Siemens PLC系统软件冗余 的说明与实现软件冗余基本信息介绍软件冗余是Siemens 实现冗余功能的一种低成本解决方案, 可以应用于对主备系统切换时间要求不高的控制系统中A．系统结构 Siemens 软件冗余系统的软件、硬件包括： 1套 STEP7编程软件（ V5.x ）加软冗余软件包(V1.x)；2套 PLC控制器及I/O 模块，可以是S7-300 或 S7-400 系统 ； 3条通讯链路 ，主系统与从站通讯链路（PROFIBUS 1）、备用系统与从站通讯链路（PROFIBUS 2）、主系统与备用系统的数据同步通讯链路（MPI 或 PROFIBUS 或 Ethernet）； 若干个 ET200M从站，每个从站包括2 个 IM153-2 接口模块和若干个I/O 模块；除此之外，还需要一些相关的附件，用于编程和上位机监控的PC-Adapter （ 连接在计算机串口 ）或 CP5611（插在主板上的PCI 槽上 ）或 CP5511（插在笔记本的PCMIA槽里 ）、 PROFIBUS 电缆、 PROFIBUS总线链接器等；下图说明了软冗余系统的基本结构：图 2可以看出，系统是由两套独立的S7-300 或 S7-400 PLC 系统组成，软冗余能够实现：I ．主机架电源、背板总线等冗余 ； II ．PLC处理器 冗余 ；III．PROFIBUS 现场总线网络冗余 （包括通讯接口、总线接头、总线电缆的冗余）； IV．ET200M站的通讯接口模块IM153-2 冗余 。
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 Configuration and Application Program in RUN Mode B．系统工作原理 在软冗余系统进行工作时，A、B控制系统（处理器，通讯、I/O ）独立运行，由主系统的PLC 掌握对 ET200从站中的 I/O 控制权 A、B系统中的 PLC程序由非冗余（non-duplicated）用户 程序段和冗余（redundant backup）用户程序段组成，主系统PLC 执行全部的用户程序，备用系统PLC只执行非冗余用户程序段，而跳过冗余用户程序段 下面我们看一下软冗余系统中PLC内部的运行过程：图 3主系统的CPU将数据同步到备用系统的CPU需要几个程序扫描循环：图 4数据同步所需要的时间取决于同步数据量的大小和同步所采用的网络方式（图2 中的紫色网络线）， MPI 方式周期最长，PROFIBUS方式适中， Ethernet网方式最快。
PROFIBUS 网络 1.5 MbaudEthernet 以太网 10 MBaudMPI 网络 187.5 kBaud 每60ms 传送 240个字节数据每48ms 传送 240 个字节数据每152ms 传送 76个字节数据表 1 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 （process image area），一个 定时器区 （IEC timer area），一个 计数器区 （IEC counter area），一个位地址区 （ memory address area）和一个数据块区 （data block area ），S7-300 同步的最大数据 量为8 kBytes ，S7-400 同步的最大数据量64kBytes 主备系统的切换时间 = 故障诊断检测时间 + 同步数据传输时间 + DP 从站切换时间如果 CPU 的故障是停机或断电，则故障诊断为大约100－1000毫秒， 315－2DP同步 1000字节 的数据所需的时间大约为200－300ms，8个DP从站的切换时间在100ms左右 您可以在软冗余手 册当中找到关于切换时间的具体说明。
无论控制程序循环扫描到哪里，当前激活的系统（即主系统）随时都会接收并处理报警， 这样，在主系统 A与备用系统 B进行切换过程中产生的 alarm存在被丢失的可能C．产品订货信息如下给软冗余系统相关产品的订货信息：产品名称订货号描述 CPU 系列CPU314C-2DP 6ES7 314-6CF00-0AB0 S7-300 系列只能够实现软件冗余，无硬件冗余 的功能CPU313C-2DP 6ES7 313-6CE00-0AB0 CPU 31x-2DP 6ES7 315-2AFxx-0AB0 6ES7 315-2AG10-0AB0 6ES7 316-2AGxx-0AB0 6ES7 318-2AJxx-0AB0 CPU 412-1 CPU 412-2 6ES7 412-1XFxx-0AB0 6ES7 412-1FK03-0AB0 6ES7 412-2XGxx-0AB0S7-400 全系列的CPU都可以应用于软冗余系 统；S7-400 H 系列的 CPU属于硬件冗余方式，相对于软冗余，硬件冗余系统切换速度快，主备CPU 中的数据和事件保证完全一致，适于高可靠性应用场合，成本较高CPU 413-1 CPU 413-2DP 6ES7 413-1XGxx-0AB0 6ES7 413-2XGxx-0AB0 CPU 414-1 CPU 414-2DP CPU 414-3DP 6ES7 414-1XGxx-0AB0 6ES7 414-2XGxx-0AB0 6ES7 414-2XJxx-0AB0 6ES7 414-3XJxx-0AB0CPU 416-1 CPU 416-2DP CPU 416-3DP CPU 417-4 6ES7 416-1XJxx-0AB0 6ES7 416-2XKxx-0AB0 6ES7 416-2XLxx-0AB0 6ES7 416-3XLxx-0AB0 6ES7 417-4XLxx-0AB0CP 通讯处理器系列（数据同步 Redundant-backup link）CP 342-5 PROFIBUS通讯模块6ES7 342-5DA00-0XE0 6GK7 342-5DA02-0XE0 CP 343-1 Ethernet 通讯模块6GK7 343-1BA00-0XE0 6GK7 343-1EX11-0XE0CP 443-5 Extended PROFIBUS通讯模块6EK7 443-5DXxx-0XE0CP 443-1 ISO Ethernet 通讯模块6EK7 443-1BXxx-0XE0ET200系列 2x DP slave interface IM 153-26ES7 153-2AA02-0XB0 6ES7 153-2AB01-0XB0 适于 ET200M 的所有数字量、模拟量 I/O 模板参照 S7-300 选型样本和 STEP 7 的硬件组态窗口中 ET200文件夹中的I/O 模 块S7-300 模板手册的下载路径： http://www4.ad.siemens.de/-snm-0135030360- 1080199645-0000003727-0000002043- 1080729745-enm-WW/view/en/8859629CP 341 6ES7 341-1xH01-0AE0 串口通讯模板FM 3506ES7 350-1AH0x-0AE0计数器功能模板相关软件及附件 STEP7 编程软件6ES7 870-5CC06-0YE0 软冗余软件包（Software Redundancy）6ES7 862-0AC00-0YA0 包括冗余功能块的安装软件和授权 PROFIBUS 标准电缆6XV1 830-0EH10 按米订货RS485 总线连接器6ES7 972-0BA12-0XA0 PROFIBUS 网络连接头 CP5611通讯卡6GK1 561-1AA00 进行编程和上位机监控的通讯卡表 2 SIEMENS PLC 控制系统关于热插拔功能的定义： 1．带电插拔模块时，确保不造成模块的硬件损坏； 2．带电插拔模块时， CPU 不停机，并产生报警； 3．带电插拔模块时，该模块I/O 通道的数值保持不变，而其他模块的运行不受影响； 4．带电插拔模块时， CPU 中触发中断组织块或通过DP 诊断程序块，得到模块拔出或插入 的事件信息，在用户程序或中断组织块OB** 中进行相应控制逻辑和I/O 通道的处理；表 3 注： 1.只有 S7-300 315-2DP （除CPU314C-2DP 、CPU313C-2DP）型号以上的PLC才支持软冗 余功能，所有的S7-400 都支持软冗余功能； 2.主系统与备用系统的CPU型号可以不同，如主系统采用一套S7-400 系统，而备用系统 采用一套S7-300 系统； 3.软冗余系统中的ET200M从站必须使用带有有源总线模块（Active Bus Module）的导 轨，您可以在《ET200M的有源总线底板配置与说明.doc 》文档中，找到关于有源总线 模块和导轨的具体订货和使用信息；4.采用 S7-300 作为主站的软冗余系统无法实现热插拔全部功能，不具备以上所列第3，4 条目中的功能。
当您将ET200M从站上的模块拔出时，CPU不停机，主CPU 、备用 CPU 上的 SF灯亮， BUSF灯闪烁， ET200M从站上的 2 块 IM153-2 模块的 SF 灯亮， BF灯闪 烁，该 ET200M从站上所有模块的I/O 值被清 0，S7-300 主站失去对该ET200M从站的 控制能力当您再次将模块插入到ET200M站上时，系统从主CPU切换到备用CPU ，SF、BUSF 、BF灯熄灭，软冗余系统重新回到正常运行状态 5.若要软冗余系统实现热插拔的4 项功能，您必须使用S7-400 作为软冗余系统的主站软冗余系统的调试过程在您的计算机上首先安装STEP7 5.x 软件和软冗余软件包，软冗余软件光盘包括了冗余功 能程序块库、不同系统结构的例子程序和软冗余使用手册I ．不同系统结构方式下的功能块： 在安装完软冗余的软件后，您可以在STEP7 当中找到例子程序和功能程序块库：图5图 6 以上图 5显示的是在 STEP7 中使用 OPEN 菜单打开软冗余的例子程序，例子程序中采用MPI 链路实现数据的同步 图6显示在安装完软冗余软件后，您可以在Libraries 找到不同 CPU 以及不同链接方式下可 以使用的功能块。
下面的两个表格分别说明了采用S7-300 ，S7-400 进行软件冗余时，可采用的不同网络连 接以及所需调用的程序功能块包表 3 从以上的表格中可以看到，软冗余系统当中可以采用MPI 、PROFIBUS、Ethernet 三种网络实现主系统和备用系统之间的数据同步（Redundant-backup link）采用 BSEND_400 包中的功能块进行数据同步时，无论数据同步的连接是什么方式，都需要 在STEP7 的NETPRO 窗口中组态一个 S7 Connection除了 BSEND_400 中之外 ，使用其他功能库中的程序块：采用 MPI网络时，直接使用PLC的编程口进行数据同步，不需要进行连接 （Connection ）的组态，但MPI数据同步的效率低采用 PROFIBUS 网络时，需要使用一对CP 通讯卡（ CP342-5 或CP443-5 ），在 STEP7 的NETPRO 窗口中组态主系统和备用系统之间的FDL连接采用 Ethernet网络时，需要使用一对CP 通讯卡（ CP343-1 或CP443-1 ），在 NETPRO 窗口中组态主系统和备用系统之间的。