施耐德PLC冗余热备控制系统PPT

1、第4章 施耐德PLC冗余热备控制系统,PLC冗余热备控制系统概述,PLC冗余热备控制系统原理,PLC冗余热备控制系统结构,PLC冗余热备控制系统的功能和特点,PLC冗余热备控制系统优化,4.1 PLC冗余热备控制系统概述,在冗余热备控制系统中，整个PLC控制系统（或系统最重要部分如控制器）由2套配置完全相同的PLC主机、电源、冗余处理模块组成。 2个控制器模块使用相同的用户程序并行工作，其中一块是主控制器，另一块是备用控制器，后者的输出是禁止的。 当主控制器出现故障时，系统立刻投入备用控制器，这一切换过程是由冗余热备控制处理单元（Redundancy Process Unit，RPU）控制的，

2、I/O系统的切换也是由RPU实现的。,4.1 PLC冗余热备控制系统概述,Schneider冗余热备控制系统在其PLC产品中所占的比例如图4-1所示。,4.1 PLC冗余热备控制系统概述,Quantum的CPU大约22%用于冗余热备系统。冗余热备控制系统的应用对象如图4-2所示。,4.2 PLC冗余热备控制系统原理,在Unity冗余热备系统中，采用67160系列的高性能CPU。该CPU采用双处理器结构，数据同步与程序处理同时进行，数据交换和冗余热备切换不影响扫描周期。 该CPU集成有100Mb高速光纤口，可通过光纤直接连接2个CPU模块，进行热备数据交换，并具有抗干扰能力强，传输速度快等特点。

3、 热备控制系统的示意图如图4-3所示。,4.2 PLC冗余热备控制系统原理,每次扫描时，所有强制位都是从主控制器传输到备用控制器，如图4-4所示。,4.2 PLC冗余热备控制系统原理,系统自动调整待传输的数据量。在Unity Pro中，选择“PLC”“状态RAM查看器”，查看有关存储器消耗情况，如图4-5所示。,4.2 PLC冗余热备控制系统原理,网络扫描（主Copro与备用Copro之间的通信）在2个控制器之间交换数据，且与应用程序并行运行，如图4-6所示。,4.2 PLC冗余热备控制系统原理,【例4.1】 热备系统性能计算1。 独立Premium PLC中的应用程序执行时间为80ms，数据

4、库为100Kb，如图4-7所示。,4.2 PLC冗余热备控制系统原理,【例4.2】 热备系统性能计算2。 独立Premium PLC中的应用程序执行时间为80ms，数据库为300Kb，如图4-8所示。,4.2 PLC冗余热备控制系统原理,当热备CPU是空时，程序第一时间自动下载到热备PLC中，且热备CPU中没有配置，无需另加编程工具，无需任何手动操作，如图4-9所示。,4.2 PLC冗余热备控制系统原理,标准程序可以在线更改运行PLC程序，可以使用面板或命令寄存器，把程序从运行PLC传送到热备PLC，如图4-10所示。,4.2 PLC冗余热备控制系统原理,钥匙开关，用于程序保护和键盘授权操作，

5、如图4-11所示。,4.2 PLC冗余热备控制系统原理,典型热备结构如图4-12所示。,4.3 PLC冗余热备控制系统结构,1冗余控制系统和热备控制系统 所谓“冗余”系统，是指整个PLC控制系统由2套完全相同的系统组成，其中一套在系统正常工作时并不需要，如图4-13所示。,4.3 PLC冗余热备控制系统结构,“冗余”系统在结构上既可以采用2套完整的PLC控制系统，又可以将一个机架分为2个区域，并安装2套模块（包括CPU、I/O等）。2个CPU之间用光缆连接，并通过PLC的切换指令实现工作系统与备用系统之间的切换，如图4-14所示。,4.3 PLC冗余热备控制系统结构,在热备用（hot）系统中，

6、2台CPU通过通信接口直接连接在一起，均处于通电状态，如图4-15所示。,4.3 PLC冗余热备控制系统结构,软件冗余系统中PLC内部的运行过程如图4-16所示。,4.3 PLC冗余热备控制系统结构,2冗余热备控制系统的结构 Schneider冗余热备控制系统的结构主要包括4种： （1）标准S908结构 标准S908结构主要用于过程控制，如图4-17所示。,4.3 PLC冗余热备控制系统结构,（2）以太网结构 以太网结构主要用于基础设施的控制，如图4-18所示。,4.3 PLC冗余热备控制系统结构,（3）混合结构 混合结构主要用于大型综合系统的控制，如图4-19所示。,4.3 PLC冗余热备控

7、制系统结构,（4）透明就绪结构 透明就绪结构主要用于IP地址自动切换，如图4-20所示。,4.3 PLC冗余热备控制系统结构,（1）时间关键性应用：远程I/O架构（RIO） 此I/O系统的可用性可通过使用冗余电缆系统加强。在光纤环网上，这些I/O站点的顺序可通过光纤收发器进行更改，如图4-21所示。,4.3 PLC冗余热备控制系统结构,（2）非时间关键性应用：混合架构 考虑到在PLC模块和分布式设备之间连接采用的Ethernet网络拓扑元素，交换机要优于集线器。采用的网络拓扑类型是总线型或环型，采用铜电缆或光纤，应视具体情况而定，如图4-22所示。,4.3 PLC冗余热备控制系统结构,3热备地

8、址交换 在热备系统架构中，Modbus、Modbus Plus和Ethernet都可以进行地址交换。默认的交换地址为： （1）Modbus：主机和从机地址相差128。例如，主机Modbus地址为1，那么，从机对应的Modbus地址为129。 （2）Modbus Plus：主机和从机地址相差32。例如，主机地址为1，那么从机地址为33，但Modbus Plus地址范围是164，如果主机地址加上32大于64，那么从机地址计算公式为主机地址减32。例如，主机地址为52，那么从机地址为20。 （3）Ethernet：主机和从机地址相差1，而且，IP地址不能大于253。,4.3 PLC冗余热备控制系统结

9、构,4热备状态寄存器 热备状态寄存器中的位如图4-23所示。,4.4 PLC冗余热备控制系统的功能和特点,1冗余热备控制系统的功能 Schneider PLC冗余热备控制系统具有以下功能： 应用程序内存空间 系统寄存器 功能块 配置 前面板上的微型端子 应用数据的周期性传送 程序差异监控 确保PLC内存内容的一致性 通信端口地址的自动交换 通信期间的自动交换机制,4.4 PLC冗余热备控制系统的功能和特点,2冗余热备控制系统的特点 Schneider PLC冗余热备控制系统具有以下特点： 采用先进的同步机制； 系统切换时间小于100ms，通常低于2030ms； 性能更强，得益于高端CPU的内部结构，集成工作内存； 人性化设计，易于使用，内置键盘，程序自动传