四个主流品牌PLC冗余与方案介绍

1、四种常见品牌冗余PLC 方案介绍下面介绍四种经常使用的PLC冗余方案：西门子S7-300(400) 软冗余与 S7-400H 硬冗余、施耐德Quantum 硬冗余、罗克韦尔的 ControlLogix 硬冗余和 SLC500软冗余（目前快要停产） 、ABB 的 AC800M 硬冗余方案。1 西门子冗余方案1.1 西门子 S7-300/400软冗余方案：软冗余方案是实现冗余功能的一种低成本解决方案，可以应用于对主备系统切换时间要求不高的控制系统中。其软件、硬件包括：1套STEP7编程软件（ V5.4）加软冗余软件包 (V1.2)；2套PLC控制器及 I/O 模块，可以是 S7-300 或S7-4

2、00 系统；3条通讯链路，主系统与从站通讯链路（PROFIBUS 1）、备用系统与从站通讯链路（ PROFIBUS 2）、主系统与备用系统的数据同步通讯链路（ MPI 或 PROFIBUS 或 Ethernet ）；若干个 ET200M从站，每个从站包括 2个IM153-2 接口模块和若干个I/O 模块；除此之外，还需要一些相关的附件，用于编程和上位机监控的PC-Adapter（连接在计算机串口） 或CP5611（插在主板上的 PCI槽上）或CP5511（插在笔记本的 PCMIA槽里）、 PROFIBUS电缆、 PROFIBUS总线链接器等就可以组成一套完整的软冗余系统。在软冗余系统进行工作时

3、，A、B控制系统（处理器，通讯、 I/O ）专业资料独立运行，由主系统的 PLC掌握对 ET200从站中的 I/O 控制权。 A、B系统中的 PLC程序由非冗余用户程序段和冗余用户程序段组成，主系统PLC执行全部的用户程序，备用系统PLC只执行非冗余用户程序段，而跳过冗余用户程序段。A路与 B路CPU的程序需在 OB1或OB35里调用 FB 101 SWR_ZYK功能块， FB101块中封装了冗余功能的程序段，实现冗余功能。调用FB101时，你可以在线地读出 RETURN_VAL参数的数值 ,如果为 0，说明冗余链接正常。在 OB100里调用 FC100 SWR_START块进行软冗余的初始化

4、，用户需要在其中定义冗余部分的数据区，该数据区可以包括：一个过程映象区，一个定时器区，一个计数器区，一个位地址区和一个数据块区， S7-300 同步的最大数据量为 8 kBytes，S7-400 同步的最大数据量 64kBytes。在 OB86里调用 FC102 SWR_DIAG块进行软冗余的诊断，导致主从站通讯出错时CPU不会发生停机。下载程序时 A路与 B路程序必须分别下载，下载完成后当 CPU的 RUN 指示灯亮 和仅一 个 ET200M模块的 ACT指示灯 亮，而 CPU和ET200M模块无 SF或BUSF灯闪烁，即代表该软冗余系统已正常工作。1.2 西门子 S7-400H 硬冗余系统

5、方案：该方案采用西门子 S7400H冗余的 PLC控制系统， S7-400H 系列PLC是西门子公司专为高端应用场合设计的冗余系统，采用双机热备的硬件冗余机制，其工作电源、通信网络设备、CPU、操作站均为冗余设置，一旦主系统发生故障，能够自动无缝切换到热备用系统，实现平稳的 Master Reserve转换，使整个系统可以容错运行从而避专业资料免了传统的单机系统因故障停机而造成损失，大大增强了系统的稳定性和可靠性。S7-400H 是容错自动化系统，只有在其它措施配合下控制安全相关过程时才需要使用。 S7-400H 的容错性是通过两个并行的中央控制器实现的， 它们的 CPU通过光纤连接， 并通过

6、冗余的 PROFIBUS-DP 线路对冗余 I/O 进行控制。每个 CPU 需要两个同步模块，通过光缆成对连接。两个冗余的 S7-400H CPU 之间的通讯使用同步模块。在发生错误时，将会出现一个无扰动的控制传输， 即未受影响的热备设备将在中断处继续执行而不丢失任何信息。标准 S7-400 系统的设计和编程规则也适用于 S7-400H 。就用户程序的执行而言， S7-400H 的运行方式与标准系统完全相同。操作系统的集成同步功能会自动在后台执行， 无需在用户程序中组态这些功能。在冗余操作中，用户程序会在两个 CPU 上冗余地存储并由事件驱动同步执行。 但我们提供了多个用来优化程序的块， 用以

7、改善其对因更新等操作而导致的任何周期延长情况的响应。除 S7-400 和S7-400H 系统中支持的块外， S7-400H 软件还另外提供了可用来影响冗余功能的块。通过 STEP 7在用户程序中使用 SFC 51“RDSYSST”执行该查询。使用OB 70- I/O 冗余错误与 OB 72-CPU冗余错误等组织块来响应 S7-400H 的冗余错误。可以使用 SFC 90 H_CTRL禁止主站 CPU 上的链接、禁止主站 CPU 上的更新和删除、恢复或立即启动周期性自检的测试组件三种方式影响容错系统。下载用户程序至 CPU0，将 CPU0 的模式选择器开关设为 RUN，专业资料然后再设置 CPU

8、1 上开关，以启动 S7-400H 自动化系统。 CPU 执行暖启动，并调用 OB 100。结果 CPU0 作为主 CPU 启动， CPU1 作为备用CPU 启动。 链接并更新备用 CPU后，S7-400H 处于冗余模式并执行用户程序。当CPU0与CPU1的RUN指示灯亮， INTF、EXTF、 BUSF1和BUSF2 、IFM1F 、IFM2F和REDF指示灯都熄灭后， S7-400H 冗余系统已正常工作。2 施耐德的Quantum硬冗余方案施耐德 Quantum 硬冗余系统（ Modicon Quantum 热备系统）需要在两个底板上配有相同的硬件、 软件和固件。其中一个控制器 (PLC)

9、 作为主控制器， 另一个控制器作为备用控制器。 在每个扫描周期后主控制器都要对备用控制器进行更新。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。 主控制器执行应用程序，控制 RIO，在每次扫描（程序周期）之后更新备用控制器。如果主控制器故障，备用控制器在一个扫描周期内将起控制作用。Modicon Quantum 热备系统是由 Concept 软件、配备热备套件、电源和远程 I/O(RIO)等组成。经济型热备套件 140由两只 CPU、两只电源、两只热备模块 140 CHS 11000组成。在热备控制站 A和B上

10、可以配备一套经济型热备套件和各配一只 RIO通讯模块 140 CRP 93200，在远程站配备了 RIO适配器 140 CRA 93200，外加电缆与分离器的连接可组成一套经济型的热备系统。专业资料原先的 Modicon Quantum 控制器使用 Concept 软件，最多能传送应用数据约 128Kb，包括已定位数据 (在状态 RAM中)和非定位数据。为传送非定位数据， 系统必须使用状态 RAM中一部分 3x区域。施耐德电气选择这种方法是为了与现有的CHS 选项模块 (140 CHS 11000)相兼容。因此，有必要进行折衷：非定位数据越多，状态RAM就越少，反之亦然。在Concept 软件

11、中，CPU的“Configuration Extension ”在984“Hot Standby ”选项选择后并确认。下载程序至一路 PLC，下载完成后可按住另一路的热备模块140 CHS 11000上的 Update 按钮后完成程序自动传送。当除了“READY”、Com“ Act ”和RUN“”指示灯亮并不闪烁等，通过试验正常可得出该热备系统已正常工作。现在的 Modicon Quantum 控制器使用 Unity软件， CPU使用高端型自带冗余功能的 140CPU67160，具体组态方法不再做详细介绍。3 罗克韦尔冗余方案3.1 罗克韦尔的ControlLogix硬冗余方案：Control

12、Logix 冗余系统硬件结构由两个完全一样的控制器框架组成，每个 ControlLogix 冗余系统框架中控制器模块、 通信模块和 SRM模块。两个框架尺寸完全相同， 模块一模一样，插放位置也一模一样，控制器中的程序也一模一样。两个控制器框架之间， 完全靠系统冗余模块 SRM 来完成同步和数据的交换。进入同步状态的主机控制器，自动地传送备份数据到辅机控制器，这些数据无须用户挑选和编程，只要在主机控制器中被程序运行时刷新过的数据， 都会通过交叉装载专业资料传送到辅机控制器，传送的数据量可以非常大。控制器通过与 SRM 的连接，得知自己是主机控制器还是辅机控制器， 从而决定是传送数据还是接收数据。

13、这些完全不需要用户的介入，系统自动获取、自动判断、自动传送。 两个控制器的同步运行和大量数据的复制，使得输出得到无扰切换。在成对的冗余框架中， 首先上电的框架成为主机框架， 后上电的框架作为辅机框架， 并建立与主机控制器的同步。 当出现主机控制器所在框架掉电、 拔插主机框架上的任何模块、 控制器程序发生主要故障、断开 CNBR 模块上的 ControlNet 分接器或电缆等情况都会发生冗余切换。冗余系统中，主控制器框架和从控制器框架上各个模块的版本必须严格一致，并到达到要求的版本号，否则无法正常工作。当版本不一致时，在通讯软件 RSLinx 中可能无法看到从控制器框架上的处理器，同时，从控制器

14、框架的处理器状态指示灯 (OK 灯)变为红色长亮。因此，一般系统在第一次上电时，需要进行固件升级。升级工作需要使用 Rockwell 的固件升级软 ControlFLASH，。升级完毕后，主从控制器框架都重新上电，使用 RSLogix5000 将程序下载到主处理器中，然通过切换将程序自动备份至从处理器，最后通过软件 RSNetWorx for ControlNet 对网络进行规划。检查处理器 RUN、I/O 、RS232、OK指示灯绿色稳定和 BAT 指示灯灭，通过试验正常可得出该热备系统已正常工作。3.2 罗克韦尔的SLC500 软冗余方案：专业资料SLC的冗余可以采用两个CPU 机架，通过

15、 HSSL链路连接各自的1747-BSN 冗余远程 IO 模块，并挂接 RIO 链路即可。其作用如下：主 CPU 控制远程 IO，后备处理器也接收同样的实时控制数据，数据同步通过 HSSL实现，以便后备处理器按实时数据不断更新，当主处理器出现故障时， 系统自动切换到后备处理器以接管控制， 从而为用户提供事实上不中断的运行功能。SLC500 软冗余系统的主从机架完全相同，每个机架上安装有一个 CPU 和一个 BSN 模块，其中一对配对的 BSN 与远程 IO 上的 1747-ASB 远程 I/O 适配器模块实现冗余的 RIO 数据通讯。一个冗余 SLC500 系统最多支持 8 对 BSN 模块，

16、亦即最多可接 8 个 RIO 通讯链路，每个 RIO 链最多 1024 点 I/O ，因此一个 SLC500冗余系统最多可有 8192 点 I/O 。SLC500 的热备系统由 1747-BSN 构成，可以在 Remote I/O 、DH+和 RS-232/485 网络进行系统数据的备份。 当在 Remote I/O 网络上进行热备的时候， 1747-BSN 具有和 1747-SN 模块完全相同的功能， 只是在远程扫描器的基础上增加了数据备份的能力。系统中，一个 1747-BSN 模块处于主系统框架中，另外一个1747-BSN 模块处于备用系统框架中，都通过RIO 链路与远程框架的1747-A

17、SB 模块相连。在热备系统中，主系统框架和备用系统框架中都不插 I/O 模块。在系统运行时，主系统中的控制器通过背板将数据传递到本地框架的BSN 模块中，然后主系统中的BSN 模块通过 HSSL链路将数据传递到备用系统中的BSN 模块中。在备用系统框架中，BSN 模块再将接受到的数据通过背板传递到备用系统的控制器中，数专业资料据就是以这样的方式完成在热备系统中的备份。当主系统发生故障的时候， 热备系统进行切换， 以使备用系统中的控制器接管主系统的控制器来控制远程框架的模块运行。这个切换的速度是很快的（一般在50ms 之内便完成切换），以致于在主系统发生故障的时候， 处于远程框架的输出还没有发生

18、变化，备用系统已经代替出现故障的主系统运行了。SLC500 软冗余系统的主处理器框架在电源故障或掉电、处理器主要故障、 BSN 模块故障（包括 RIO 链的通讯超时）、处理器没有处于 RUN 运行状态情况下会发生主从的切换。通常主从切换的时间在50ms1 个完整的程序扫描时间，假如主处理器的DH+ 地址为 N,则从机为N+1 ，当发生主从切换时，处理器会发生地址的交换,这样我们在编程软件上始终访问的逻辑上的主处理器。处理器之间的数据同步靠同步子程序来实现，主处理器把需要同步的信息传送到BSN 的数据交换区，从处理器则从该交换区读取这些数据。使用 RSLogix5000 将程序下载到两个处理器中

19、，注意 1747-BSN 和 1747-ASB 的 DIP 开关拔码必须与程序中的组态和 I/O 位置一致。当 1747-BSN 模块的 PRI（只有一个站亮代表主站）、 SEC（只有一个站亮代表从站）、 RIO 绿色稳定、 HSSL绿色闪烁、 ERR与 FLT 都熄灭和 1747-ASB 模块的 COMM 亮、FAULT熄灭、状态显示 RUN 后，代表 RIO 链路正常通讯。在 RIO 正常通讯后，处理器 RUN 亮稳定、HSSL绿色闪烁、FLT与 BATT都熄灭、DH+ 或 RS232亮稳定后即 SLC500软冗余系统已正常工作。专业资料4 ABB的 AC800M硬冗余方案AC800M 控

20、制器是导轨安装式的模块化控制器家族，模块包括CPU、通讯模块、电源模块及附件。 CPU 模块以内存不同，是否支持冗余分成几类。每个 CPU 上有两个以太网口用于连接操作站，工程师站管理站或高级应用。 两个以太网口可设置为冗余， 用于提高系统可利用率。控制器配置了两个 RS232 口，调试工具或与外部设备或系统进行通信。ABB 的 AC800M 硬冗余配置是采用两个AC800M 冗余CPUPM861AK02，两个冗余的 CPU 通过专用的电缆 .CEX与 RCU 链路来同步数据。 CEX电缆 TK850 连接两个 CPU 使得它们在同一个高速数据总线上 , RCU电缆 TK851 连接两个 CP

21、U 进行冗余数据和信息交换。每个 CPU的 TX/RX 光纤接口通过双塑料光纤TK811连接至各自的模块总线光纤接收器TB840A 的接口，在 TB840A 后面挂接 I/O 模块。对控制的冗余组态分两步：在控制器上设定IP 地址以及冗余地址获取规则；在编程软件CCB5.0 程序里面设置为冗余控制器，并指定 CN2 的 IP 地址。通过 ABB 提供的 ipconfig 程序可以很方便的设定控制器的 IP 地址。通过 ipconfig 程序完成冗余控制器的设定，同时在 CCB5.0里设置为 add redundant unit 。通过 CCB5.0 软件在程序中Access Variables

22、 里建变量，将name 和 path 对应起来就可以了将要这些变量在切换后不会丢失。下载用户程序至主CPU，按下主CPU的 INIT 按钮，就能自动将程序备份至从CPU。当处理器的 F 指示灯熄灭、 R & P& B 三个绿色指示灯亮、 TX & RX专业资料黄色指示灯亮、仅一只处理器的PRIM 亮、两只处理器DUAL 黄色指示灯亮，表明该系统已正常工作。5 结语上述介绍的四种类型的PLC 组成的冗余系统是国内目前应用比较广泛且成熟的冗余方案。 具体可以采用电源冗余、 处理器冗余、 I/O冗余、通讯冗余模块根据相应的PLC 组态要求构成1 套完整的 PLC冗余控制系统。参考文献： 1 SIEM

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24、allation Guide 840 USE 106 00 Version 4.0 Schneider Electric Co.,Ltd, 2003 7 施耐德电气 Modicon Quantum Unity 热备系统用户手册 施耐德电气 (中国 )有限公司， 2005 8 施耐德电气 Concept 2.6 用户手册施耐德电气 (中国 )有限公司， 2005 9 Rockwell Automation 公司 ControlLogix 冗余系统用户手册 Rockwell专业资料Automation( 中国 )有限公司， 2004 10 Rockwell Automation 公司 ControlLogix 冗余系统用户手册 Rockwell Automation( 中国 )有限公司， 2004 11 Rockwell Automation,Inc ControlLogix ControlNet Interface M