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1、Quan tum PLC勺10冗余解决方案新的利润增长点2010.11SchneiderElectric作者：王斌Make the most of your energy摘要本文详细介绍了 10冗余的原理，模板10冗余和通道10冗余的区别，以及Quantum PLC的IO冗余的硬件实 现方法和软件编程等。? 2010年Schneider Electric。保留所有权利。未经版权所有人的书面许可，不得使用、复制、复印、发送或用任何性质的存#取系统存储本文的任何部分。www.schneider-引言当前在很多行业，如焦化行业的化产、冷鼓控制系统、水电站的升船机控制系统、锅炉控制系统、化工或石化控制
2、系统等，为了提高系统的可靠性和稳定性，要求采用10冗余的解决方案。目前，施耐德所有PLC产品中只有Safety Quantum 和Premium PLC支持I0冗余的解决方案，而这两种 PLC由于功能限制目前无法满足上 述控制系统的要求。Quantum PLC在中国得到了广泛的应用，该 PLC具有可靠性高、稳定性较好、支持模板类型较多、通讯功能较强、性 价比较高等优点。如果能利用 Quantum PLC实现I0冗余功能，将大大拓展了 Quantum PLC的应用领域。110冗余概述1.1 I0冗余定义I/O模块。I/O冗余的使用提供了最高程度的冗余,当系统包含两套模块，且这些模块被组态为冗余对
3、，并作为冗余对操作时，即被视为冗余 即：当系统中CPU发生故障，或信号模块故障，不会影响到控制系统的安全、可靠运行 I0冗余根据冗余的功能又分为：1) 模板冗余2) 通道冗余1.1.1模板冗余IO冗余主要利用整个模板实现相应的冗余功能，即：当在第一个冗余模板发生通道错误时，整个模板及其通道都切换至去功能化状态。由另一个模板上的通道实现相应的控制功能。1.1.2通道冗余IO冗余主要利用模板的通道实现相应的冗余功能，即如果模板的某个通道发生故障，不会导致整个模板切换至去功能化状态，而仅仅是相应的通道进入去功能化状态。通道冗余在以下情况下可提高系统的可靠性和可用性：1) 外部传感器或执行器经常发生故
4、障2) 检修时间较长3) 模板的通道容易发生故障1.2 10冗余系统分类I0冗余系统根据输入传感器信号和输出执行器信号是否冗余又分为：1) 冗余信号的I0冗余系统：使用了冗余输入/输出信号的I0冗余系统可提高整个控制系统的可靠性和可用性。2) 单信号的I0冗余系统I0冗余系统根据I0模板是利用扩展机架方式安装还是利用RI0或DI0方式连接又分为：1) 机架扩展连接的I0冗余系统2) RI0/DI0 连接的I0冗余系统I0冗余系统根据控制系统采用单机系统还是热备(或冗余)系统又分为：1) 单机型I0冗余系统2) 热备(或冗余)型I0冗余系统1.2.1冗余信号的10冗余系统冗余输入/输岀信号的I0
5、冗余系统连接方式详见下图1所示：图1冗余信号的I0冗余系统? 2010年Schneider Electric。保留所有权利。未经版权所有人的书面许可，不得使用、复制、复印、发送或用任何性质的存#取系统存储本文的任何部分。www.schneider-? 2010年Schneider Electric。保留所有权利。未经版权所有人的书面许可，不得使用、复制、复印、发送或用任何性质的存#取系统存储本文的任何部分。www.schneider-传感器PLC执行器? 2010年Schneider Electric。保留所有权利。未经版权所有人的书面许可，不得使用、复制、复印、发送或用任何性质的存#取系统存
6、储本文的任何部分。www.schneider-? 2010年Schneider Electric。保留所有权利。未经版权所有人的书面许可，不得使用、复制、复印、发送或用任何性质的存#取系统存储本文的任何部分。www.schneider-1.2.2单信号的10冗余系统单输入/输岀信号的I0冗余系统连接方式详见下图 2所示：图2单信号的I0冗余系统? 2010年Schneider Electric。保留所有权利。未经版权所有人的书面许可，不得使用、复制、复印、发送或用任何性质的存#取系统存储本文的任何部分。www.schneider-传感器PLC执行器1.2.3机架扩展连接的10冗余系统采用机架扩
7、展方式连接冗余的I0模板的连接方式详见下图3所示:机架扩展连接的I0冗余系统图3Ethernet TCP/IP=主 i Premiuim 2 Premium23匚二L总2122AdvantysTdefast AB E 722执行翦UHISye0 TBflBH#? 2010年Schneider Electric。保留所有权利。未经版权所有人的书面许可，不得使用、复制、复印、发送或用任何性质的存取系统存储本文的任何部分。www.schneider-#? 2010年Schneider Electric。保留所有权利。未经版权所有人的书面许可，不得使用、复制、复印、发送或用任何性质的存取系统存储本文的
8、任何部分。www.schneider-1.2.4RIO/DIO连接的10冗余系统采用RI0或DI0方式连接冗余的I0模板的连接方式详见下图 4所示:#? 2010年Schneider Electric。保留所有权利。未经版权所有人的书面许可，不得使用、复制、复印、发送或用任何性质的存取系统存储本文的任何部分。www.schneider-图4 RIO/DIO连接的IO冗余系统#? 2010年Schneider Electric。保留所有权利。未经版权所有人的书面许可，不得使用、复制、复印、发送或用任何性质的存取系统存储本文的任何部分。www.schneider-#? 2010年Schneider
9、 Electric。保留所有权利。未经版权所有人的书面许可，不得使用、复制、复印、发送或用任何性质的存取系统存储本文的任何部分。www.schneider-S908/Modbus Plus#? 2010年Schneider Electric。保留所有权利。未经版权所有人的书面许可，不得使用、复制、复印、发送或用任何性质的存取系统存储本文的任何部分。www.schneider-#? 2010年Schneider Electric。保留所有权利。未经版权所有人的书面许可，不得使用、复制、复印、发送或用任何性质的存取系统存储本文的任何部分。www.schneider-S908 /Modbus Plu
10、s图5a单机型同一机架安装的IO冗余系统S908/Modbus PlusIfj-l L-l125单机型IO冗余系统采用单机型PLC实现IO冗余功能的系统连接方式详见下图5a和图5b所示:图5b单机型不同机架安装的IO冗余系统1.2.6热备（或冗余）型10冗余系统采用热备（或冗余）型PLC实现IO冗余功能的系统连接方式详见下图 6所示：图6热备（冗余）型IO冗余系统MSBY link1.3 IO冗余系统硬件安装和参数设置对于IO冗余系统来说，IO模板利用机架扩展方式或 RIO/DIO连接方式连接时，需遵守以下原则:1.3.1机架扩展方式如果IO模板插入机架的槽位X中，冗余IO模板必须安装在冗余机
11、架的对应槽位X中。具体安装方式详见 图3机架扩展连接的IO冗余系统所示。1.3.2RIO/DIO连接方式利用RIO或DIO方式连接IO冗余系统时，IO模板和冗余IO模板可以安装在同一机架（仅适用于单机系统）或不同机架中。IO模板和冗余IO模板安装在同一机架时的安装方式详见图5a单机型同一机架安装的IO冗余系统所示。IO模板和冗余IO模板安装在不同机架时的安装方式详见图5b单机型不同机架安装的IO冗余系统和图6热备（冗余）型IO冗余系统所示。1.3.3参数设置所有IO模板安装到机架后，根据每个模板的具体连接方式和采集信号的不同，分别设置相应的参数，并调用相应的IO冗余信号处理函数功能块即可实现相
12、应的IO冗余功能。注意：1）如果IO模板和冗余IO模板采用不同机架方式安装时，所有机架地址设置必须唯一。2）采用RIO/DIO连接方式连接IO模板和冗余IO模板时，所有模板分配的内部映射地址必 须唯一（否则模板出现故障后，无法进行判断）#? 2010年Schneider Electric。保留所有权利。未经版权所有人的书面许可，不得使用、复制、复印、发送或用任何性质的存取系统存储本文的任何部分。www.schneider-2当前解决方案目前，施耐德所有PLC产品中Safety Quantum和Premium PLC可支持IO冗余的解决方案，这两种 PLC实现10冗余功能时有各自的优缺点2.1
13、Safety Quantum PLC利用Safety Quantum PLC可以支持单机型或热备型I0冗余系统，在连接I0模板时主要利用RIO方式进行连接。该PLC在实现I0冗余系统时具备如下优点：1) 支持单机型或热备型系统2) 支持电源冗余方案3) 支持通讯冗余4) 通讯电缆利用同轴电缆或光纤方式连接时，可支持远距离连接5) 较高的可靠性和可用性6) 较强的热备性能7) 较强的通道级诊断功能8) 支持通道冗余功能该PLC在实现IO冗余系统时的缺点有：1) 支持的IO模板类型较少2) 通讯协议只支持 Modbus TCP/IP ，Modbus Plus 和Modbus 协议3) 不支持通讯功能块读写和 PID等高级指令操作4) 不支持自定义函数功能块开发5) 成本较高2.2 Premium PLC利用Premium PLC可以支持单机型或热备型IO冗余系统，在连接IO模板时主要利用扩展机架方式进行连接。 该PLC在实现IO冗余系统时具备如下优点：1) 支持单机型或热备型系统2) 支持的IO模板类型较多3) 支持PID等多种高级指令操作及多种定制函数库4) 具有多种灵活的IO模板连接附件5) 以太网模板故障可引发热备系统切换6) 较强的通道级诊断功能7) 支持通道冗余功能8) 支持自定义函数功能块开发9) 价格适中该PLC在实现10冗余系统时的缺点有：1) 不支持电源冗
