大型PLC系统及网络结构

容错系统




容错系统用于那些对可用性Availability有较 高要求的场合。 目标：努力保证对象生产过程的延续，避 免生产过程的中断。 应用领域： 系统发生故障后再启动的费用非常昂贵。 如发生停机，将会造成重大的经济损失。 容错PLC系统通过采用冗余技术来保证系统 在各种情况下是可用的。即系统中的所有 主要部件都有备份。 需要备份的关键部件有：中央处理单元及 其电源，以及两套中央处理单元间的互连。 系统中的其他部件根据需要选择是否备份。

单通道-转换结构容错系统
Failure of the single-channel, switched I/O


When the I/O fails, the defective I/O is no longer available. In certain failure situations, e.g. failure of a subsystem, a interface module, the singlechannel, switched I/O continues to be available to the process.
中大型PLC vs 小型PLC


编程语言更为丰富，指令集更加强大， 为用户提供了更加丰富的软件工具 冗余技术的引入 网络通信功能的增强 中、大型可编程控制器的主要能力并不 是仅仅表现在大量的I/O处理能力和 CPU、存储器上，更为重要的是体现在 其网络能力上。
Example: 丰富的编程指令
SIEMENS S7-300/400的数据存储器管理
在小型PLC中，用户程序通过编程元件类型标识 访问各个存储器区域，一种类型编程元件对应的存储 区域是线性编址的。例如：输入I、输出Q、外设输入 PI、外设输出PQ、定时器T、计数器C、临时局部数据 L、位存储区M、变量存储区V等。 而对于大型PLC，SIEMENS S7-300/400，可以访问 的存储区包括：输入I、输出Q、 外设输入PI、外设输 出PQ、定时器T、计数器C、临时局部数据L 、位存储 区M和数据块DB。

Example: 容错系统
例：CPU故障 初始状态:系统重新处于冗余模式
– 1. CPU0 故障 Result: CPU1 进入单独运行模式， 用户程序继续执行 – 2. CPU0 恢复 Result: CPU0 执行自动链入和更 新操作，然后 CPU0 投入运行模式，作为备份 CPU运行 – 系统重新处于冗余模式
冗余PLC系统
冗余可编程控制器系统 （容错系统与安全保护系统） 在许多情况下，对生产设备有容错和安全保护的要求。 对于不停机连续工作有严格要求时使用容错系统。 安全保护系统在被保护系统失效或故障时，能够立即 终止生产过程，使系统进入安全状态，以防恶性故障 的发生。
Example: 冗余PLC系统
数据块DB可以被指定为对所有用户程序“共享” 的(Shared DB)，也可以专属于某个程序块(Instance DB)。
SIEMENS S7-300/400的Shared DB
用户可以根据需要建立数据块和并指定数据块的大小。
SIEMENS S7-300/400数据块的使用
访问数据块DB中的数据： 绝对地址：DB42.DBW2， DB2.DBB3 使用指令打开数据块，然后访问数据 OPN DB42 L DBW2 在程序中的使用： 共享数据块Shared DB 情景数据块Instance DB
容错系统
容错系统中的冗余节点 在一个1-out-of-2 容错系统中，冗余节点中一个 部件的故障不会影响整个系统的运行。
Example: 容错系统
The system consists of two redundant configured subsystems that are synchronized via fiber-optic cables. The two subsystems create a fault-tolerant PLC operating with a two-channel (1-out-of-2) structure on the “active redundancy” principle. Active redundancy means that all redundant resources are constantly in operation and are simultaneously involved in the execution of the control task.
单通道-单边结构容错系统
除了对CPU冗余外，还可以根据需要对I/O进行冗余。 单通道-单边结构 I/O：single input/output modules are present (single-channel). The input/output modules are located in just one of the subsystems and are only addressed by that subsystem.
单通道-单边结构容错系统
Information read in on one side is transferred automatically to the second subsystem via the synchronization link in the Redundant system mode. In Solo mode, the one-sided I/O assigned to the cooperating subsystem cannot be accessed. You have to assign functions to the single-channel, onesided I/O that can only be performed conditionally. In this way you make sure that certain functions for I/O accesses are triggered only in the Redundant system mode and in Solo mode of the subsystem concerned. Failure of the single-channel, one-sided I/O When the I/O fails, the defective I/O is no longer available. When a subsystem fails, the entire process I/O of that subsystem is not available any more.
This is achieved by switch-over between the active and slave channel. This switch-over takes place separately for each station.
双通道结构容错系统
双通道I/O配置将相同的I/O模块安装在两个 冗余子系统内，无论CPU还是I/O失效都可以 被容错，为系统连续工作提供了最大可能性。
单通道-转换结构容错系统
In Redundant mode, in principle each subsystem may access single-channel switched I/O. The information is automatically transferred over the synchronization link and compared. An identical value is available to the two subsystems at all times owing to the synchronized access. The system only ever uses one of the interfaces at any given time. The path via the currently active interface is described as the active channel and the path via the other interface as the passive channel. However, only the input and output values of the active channel are processed in the user program or output to the I/O.
安全保护系统
安全保护系统用于那些对系统运行安全 有较高要求的场合。 目标：控制生产过程能够立即返回安全 状态。 安全PLC系统同样通过采用冗余技术来保 证系统的安全。
中、大型可编程控制器系统的冗余
冗余PLC CPU冗余 整体冗余（CPU 和 I/O） 冗余PLC应用 容错 安全
单通道-转换结构容错系统
单通道-转换结构 I/O：single input/output modules are present (single-channel). In Redundant mode they may be addressed by both subsystems. In Solo mode, the master subsystem can always address all switched I/O. The non-master subsystem cannot address switched.
中、大型可编程控制器系统
随着被控对象的不断发展，人们 对生产实际不断提出更高、更广泛的 要求，以及微电子技术、计算机、通 讯等技术的进步，都促使高性能的中、 大型可编程控制器的迅速发展。不论 是在CPU性能、I/O点数、智能处理、 网络通讯、监控等方面都远远超过小 型可编程控制器。