软件冗余的原理和配置

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1、软件冗余的原理和配置7.1软件冗余基本信息介绍软件冗余是Siemens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为秒级的控制系统中。7.1.1系统结构Siemens软件冗余系统的软件、硬件包括：（1）1套STEP7编程软件（V5.2或更高）加软冗余软件包(V1.x)；（2）2套PLC控制器及I/O模块，可以是S7-300（313C-2DP，314C-2DP，31X-2DP）或S7-400（全部S7-400系列CPU）系统；（3）3条通讯链路，主系统与从站通讯链路（PROFIBUS1）、备用系统与从站通讯链路（PROFIBUS2）、主系统与备用系统

2、的数据同步通讯链路（MPI或PROFIBUS或Ethernet）；（4）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；Y-Link不能用于软冗余系统；（5）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。系统架构如图7－1所示：Operatorpanel/displayunitOptionalextensionMPI/PROFIBUSorEthern

3、etS7-300/S7-400S7-300/S7-400StationAStationBPROFIBUS-DPPROFIBUS-DPET200MdistributedI/OET200MdistributedI/OdevicewithIM153-2devicewithIM153-2图7-1软冗余的系统架构可以看出，系统是由两套独立的S7-300或S7-400PLC系统组成，软冗余能够实现：主机架电源、背板总线等冗余；PLC处理器冗余；PROFIBUS现场总线网络冗余（包括通讯接口、总线接头、总线电缆的冗余）；ET200M站的通讯接口模块IM153-2冗余。软冗余系统由

4、A和B两套PLC控制系统组成。开始时，A系统为主，B系统为备用，当主系统A中的任何一个组件出错，控制任务会自动切换到备用系统B当中执行，这时，B系统为主，A系统为备用，这种切换过程是包括电源、CPU、通讯电缆和IM153接口模块的整体切换。系统运行过程中，即使没有任何组件出错，操作人员也可以通过设定控制字，实现手动的主备系统切换，这种手动切换过程，对于控制系统的软硬件调整，更换，扩容非常有用，即AlteringConfigurationandApplicationPrograminRUNMode。7.1.2系统工作原理在软冗余系统进行工作时，A、B控制系统（处理器，

5、通讯、I/O）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（non-duplicated）用户程序段和冗余（redundantbackup）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。软冗余系统内部的运行过程参考图7－2。主系统CPU备用系统CPU读入输入信息读入输入信息执行非冗余用户程序执行非冗余用户程序读取并评估备用机的状态数据接收并评估主机的状态数据执行冗余部分用户程序冗余用户程序未被执行发送冗余数据到备用机发送状态数据到主机输出冗余和非冗余输出

6、信息输出冗余和非冗余输出信息图7-2软冗余系统内部的运行过程主系统的CPU将数据同步到备用系统的CPU需要1到几个程序扫描循环，如图7－3所示：MCPUonmasterunitfailsPIQPIQPIQPIQPIQ(e.g.CPUinSTOPmodeaOB-Cyc-5OB-Cyc-4OB-Cyc-3OB-Cyc-2Cyc-1steOB-Cyc-4OB-Cyc-3OB-Cyc-2OB-Cyc-1OB-CycrMasterMasterMasterMasterMasterTemporarilyfrozenPIQisoutput(PIQ-M:OB-Cyc-1)PIQPIQ

7、LastcompletelytransferredPIQisoutput(PIQ-M:OB-Cyc-3)OB-Cyc-4OB-Cyc-2CurrentPIQisoutput2TransferofaconsistentPIQPIQPIQPIQPIQPIQOB-Cyc-1OB-Cyc-3OB-Cyc+2OB-Cyc+3OB-Cyc+4ReOB-Cyc-4-5OB-Cyc-4OB-Cyc-3OB-Cyc-2OB-Cyc-1OB-CycOB-Cyc+1OB-Cyc+2OB-Cyc+3OB-Cyc+4MaResetervreReserveReserveReserveRes