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PLC冗余是什么?软件冗余和硬件冗余有什么区别?

发布时间2021-12-03人气:53

PLC 冗余可以分为:软件冗余和硬件冗余。硬件冗余对硬件型号有所要求,连接方式也不同,但对软件并无特殊要求。

在工业自动化系统中大量选用可编程逻辑控制器(PLC)作为控制器,随着技术的发展又组建冗余系统进一步提高系统的可靠性。目前冗余的分类方式很多,而采用PLC冗余方式的有两种,即软冗余和硬亢余。西门子公司在软、硬冗余两方面均给出了解决方案。而基于硬冗余的可靠性高,但构建系统成本也较高。而基于S7—1500或S7—400的软冗余是一种成本低又能提高可靠性的方案。目前,软冗余系统已经在冶金、交通、电力、化工、污水处理等工业控制工程中得到了较广泛的应用。但是对于软冗余的性能仍没有进行系统的研究。

PLC冗余是什么?软件冗余和硬件冗余有什么区别?

什么是硬冗余?需要什么配置要求?

  

硬冗余系统的冗余结构确保了任何时候的系统可靠性,例如所有的重要部件都是冗余配置。这包括了冗余的CPU、供电模件和用于冗余CPU通信的同步模块。根据特定的自动化控制过程需要,还可以配置冗余客户服务器、冗余通讯介质、冗余接口模件IM153-2等。

  

硬冗余系统能够:

  1. 平滑的主从切换

  2. 自动事件同步

  3. 集成的错误识别和错误定位功能

  4. 操作期间可对系统进行修改

  5. 类似标准CPU的在线编程

  6. 下载程序时,只考虑单个CPU,程序可自动拷贝到另一个CPU中。

  7. CPU修复后自动再进入。

  8. 运行中所有部件可更换。

软冗余实现原理:


软冗余

软冗余也叫软件冗余,是相对于硬件冗余的叫法,是通过软件编程方式来实现两个CPU之间的数据交换,备份以及故障切换。     

系统运行过程中两个CPU同时启动和运行,但是在正常运行时只有主CPU发出控制命令,而备用CPU检测主CPU状态和记录主CPU发出的命令,当主CPU发生故障时能够延续当时的实际状态接替主CPU发出执行命令。与主CPU通信的IM153—2模块处于激活状态时主CPU能访问I/0模块。当系统发生特定故障时,系统可以实现主备切换,备站接替主站继续运行。

硬件选型配置

软冗余实际上实现的是CPU之间的冗余和DP网络的冗余,无法实现IO模块的冗余。

CPU及同步:

两个CPU之间数据同步可以采用以下三种方式:

• MPI:可以采用CPU集成MPI口;不需要连接组态,
• PROFIBUS:不支持CPU的集成DP口,必须采用CP342-5或CP443-5;需要在Netpro中组态FDL连接
• Enternet:不支持300CPU的集成PN口,必须采用CP343-1;400CPU的PN通过建立S7连接可实现。

可传送的最大冗余量 :S7-300为8KB; S7-400为64KB

DP网络冗余:

1.主机架以及IM360/361,IM365的从机架均无法实现冗余。

2.只支持通过Profibus DP通讯连接ET200M远程IO站点冗余,其他的ET200型号不支持 ,如ET200S,ET200SP。

3.仅支持IM153-2,每个ET200M站点需要配置2个:

  • 6ES7 153-2BA0X-0...

  • 6ES7 153-2BA10-0...

  • 6ES7 153-2BA82-0XB0

4.同时,对于需要冗余的ET200M站点必须使用有源背板,对于
有源背板:(接口模块)  订货号:6ES7 195-7HD10-0XA0 (用于连接接口模块)
有源背板:(2*40mm)     订货号:6ES7 195-7HB00-0XA0 (最多可容纳2块40mm宽模块)
有源背板:(1*80mm)     订货号:6ES7 195-7HC00-0XA0 (最多可容纳1块80mm宽模块)

5.由于需要使用有源背板,安装位置的导轨也是特定的深槽导轨
483mm (6ES7 195-1GA00-0XA0 )
530mm(6ES7 195-1GF30-0XA0 )
620mm (6ES7 195-1GG30-0XA0) 
2000mm(6ES7 195-1GC00-0XA0) 

6. ET200M可挂模块:
所有I/O模块
计数模块:FM350-1(6ES7350-1AH03-0AE0)
通讯模块:CP341(6ES7341-1xH01-0AE0)
(20ma TTY,RS232) (6ES7341-1xH02-0AE0)

CPU是否支持软冗余或模块是否支持软冗余?哪些模块可以用于软冗余系统?

请参看文档链接: 哪些模块可以用于软冗余系统?

其他第三方设备能否加入冗余系统实现冗余?:

首先明确,只有ET200M站点能够在硬件上实现冗余。其他设备可以通过编程方式实现。 如为以太网设备,可分别连接至两套CPU的PN端口;建立之间的通信,并在交换的数据里设置心跳信号,通过心跳信号判断两个连接的状态,同时配合软冗余的状态字。确定逻辑程序中采用哪部分连接的数据。

软冗余与硬冗余区别?

冗余方式

软   冗   余

硬   冗   余

支持的CPU类型

带DP口的300CPU,所有400CPU,
两个CPU可以不同

400H的CPU,
两个CPU必须相同

冗余连接方式

MPI/DP/以太网

同步模块及光纤

数据同步方式

周期性同步

事件同步

切换时间

秒级

毫秒级

用户程序

专用软件包,两台都需要编程调用,分别下载

软件集成,仅需要对一台下载,自动拷贝给另一台

价格

相对便宜

较贵

应用场合

一般要求冗余场合,对切换时间要求不高

高可靠性的冗余场合

选型详细请参看: ET200产品目录

软冗余软件包

如何获取软冗余包?
回答:最新的软冗余软件包V1.2 SP3需要付费购买,订货号如下
          单一授权: 6ES7 862-0AC01-0YA0
          单一授权,不带软件及文档的光盘:6ES7 870-1AA01-0YA1

软件包支持安装在什么系统上?

支持windows 9x,ME,NT 4.0,2000,XP。

如何在MS Windows 7(或更高版本中)安装软件冗余包V1.2(SP3)?

注:由于软冗余软件包只支持在STEP7 V5.X上使用,因此无法在Win8,Win10等系统版本上使用。

博途软件是否支持软冗余?

任何博途版本均不支持软冗余。

软冗余的编程与使用

软冗余需要在两套CPU上分别进行硬件组态及相应的编程。具体编程使用请参看如下手册及文档:

SIMATIC S7-300/S7-400 SIMATIC S7 的软冗余手册:
Siemens PLC系统软件冗余的说明与实现:(含例程)

扩展文档:

WinAC RTX 2008 软件冗余功能

软冗余系统中如何实现冗余待机

如何实现Comfort Panel(精智面板)和 S7-300软冗余系统的工业以太网通讯

如何实现 Multi Panel(多功能面板)和 S7-300软冗余系统的工业以太网通讯

常见问题

插拔模块时,站点仍然掉站?

采用S7-300作为主站的软冗余系统无法实现热插拔全部功能,不具备以下所列功能:

  • 带电插拔模块时,该模块I/O通道的数值清零;该模块所在站点不会掉站,而其他模块的运行不受影响; 

  • 带电插拔模块时,CPU中触发中断组织块或通过DP诊断程序块,得到模块拔出或插入的事件信息,在用户程序或中断组织块OB**中进行相应控制逻辑和I/O通道的处理; 

当您将ET200M从站上的模块拔出时,CPU不停机,主CPU、备用CPU上的SF灯亮,BUSF灯闪烁,ET200M从站上的2块IM153-2模块的SF灯亮,BF灯闪烁,该ET200M从站上所有模块的I/O值被清0,S7-300主站失去对该ET200M从站的控制能力。当您再次将模块插入到ET200M站上时,系统从主CPU切换到备用CPU,SF、BUSF、BF灯熄灭,软冗余系统重新回到正常运行状态。(新CPU支持“Startup when expected/actual config. differ.”功能,功能见下文;软冗余系统不支持使用GSD文件组态ET200M站点)
若要在软冗余系统中实现热插拔的全部4项功能,您必须使用S7-400作为软冗余系统的主站。

详情请参看:SIEMENS PLC系统中热插拔功能的应用与说明

用 2 个 IM 6ES7153-2BA..-....组态的软冗余系统在启动时为什么偶尔会产生有些 IO 模块不被参数化?

在用两个 IM 6ES7153-2BA..-.... 组态的软冗余中 (以后称 IM),两个 IM 模块同时上电,当 IM 启动时有些模块 (SM3xx, FM3xx,CP3xx等等,以后称 IO) 不被参数化。 没有被参数化的模块以默认的设置工作,这个可能导致模块无法正确的工作 (例如,模拟量模块用错误的值范围) 或者甚至不工作。
此时,将IM 模块上电延迟 10 s ,这样确保所有的 IO 模块被正确参数化。

为什么在 STEP 7 V5.5 中进行间接寻址或者调用FC100 " SWR_START " 时会出现区域长度错误?

参看链接

使用Wincc作为上位机监控;当连接状态正常,如主备间进行切换,连接的数据还是原CPU的数据,能够监看,但无法进行控制?

需要在全局脚本中最后添加语句

@315CPU@ConnectionState(通讯连接状态):0表示连接故障;1表示连接正常;
@315CPU@ForceConnectionState(强制连接状态):0表示断开当前连接;1表示恢复当前连接;
NewTag(FB101背景数据块中的状态位 DB5.DBX9.1):1表示该CPU为备用;

注:Wincc V6.0开始无需再添加此代码,使用向导创建时已包含。


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