冗余系统培训新课件.ppt

1、冗余系统的概要冗余系统中，将CPU模块、电源模块、网络模块（H网、CC-LINK IE、以太网CC-LINK网）等基本系统冗余化，一个系统的模块发生异常时可通过另一个系统继续进行控制，系统可靠性得以提高。（使用CC-LINK IE时，CPU系列号10042以后，网络模块D版本或以后）将2套在主机板上安装有上述模块的系统，使用热备电缆连接个CPU,即构成冗余系统冗余系统的构成冗余系统的构成1 1（CPU,CPU,基板基板,电源和网络）电源和网络）数据跟踪控制系统待机系统冗余系统站 1站64冗余的电源企业级网GX DeveloperPX Developer第3方软件(SCADA,数据登录,等)ME

2、LSECNET/H PCI 板冗余电源扩展基板MELSECNET/H 远程主站 MELSECNET/H 远程备用主站MELSECNET/H PLC to PLCMELSECNET/H PLC to PLC以太网以太网高可靠性 冗余系统的构成冗余系统的构成2 2带扩展带扩展Q62PQ25PRHQ62PQ25PRHQ64RPQ64RPQ65WRBQ64RPQ64RPQ68RBQ64RPQ64RP可以扩展6级电源系列号081103以后冗余CPU系列号09012以后系统配置（低成本）一些最新的先进产品用于冗余系统:CPU 模块:Q12PRHCPU,Q25PRHCPU跟踪电缆:QC10TR(1m),QC

3、30TR(3m)冗余电源:Q64RP主基板/扩展基板:Q35BQ38RB,Q68RB(两个都是 8 槽),Q65WRB可以使用目前已有的Q系列的标准产品：如基板，I/O模块，智能模块，网络模块等QnPRH 冗余系统特点：特点：高速的CPU处理(沿用Q系列高性能特点)在CPU,电源,网络模块(以太网和MELSECNET/H)和网络电缆上的冗余无须停止和断电系统就可以更换安装在远程I/O系统上的模块无限制的PID回路（仍可以使用Q过程CPU的专用过程控制指令）可以使用标准的Q系列部件，无须担心特定的模块（为物流减轻了压力）100k字的大容量跟踪数据的大小 极快的系统切换,从控制系统到待机系统一般2

4、2ms(48k字)程序自动下载到待机系统，无须两次下载当发生故障的时候(CPU和网络故障)，保持持续的运行IEC61131支持的编程结构MELSECNET/H远程I/O网络特点：特点：25Mbps 的高速数据传送速度令牌传送控制方法确保了决定性控制双环光纤循环传送在冗余的电缆和网络上自动环路切换和环路回送的通讯功能高防噪性全面兼容企业网(SCADA 等)，无须停止/启动系统就可以进行无扰动切换主站和备用主站的自动切换智能RAS功能：网络故障或者电缆破损后的自动改道功能连接状态的诊断使用专用联结寄存器自动检查远程I/O站的冗余电源远程站上的在线模块更换即使系统切换，仍然保持和OPS系统通讯冗余C

5、PU性能规格冗余 CPU（Q12PRHCPU、Q25PRHCPU）当控制系统出现故障时,通过控制系统的数据持续地热备发送至待机系统而实现。通过切换到待机系统来确保系统继续运行(热待机系统)如果主基板出现故障,无须停止整个冗余系统就可以替换整个基板高可靠性 整个基板可以被替换数据跟踪跟踪电缆故障控制系统待机系统控制系统系统切换冗余CPU高可靠性两个系统都执行同样的程序,当控制系统的CPU出现故障时，待机的CPU就会接管系统的控制一定量的特殊继电器和寄存器提供冗余系统状态等信息系统的切换可以通过顺控程序中的专用指令（SP.CONTSW)来完成跟踪电缆用来提供两个系统之间数据传送的通道显示冗余系统状

6、态的LED标准Q系列CPU 运行状态的LED跟踪电缆的连接口存储卡插槽USB 口RS232 口编程口操作和 DIP 开关冗余的电源(Q64RP)高可靠性 跟踪电缆冗余的电源可以安装于主基板(Q64RP)和扩展基板上（Q68RB*）OPS冗余电源*Extension base units are used for remote I/O stations and not directly connected to the redundant main bases冗余的以太网（QJ71E71-100)当以太网模块发生故障，或者通讯电缆断线时，系统自动切换EZSocket 确保OPS 控制主站的故障对

7、于OPS 也是透明的，无需重新连接或者系统复位高可靠性 跟踪电缆控制系统待机系统站 1站 64冗余的电源GX DeveloperPX Developer第3方软件(SCADA,数据登录,等)以太网模块以太网模块tOPS通讯故障控制系统系统切换MELSECNET/H 远程 I/O 冗余网络QJ71LP21-25/QJ71LP25-25当远程主站发生故障时，控制站或者远程I/O站继续运行主站自动作为新的待机站返回网络高可靠性 跟踪电缆控制系统待机系统站 1站 64冗余电源冗余电源 扩展基板MELSECNET/H 远程主站成为新的 MELSECNET/H 远程主站故障系统切换控制系统冗余系统涉及的一

8、些概念A系统与B系统的决定控制系统与待机系统控制系统与待机系统的决定确认系统的运行模式启动模式A A系统与系统与B B系统、控制系统与待机系统系统、控制系统与待机系统在冗余系统中，将电源、CPU模块、主基板、网络模块冗余化。（两套在主基板上安装同一型号的电源模块、网络模块的系统使用热备电缆连接各CPU模块，热备电缆的连接方向决定A系统B系统，同时启动A系统B系统时。A系统为控制系统，B系统为待机系统）在冗余系统中，一个系统 CPU模块进行运算与控制，（称为控制系统），另一个系统作为备份，不进行运算，（称为待机系统）控制系统与待机系统的决定确认控制系统与待机系统取决于系统的电源启动或 CPU的复

9、位解除顺序。同时启动A系统B系统时。A系统为“控制系统”，B系统为“待机系统”不同时启动A系统B系统时：A系统的电源与B系统的电源，先启动的为“控制系统”，后启动的为“待机系统”A系统CPU模块与B CPU模块复位时，先解除复位的 CPU为“控制系统”，后解除复位的 CPU为“待机系统”CPU模块的“CONTROL LED”亮起的系统为控制系统(SM1515 ON,SM1516 OFF),“CONTROL LED”灭灯的系统为“待机系统”(SM1515 OFF,SM1516 ON).运行模式(3种)备份模式(back up):是进行冗余系统的通常运行模式分开模式(separate):是冗余系统

10、运行过程中,进行系统维护(修改部分程序更换主基板上的模块)时无需停止控制的运行模式调试模式(debug):冗余系统的一个系统(单系统)中,为在运行前进行调试的模式.(即使未连接热备电缆也不会发生错误)启动模式(2种）启动模式是指系统接通电源时或解除复位时决定软元件状态的模式。初始启动（缺省）：将锁存范围设置的软元件、文件寄存器以外的软元件全部清除（字元件：0，位元件：OFF)后进行运算的模式。启动模式(2种）启动模式注意：由于系统切换而启动新控制系统时，无论设置为那种启动模式，都将以“热启动”模式启动冗余系统的功能系统的核对统一性检查系统的切换功能运行模式的变更热备传送功能在线程序写入的冗余跟

11、踪功能从控制系统向待机系统的存储复制功能在线更换模块系统的核对统一性检查高可靠性 跟踪电缆程序程序参数程序程序参数控制系统待机系统在冗余系统中，为使冗余系统在发生了系统切换时能继续进行控制，需要将控制系统与待机系统构成、参数、程序。不断的系统核查的特点确保了待机系统可以有效的接管控制。两系统同一性检查在下列时间进行：1.两系统的电源同时启动。2.两系统的CPU同时解除复位。3.控制系统CPU模块进行END处理时 4.热备电缆重新连接时。系统核对的内容:程序内容（参数、程序、软元件初始值）运行状态的监视模块安装状态的监视存储卡的的状态参数有效驱动器控制系统与待机系统切换功能自动进行的系统切换（在

12、备份模式下）是指冗余CPU判断是否需要进行系统切换之后，自动切换控制系统与待机系统的方法（发生在出错停止、电源OFF、复位、网络模块的切换要求）用户切换（在备份模式或分开模式下）是指在系统运行中用户任意进行的系统切换。有“由GX Developer 进行的系统切换”与“由系统切换指令（SP.CONTSW)进行系统切换”系统切换：发生切换原因时立即执行切换。用户切换：发生切换原因时的扫描的 END处理后执行。系统切换用户切换用户切换运行模式的变更由备份模式变更为分开模式的变更由分开模式变更为备份模式的变更热备发送功能热备发送功能是指将控制系统与待机系统的数据保持统一，以确保控制系统停机时，冗余系

13、统的待机系统可继续运行。（冗余CPU中热备发送设置数据为缺省设置，即使不进行跟踪设置，也能进行热备发送，一次热备发送可发送内部软元件与信号流内存共100K字节）用户设置发送范围进行发送的数据在以下情况可变更：需要缩短热备发送的时间需要增加热备发送的软元件（文件寄存器、报警器）想用程序任意变更热备传送的时间需要传送信号流内存时程序的写入对于备份模式中在线程序的写入，为使控制系统与待机系统的CPU模块的程序具有一致性，需要对控制系统与待机系统的CPU模块写入同一程序。CPU模块在停止中写入CPU模块在运行中写入从控制系统向待机系统的存储复制功能是指把控制系统CPU模块的参数、程序、文件寄存器等数据

14、传送到待机系统CPU模块，与控制系统CPU模块保持一致。（包括标准RAM、标准ROM以及程序内存。存储卡不能进行复制）在进行待机系统CPU模块更换等情况下，可使控制系统与待机系统CPU模块的存储内容相同。通过GX Developer的存储复制功能根据特殊继电器与寄存器的方法（SM1596 OFF,3D1H存储到SD1595)完成的确认：SM1597 ON,SD1596为0,BAKEUP红灯点亮，从控制系统向待机系统的存储复制功能当CPU模块被更换后，无须停止运行的系统，储存在控制系统的程序可以直接导入新的待机CPU模块跟踪电缆GX Developer存储器拷贝控制系统待机系统执行存储器拷贝功能

15、替换CPU模块213支持在线更换模块在线更换模块(热插拨)在远程I/O站上也可以更换模块支持在线更换的模块种类:Q 系列I/O模块A/D 和 D/A 转换模块温度输入模块温度控制模块脉冲输入模块便于维护 跟踪电缆远程I/O站远程副控制站远程主站热插拔大容量数据跟踪大容量跟踪数据的建立：100K 字极快的跟踪时间：22ms(48K 字)两种运行模式:同步跟踪模式程序优先模式(更快的扫描时间)使用GX/PX Developer 容易设置跟踪参数高可靠性 跟踪电缆控制系统待机系统100K 字多种工程环境易于使用 跟踪电缆控制系统待机系统PX DeveloperGX Developer下载使用GX D

16、eveloper为两个系统编制程序时，无须创建/下载两个独立的系统容易设置参数各种的诊断功能方便了系统维护Ethernet 设置sPLC 跟踪设置参数设置CC-Link 设置MELSECNET/H 设置兼容性好兼容MELSEC A/QnA,Q（基本型/高性能型/过程CPU）程序程序可以容易的使用GX Developer 进行转换，无须专门的转换软件QnPRHCPU和Q4AR的冗余系统可以在PLC和PLC之间的MELSECNET/10网络中混合使用CPU硬件特性MitsubishiQnPRHCPUGE Fanuc系列系列 90-70SiemensS7-400HRockwellProcessLog

17、ixControlLogixSchneiderQuantumOmronCS1DCPU模块模块lQ12PRHCPU Q25PRHCPUIC697CGR935CPU414-4H1756-L55M13140 CPU 434 12ACS1D-CPU67H处理时间处理时间(位触点位触点)34ns400ns100ns80ns500ns20ns程序存储器程序存储器(步步,字节字节)Q12PRH:124k(496kB)Q25PRH:252k(1MB)1MB CMOS RAM384KB1.5MB(可以扩展到 7.5MB)2MB250K(1MB)800KB(用于数据存储)装载存储器 64MB(用于参数等.)可外接

18、存储卡可外接存储卡32MB maxNo48MB数据跟踪通道数据跟踪通道专用电缆 1x(3m)2根或者更多总线电缆 2根光纤(10m 500m)1根光纤(100m)2根光纤(无冗余)3m基板(两个CPU在同一基板上)跟踪数据大小跟踪数据大小200K bytes(100K 字)48K 字节取决于内存大小和更改的数据大小取决于一个扫描周期内执行的数据量(256 字节 组)12kword state RAMn/a(双重PLC扫描)切换时间切换时间22ms(48K字)46ms(100K字)64ms75ms+0.7ms/KB(取决于更改的数据块)80ms到 220ms(大约,基于 NUT)38ms(基于默

19、认的数据跟踪大小，12k字)520ms 增长扫描时间网络冗余网络冗余EthernetMELSECNET/HGenius I/OLAN network Profibus DPControlNetEthernetModbus PlusProp.remote I/OEthernetController LinkSysbus remote I/OI/O 软元件点数软元件点数8K 数字量 24K模拟量 8K 数字量 130K模拟量 8K128K128K5K双重双重PLC编程编程是，自动下载到两个 CPU中不,每个CPU需要通过串口独立编程直接和主机相连，然后自动拷贝到待机下载到主要CPU,工程自动拷贝不

20、不，只下载到激活的CPUCPU运行模式运行模式独立冗余独立冗余独立冗余独立冗余独立冗余独立冗余冗余通讯功能冗余通讯功能嵌入C PU模块内部系统两侧都有2块独立模块2在主CPU和待机CPU两侧都有两个同步模块在每个机架（2 槽）上都有一个SRM 模块每个机架都有1个 CHS 热待机模块在两个CPU（2槽）之间有1个双工单元点到点网络硬件对比MitsubishiGE-FanucSiemensRockwellSchneiderMELSECNET/HGenius I/O BusProfibus DPControlNetModbus Plus最大速度最大速度25Mbps153.6 Kbps12Mbps5

21、Mbps1Mbps最大距离最大距离30km(回路)610m9.6km20km5km控制方法控制方法令牌传送令牌传送令牌传送基于 RTI 的标签(Requested Time Interval)令牌总线拓扑拓扑回路/总线总线(用于冗余的树)总线,数总线,星形,环形多点(分线电缆)网络上的网络上的节点数节点数环路：64,总线：3216(版本3.0的CPU:31）32(带中继器126)99(64通道/模块)63电缆电缆光纤/同轴电缆屏蔽的双绞线屏蔽的电缆光纤/同轴电缆双绞线电缆冗余电缆冗余可能(光纤)可能（使用两块总线控制模块）可能，通过 Y-link 连接器可以,使用R-type CNB 模块可以

22、通讯方法通讯方法广播循环点到点的信息循环循环非循环PTP信息(瞬时/重复)PTP信息全球网络数据数据大小数据大小/包包2000 字节256字节244字节500字节200 字节(PTP信息)64 字节(全球数据库)设备层网络 硬件对比MitsubishiMitsubishiGE-FanucGE-FanucSiemensSiemensRockwellRockwellCC-LinkCC-Link通用通用I/O I/O 总线总线ProfibusProfibus DP DPDeviceNetDeviceNet最大的传输速度 10Mbps153.6 Kbps12Mbps500kbps最长距离1.2km(1

23、56kbps)610m9.6km500m控制方法广播轮询法令牌传送令牌传送UCMM拓扑总线,树总线总线,树树网络节点数6416(版本3.0的CPU：31)32(带中继器：126)64电缆屏蔽双绞线屏蔽双绞线屏蔽电缆屏蔽电缆通讯方法自动刷新瞬时信息循环循环非循环Strobe,轮询,状态改变,循环信息数据大小/包 918 字节256 字节244 字节8 字节(strobe)255 字节(轮询)GE Fanuc(90-70系列)优点通过同步CPU实现无冲击的切换独立的冗余通讯模块实现了CPU选择的灵活性手动按钮实现了手工切换控制系统缺点两边都需要两个冗余通讯模块跟踪电缆只能达到 7.5 米很慢的指令

24、执行速度每个CPU必须独立编程有限的数据跟踪的大小 48k字更换模块必须切断整个机架的电源切换时间可能不符合对时限要求严格的场合没有冗余的电源PSCPUBTMRCMGBCPSCPUBTMRCMGBC终端I/O电缆PSScannerI/OI/OI/OBlockBlock优点数据跟踪大小无限制双环系统同步光纤实现了传送速度块和较长站和站的距离使用已经完善的Profibus DP实现网络冗余（I/O冗余同样）大量的标准部件可使用缺点系统两侧需要两个冗余通讯接口由于过多的跟踪数据和同步程序执行的结构，切换时间可能不符合对时限要求严格的场合跟踪电缆与较便宜的双绞线相比偏贵 比正常系统增加的冗余通信量导致

25、较低的通讯性能,冗余系统的组态需要冗另外的软件进行组态复杂的软件系统建立过程更换在线模块必需关掉整个系统Siemens(S7-400H)PSCPUPSCPU 光纤电缆PWPWPB-DPPB-DPI/OProfibus DP(冗余t)优点系统间的数据存储器智的同步性两边各需要一个系统冗余模块基于控制网络系统的标签众所周知的品牌和ControlNet网络缺点和基板分开的冗余电源需要另外接线 （只有一根电源线），是潜在的故障点扫描时间的不断增长，是普通扫描时间30倍系统冗余模块占额外的2个I/O插槽CPU 指令执行性能性非常差为了使系统步调一致需要复杂的是数据管理过程需要独立软件来设置系统管理模块待

26、机控制器需要的标签是普通控制器两倍（交叉装载）整个程序的设计复杂耗时Rockwell(ControlLogix)PSCPUENBTCNBSRM光纤通讯电缆ControlNetPSCPUENBTCNBSRMCNBI/OI/OI/OPWPW冗余的电源优点通过同步CPU实现无冲击切换.光纤通讯实现了系统间的数据快速传送手动开关允许手动切换控制系统实现了CPU,网络和I/O冗余冗余系统方面的较长历史缺点两边都需要2个冗余通讯模块需要使用两根跟踪电缆建立数据传送，无双工特点每个CPU必须分别编程非常慢的指令执行速度(500ns)有限的数据跟踪大小(12k字)麻烦的CHS模块的设置，需要使用独立的软件没有

27、冗余的电源系统间数据传送的复杂的状态RAM概念Schneider(Quantum)PSPLCRIOCHSPSPLCRIOCHS 光纤通讯电缆RIO drop 1RIO drop 2优点通过同步CPU实现无冲击的切换由于安装在一个基板上而使安装容易化手动按钮实现了手动切换控制系统缺点整个系统安装在一个基板上，因此缺乏了安装灵活性 高成本的冗余方案大量无统一标准的部件的使用：如基板，等电源扫描时间的递增,达到520ms有限的外部I/O点数,5K点独立的内置板需要了解过程控制指令，不是标准指令Omron(CS1D)PSCPUDuplex UnitCPUPS总线连接电缆冗余电源I/OConnectorI/OI/OI/O精品精品课课件件！精品精品课课件件！谢谢静听