能100%触发（如断电时机械制动生效）。
