冗余控制原理

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1、本文以ControlLogix为例，介绍了可编程控制器冗余系统的冗余原理，对影响冗余性能的关键问题进行了分析，通过减少扫描周期和切换时间来对其冗余性能进行优化，为类似冗余系统的性能优化提供的参考方法。随着制造业竞争的加剧，制造商更加追求生产设备的可靠性，尤其是那些控制关键性生产工序的设备，往往需要采用冗余配置。目前，多数的基于可编程控制器的冗余系统采用了两套CPU处理器模块，一个处理器模块作为主处理器，另外一个作为从处理器。正常情况下，由主处理器执行程序，控制I/O设备，从处理器不断监测主处理器状态。如果主处理器出现故障，从处理器立即接管对I/O的控制，继续执行

2、程序，从而实现对系统的冗余控制。很多厂商都能够提供可编程控制器冗余系统解决方案，用户在使用过程中往往对其冗余原理理解不深，造成系统冗余性能下降。本文以罗克韦尔自动化Allen本文以ControlLogix为例，介绍了可编程控制器冗余系统的冗余原理，对影响冗余性能的关键问题进行了分析，通过减少扫描周期和切换时间来对其冗余性能进行优化，为类似冗余系统的性能优化提供的参考方法。随着制造业竞争的加剧，制造商更加追求生产设备的可靠性，尤其是那些控制关键性生产工序的设备，往往需要采用冗余配置。目前，多数的基于可编程控制器的冗余系统采用了两套CPU处理器模块，一个处理器模块作

3、为主处理器，另外一个作为从处理器。正常情况下，由主处理器执行程序，控制I/O设备，从处理器不断监测主处理器状态。如果主处理器出现故障，从处理器立即接管对I/O的控制，继续执行程序，从而实现对系统的冗余控制。很多厂商都能够提供可编程控制器冗余系统解决方案，用户在使用过程中往往对其冗余原理理解不深，造成系统冗余性能下降。本文以罗克韦尔自动化AllenBradley品牌ControlLogix控制器为例，介绍其冗余系统的构建和性能优化问题。2冗余系统构建ControlLogix系统采用了基于“生产者/消费者”的通讯模式，为用户提供了高性能、高可靠性、配置灵活的分布式控

4、制解决方案。ControlLogix系统实现了离散、过程、运动三种不同控制类型的集成，能够支持以太网、ControlNet控制网和DeviceNet设备网，并可实现信息在三层网络之间的无缝传递。因而，ControlLogix被广泛地应用于各种控制系统。【1】构建ControlLogix冗余系统的核心部件是处理器和1757-SRM冗余模块。目前，有1756-L55系列处理器模块支持冗余功能，其内存容量从750KB到7.5MB不等。1757-SRM冗余模块是实现冗余功能的关键。如图1所示，在冗余系统中，处理器模块和1757-SRM冗余模块处于同一机架内。为了避免受到

5、外界电磁干扰，提高数据传输速度，两个机架的1757-SRM模块通过光纤交换同步数据。所有的I/O模块通过ControlNet控制网与主、从控制器机架内的1756-CNB(R)控制网通讯模块相连接。图1冗余系统结构以往的冗余系统通常需要用户编制复杂的程序对处理器状态进行判断，在两个处理器之间传输同步数据并实现I/O控制权的切换，两个处理器中的程序也各不相同，这使得冗余系统本身的建立和维护工作非常繁琐。通过1757-SRM冗余模块，不需要任何编程就可以实现冗余功能，还可以方便地使主、从处理器内的程序保持一致，用户对主处理器程序的修改可自动同步到从处理器。主、从处理器

6、所处机架内的1756-CNB(R)控制网通讯模块地址各不一样。当主处理器出现故障后，从处理器接管控制系统，相对应的控制网通讯模块之间相互交换地址，从而不影响其它控制器和上位机与该冗余系统的通讯。3系统冗余原理及过程可编程控制器一个工作周期内的主要任务有：内务整理、扫描输入映像表、执行程序、更新输出映像表。ControlLogix控制器在冗余系统中，主处理器执行完程序之后，将所有输出指令的结果传送给从控制器【2】。由于ControlLogix系统所有的I/O设备都在控制网内，按照其自有的“生产者/消费者”通讯模式，从处理器作为一个“消费者”可以与主处理器具有一样的

7、地位，获取I/O的输入信息。这样，确保了主、从控制器内输入、输出映像表的一致。如图2所示，在正常情况下，程序执行到位置1时，主处理器将具有较高优先权任图2正常情况下主处理器程序执行过程务和前一段普通任务的执行结果分先后传送给从处理器，然后程序返回到位置2，继续执行剩下的普通任务。位置3时，所有任务已经完成，主处理器将执行结果传送给从处理器。如果在执行某个任务时，主处理器图3主、从处理器之间的切换过程出现故障，如图3所示。这时，从处理器便会接替主处理器，重新执行出现故障时的那段任务。可见，这时从处理器使用的输出映像表数据来自于主处理器上一个工作周期的执行结果。可见

8、，在冗余系统的切换过程中