軟冗余和硬冗余的區(qū)別

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1、從字面上講，也就是實現(xiàn)的方式上：1）軟冗余是通過軟件實現(xiàn)，也就是是西門子的SWR軟件包；硬冗余，則是使用CPU417H；414H；412H來實現(xiàn)，對于PLC本身的操作系統(tǒng)及硬件設(shè)置上均不同，硬冗余的同步機理為事件同步。2）硬冗余的兩個熱備系統(tǒng)必須使用相同的PLC；軟冗余的兩個暖被系統(tǒng)可以使用不同的PLC。3）硬冗余的同步鏈路采用同步模塊和光纖，有長距，短距兩種；軟冗余則使用MPI，DP（CP343-5,CP443-5）和IE（CP343－1，CP443－1），程序內(nèi)部調(diào)用的是xsend/xrcv;AGsend/rcv以及Bsend/rcv（僅對400），這也就是為什么S7－300PNCPU無

2、法使用集成PN口來實現(xiàn)同步的原因。從性能上來：1）冗余的層級：軟冗余無法進(jìn)行IO冗余；IO冗余僅能在硬冗余里實現(xiàn)。此外，Y－link僅能在硬冗余中實現(xiàn)。2）系統(tǒng)切換的時間：硬冗余：PLC無切換時間，因為程序同時在兩個CPU里運行，硬冗余里成為主動切換；被動切換，也就是從站切換的時間<100ms；對于軟冗余，冗余程序僅在主CPU內(nèi)執(zhí)行，備用CPU僅執(zhí)行非冗余段程序，切換時為整個系統(tǒng)的切換。切換時間取決于同步鏈路的類型，速率和同步數(shù)據(jù)量的大小，DP從站的多少，多為秒級。對于切換，軟冗余系統(tǒng)中，DP從站的接口模板或DP鏈路故障均會造成主備CPU的切換，而引起整個系統(tǒng)的切換；而在硬冗余中，從站的故障

3、不會造成主備CPU的切換。3）信息的丟失：2）提到了切換，很自然的，CPU間的切換可能導(dǎo)致部分信息，如報警的丟失，因為報警在當(dāng)前激活的主CPU中進(jìn)行處理。所以，軟冗余系統(tǒng)中會存在信息的丟失；而硬冗余系統(tǒng)中，由于CPU間為事件同步的方式，且切換無時間，保證了信息不會丟失，也就是硬冗余中所說的平滑切換。4）通信架構(gòu)：400H系統(tǒng)與上位機間的通信有多種架構(gòu)，需要使用CP1613和redconnect實現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成方式：雙通道，四通道，單環(huán)，雙環(huán)等；400H間建立的是容錯S7連接。5）H-CiR功能：硬冗余系統(tǒng)支持H－Cir功能，可在線修改組態(tài)，增刪模板，更換存儲卡等研究了西門子可編程控制器(PLC

4、)軟冗余系統(tǒng)的軟硬件組成及實現(xiàn)原理。分析了PLC軟冗余系統(tǒng)在主CPU、電源、I／O模塊和Profibus總線等分別發(fā)生故障情況下，不同故障發(fā)生時刻引發(fā)的軟件中斷和主備切換過程，得出了相應(yīng)的主／備切換時間極限值的估算公式。分析了PLC軟冗余系統(tǒng)的數(shù)據(jù)同步過程，得出了數(shù)據(jù)同步時間的估算公式。在工業(yè)自動化系統(tǒng)中，為了使系統(tǒng)長期穩(wěn)定可靠地運行，大量選用可編程邏輯控制器(PLC)作為控制器，甚至在此基礎(chǔ)上組建冗余系統(tǒng)進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性。冗余的分類方式很多。目前，采用的PLC冗余方式分為2種，即軟冗余和硬冗余。西門子公司在這2方面均給出了解決方案?；赟7-400H的硬冗余的可靠性高，但構(gòu)建系統(tǒng)成本

5、也較高。而基于S7-300或S7-400的軟冗余是一種綜合考慮提高可靠性和降低成本的折中方案。目前，軟冗余系統(tǒng)已經(jīng)在污水處理、冶金、化工等控制工程中得到了普遍應(yīng)用。但目前對于軟冗余的性能，仍缺乏系統(tǒng)的研究。文中首先敘述西門子PLC軟冗余系統(tǒng)的實現(xiàn)原理，然后重點分析主備切換時間和數(shù)據(jù)同步時間，以便為類似控制系統(tǒng)設(shè)計提供參考依據(jù)。1、軟冗余實現(xiàn)原理典型的PLC軟冗余系統(tǒng)組成案例如圖1所示。圖1典型的PLC軟冗余系統(tǒng)組成在系統(tǒng)運行時2個CPU均啟動，但只有主CPU執(zhí)行控制命令，備用CPU檢測主CPU狀態(tài)，時刻準(zhǔn)備接替主CPU繼續(xù)工作。與主CPU通信的IMl53—2模塊處于激活狀態(tài)使主CPU能訪問I

6、／0模塊。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生特定故障時，系統(tǒng)可以實現(xiàn)主備切換，備站接替主站繼續(xù)運行。這些故障包括：主機架電源、背板總線等故障；CPU故障；Profibus現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)故障；ET200M站的通信接口模塊IMl53故障。PLC軟冗余系統(tǒng)要實現(xiàn)軟冗余功能，需要存程序中調(diào)用冗余軟件包的功能模塊，其主要包括：初始化冗余系統(tǒng)運行參數(shù)的FCl00模塊；故障診斷、主備切換的FCl02模塊；發(fā)送／接收數(shù)據(jù)的FBl03模塊；調(diào)用FBl03進(jìn)行數(shù)據(jù)同步、分析系統(tǒng)狀態(tài)的FBl01模塊。帶有冗余功能的程序結(jié)構(gòu)見圖2。圖2帶有冗余功能的程序結(jié)構(gòu)在PLC每個循環(huán)執(zhí)行周期中，主系統(tǒng)先凋用FBl01接收并分析備系統(tǒng)狀態(tài)，然后執(zhí)行冗余

7、程序，最后再調(diào)用FBl01將需要同步的數(shù)據(jù)發(fā)送到備系統(tǒng)。備系統(tǒng)先調(diào)用FBl01接收并分析主系統(tǒng)狀態(tài)，跳過冗余程序，然后將備系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)送到主系統(tǒng)。需注意的是，實現(xiàn)冗余功能的最重要模塊FBl01執(zhí)行時先分析主備系統(tǒng)狀態(tài)，然后再發(fā)送數(shù)據(jù)(或接收數(shù)據(jù))。由于軟件是順序執(zhí)行，將導(dǎo)致接收到對方故障信息后，對故障處理的滯后。軟件順序執(zhí)行機制是導(dǎo)致軟冗余切換時間較長的一個重要原因。2、主備切換時間分析主備切換時間是指系統(tǒng)發(fā)生