（已结帖）工控PLC擂台第35期－－PLC冗余系统的构建。 点击：3413 | 回复：32
要求能详细说明PLC的品牌和冗余的构建步骤及其相应的程序（有程序的话，当然如果像是罗克韦尔的大型机只要硬件做好冗余不要编程，但要有详细过程）。PLC品牌不限。
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S7-400H的硬冗余的可靠性高，但构建系统成本也较高。而S7-300或S7-400的软冗余则是一种降低成本的折中方案。
西门子S7-300或S7-400的软冗余系统组成案例如下图所示。
典型的PLC软冗余系统组成
构建方案分析：
在系统运行时2个CPU均启动，但只有主CPU执行控制命令，备用CPU检测主CPU状态，时刻准备接替主CPU继续工作。与主CPU通信的IMl 53—2模块处于激活状态使主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。这些故障包括：主机架电源、背板总线等故障；CPU故障；Profibus现场总线网络故障；ET200M站的通信接口模块IMl53故障。
PLC软冗余系统要实现软冗余功能，需要存程序中调用冗余软件包的功能模块，其主要包括：初始化冗余系统运行参数的FCl00模块；故障诊断、主备切换的FCl02模块；发送／接收数据的FBl03模块；调用FBl03进行数据同步、分析系统状态的FBl01模块。程序结构如下图：
带有冗余功能的程序结构
在PLC每个循环执行周期中，主系统先凋用FBl01接收并分析备系统状态，然后执行冗余程序，最后再调用FBl01将需要同步的数据发送备系统。备系统先调用FBl01接收并分析主系统状态，跳过冗余程序，然后将备系统状态发送到主系统。
偶感觉这个冗余措施好多时候是没有必要的，这个偶厂的DCS系统虽然主控卡、数据转发卡、网络接口、甚至I\O卡件都是冗余的，可是经过这么多年使用很少发生卡件出错的情况。
这个PLC系统在偶厂大多数都是储运、小型的装置(这些装置大都开停方便）及时PLC出现故障也可以从现场通过手操实现。再者对于S7-300系列甚至S7-200系列的卡件系统在设计上就没有考虑冗余的措施，因为在硬件组态中，每个机笼的各个卡件基本上都是固定的，没有可以冗余的配置设计。
当然其在硬件电源配置上可以进行冗余设计，这个仅仅是外围电源的供给。也不是PLC内部的本身设计。
倒是这个软件组态中的各个程序，可以多拷贝几份，因为往往有人乱改程序，造成程序错乱，因此对于软件的冗余可以通过存储器多拷贝几份，对于硬件可以把主要的卡件多准备几个备用配件，一旦卡件出现损坏的情况，可以更换。
我介绍一下我正在做的一个项目用到的冗余系统，使用的是日立的S10V系列PLC，这个估计大家都没有听过吧，哈哈。。。。
也是软冗余方式的：
一、系统图
一般旧的系统使用中只有手动操作方式，难以实现远程监控，给操作人员带来一定的麻烦与危险，也造成出现报警或危险等情况不能及时处理的现象。升压站多为人工抄表，事故报警信号不能远传必须有人值守，而且发生报警后，由于数据信号较多，很难及时、准确的判断出事故的原因，影响事故的处理速度。当发生重大事故而危及机组设备时不能停止机组（或一部分）运行，使事故进一步扩大，造成严重后果，所以急需使用PLC对升压站进行改造。
而由于系统的饿要求的高可靠性，必须使用冗余系统，而使用西门子S7-400的硬冗余回极大的提高成本。本系统选用西门子S7-300使用软冗余来达到目的，同时降低成本。
1、控制系统构成
软冗余系统由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Altering Gon-figuration and Application Programin RUN Mode。
根据保护系统所需的输入输出点数、节点容量、系统功能要求，使用两个西门子CPU315-2DP做软冗余CPU，使用CP5611连接上位机与PLC，上位机使用WINCC做HMI人机界面。
两快CPU之间需要使用CP342-5进行实时的数据交换，通过ET200M扩展从站。特别应当注意的是软冗余系统应当使用有源总线模板的导轨及有源总线模板。
网络结构中也包括了4条链路：
用于上位机编程和监控的MPI链路；
A站和与ET200从．ｍａｓｔｅｒLinePROFIBUS链路；
B站与ET200从站Reserve LinePROFIBUS链路；
A站与B站之间进行数据同步的Synchronization Line PROFIBUS链路。
2、 软冗余程序的编写
软冗余程序需要西门子提供的软冗余软件包及STEP7。在A站的BLock中插入OB1（主循环程序块）、OB35（定时中断组织块）、OB100（暖启动调用程序块）、OB80（在主系统与备用系统切换时间超时时，调用该块）、OB82（DP-Slave ET200站上的IM153-2模块出错报警，调用该功能块）、OB83（DP从站的接口模块与主站链接断开或链接重新建立时调用该块）、OB85（程序运行出错或DP从站链接失败调用该块）、OB86（主从站通讯出错调用该块）、OB87（通讯失败调用该块）、OB122（外围设备访问出错调用该块）、OB121等组织块，并对其中的OB100、OB35、OB86进行编程。
首先，用户需要在初始化程序中（OB100）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（procese image area），一个定时器区（IEC timer area），一个计数器区（IEC counter area），位地址区（memory ad-dress area），和一个数据块区（datablock area），S7-300同步的最大数据量为8KBytes。
使用的是OB35的默认属性，即每100ms中断触发一次，可以根据实际的需要在CPU属性中修改中断的时间间隔。在OB35里调用FB101S‘WR_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,你可以在线的读出RETURN_VAL参数的数值,如果为0,说明冗余链接正常.如果为8015说明数据同步的链接不成功,原因是CP342-5之间的FDL链接建立的不正确或物理链接不通,或是FC100的VERB_ID参数与NETPRO中的链接ID号不一致.当执行‘SWR_START’程序块时,系统分配这些数据区,不能使用S7的定时器和计数器.
OB35中的程序段也可以在OBI中实现,知识比使用中断的方式,而使用助循环的方式.除去冗余段外的程序大致如下:CALL FB M101,DB5
DB_WORK_NO:=DB1
CALL_POSITON:=TRUE
RETURN_VAL:=MW6
EXT_INFO:=MW8
上段程序中调用了HB101,使用了数据块OB5.
UDB5.DBX9.1
SPB MNEXT
上段程序可以在DB5中得到控制字(OBW10)和状态字DBW8的信息.分析状态字中的信息,如果当前站为备用系统,则跳过冗余程序段.
在SPB MNEXT 与跳至的MNEXT程序块之间加入实际需要的逻辑块,此处的逻辑块就属于冗余程序段.
3、系统的功能
结构简单可靠、组件式插接，便于安装维护。
双电源供电，双CPU冗余，确保稳定工作。
上位机监控，具有报表打印、报警查询、状态监视、保护连锁实验记录等多种功能
这里分享一个plc冗余系统的应用！
西门子S7- PLC 冗余系统在石油化工上的应用
近年来, 随着控制技术的飞速发展, 石油化工行业原有控制系统的淘汰非常快, 备件采购已经是无性价比可言。加上原控制系统
元件长时间老化, 已无法保证系统无故障时间。设备已开始进入故障高发期, 控制系统技术升级改造工作迫在眉睫。在选择可靠、编程方便、适用性广泛的自动控制产品过程中, 西门子PLC- S7 系统无疑
是最合适的选择。
一、控制方案的选择原则
根据生产工艺的要求, 各系统和机组复杂程度不同、对实时性、不间断性、可靠性的要求不同, 所选择的控制方案也有较大的差 别。同时由于改造资金的影响, 在方案选择上应全面考虑各方面因素。由于石化行业开停工的操作复杂和耗费大量的资金, 以及上下游装置关联紧密性, 加之非计划停工造成的装置不安全因素和巨额的经济利益损失。生产平稳连续性对高度自动化控制设备的安全可靠性要求很高, 控制设备的可靠运行就是石化行业连续运行时间和经济效益的基本保证。核心设备的控制系统可靠性能是一个基础方面, 所选择的设备控制方案的故障容错率同样是关键因素。
二、硬冗余方案的介绍
硬冗余系统的特点: 是两个CPU 子系统实时冗余, 即功能性冗余。在运行中全部冗余部件一直同步运行, 应用程序在两个CPU 中完全一致并同步运行。按习惯我们分别把两个子系统定义为“主机”和“从机”, 从机一直运行应用程序, 与主机同步监测事件信息, 而不是等待一个错误中断。并在程序步骤间进行分析判断主从系统一致性, 主从机间的信息差别是判断错误发生的关键。
主从机通过特定的同步模件和光纤连接, 两个CPU 运行事件驱动同步扫描程序。同步操作在操作系统中自动运行, 不影响应用
程序。事件驱动同步程序是西门子公司经过实践的专利技术。事件驱动同步程序是同步运行事件数据在主从机间产生不同的内部运行方式。主从机同步如下操作: 直接寻址I /O; 中断; 更新用户时钟;通讯功能数据修正等事件驱动同步程序保证即使在主机故障情况下, 系统能完成不间断操作, 无扰动的主从切换。
硬冗余系统方案实时性高、切换可靠, 不受应用程序复杂程度的影响。主要适用于对实时控制要求严格, 需不间断可靠的故障切 换的工况条件。
我司成功完成的PSA 控制系统改造方案即为此方案。PSA 系统包括现场76 台调节阀及相应定位器; 50 多台压力、流量、温度变送器, 相应电磁阀和回讯开关等设备。对控制系统实时性、可靠性要求很高, 控制点模拟量较多, 改造中, 采用电源、CPU、通讯系统三部分的冗余设计, 对不影响停车的I /O 系统未采用冗余部件, 系统采用硬冗余控制方案, 设备选用西门子S7- 417- 4H 产品。
三、软冗余方案的介绍
在很多的应用工况下, 并没有必要采用高等级的硬冗余控制系统, 采用简单的软冗余系统同样能提高整个控制系统的故障容错
率。大大节省系统硬件成本及减低程序复杂程度。西门子300/400 系列产品均能运行软冗余软件。软冗余系统可用于解决如下故障: CPU 部件故障( 电源、后盘总线) ; CPU 硬件或软件故障; 冗余系统连线或冗余DP 从机接口; 冗余从机接口PROFIBUS 错误等。
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