軟件冗余是Siemens實(shí)現冗余功能的一種低成本解決方案,可以應用于對主備系統切換時(shí)間要求不高的控制系統中。

A．系統結構

Siemens軟件冗余系統的軟件、硬件包括：

1套STEP7編程軟件（V5.x）加軟冗余軟件包(V1.x)；

2套PLC控制器及I/O模塊，可以是S7-300或S7-400系統；

3條通訊鏈路，主系統與從站通訊鏈路（PROFIBUS 1）、備用系統與從站通訊鏈路（PROFIBUS 2）、主系統與備用系統的數據同步通訊鏈路（MPI 或 PROFIBUS 或 Ethernet）；

若干個(gè)ET200M從站，每個(gè)從站包括2個(gè)IM153-2接口模塊和若干個(gè)I/O模塊；

除此之外，還需要一些相關(guān)的附件，用于編程和上位機監控的PC-Adapter（連接在計算機串口）或CP5611（插在主板上的PCI槽上）或CP5511（插在筆記本的PCMIA槽里）、PROFIBUS電纜、PROFIBUS總線(xiàn)鏈接器等；

下圖說(shuō)明了軟冗余系統的基本結構：

可以看出，系統是由兩套獨立的S7-300或S7-400 PLC系統組成，軟冗余能夠實(shí)現：

I．主機架電源、背板總線(xiàn)等冗余；

II．PLC處理器冗余；

III．PROFIBUS現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )冗余（包括通訊接口、總線(xiàn)接頭、總線(xiàn)電纜的冗余）；

IV．ET200M站的通訊接口模塊IM153-2冗余。

軟冗余系統由A和B兩套PLC控制系統組成。開(kāi)始時(shí)，A系統為主，B系統為備用，當主系統A中的任何一個(gè)組件出錯，控制任務(wù)會(huì )自動(dòng)切換到備用系統B當中執行，這時(shí)，B系統為主，A系統為備用，這種切換過(guò)程是包括電源、CPU、通訊電纜和IM153接口模塊的整體切換。系統運行過(guò)程中，即使沒(méi)有任何組件出錯，操作人員也可以通過(guò)設定控制字，實(shí)現手動(dòng)的主備系統切換，這種手動(dòng)切換過(guò)程，對于控制系統的軟硬件調整，更換，擴容非常有用，即Altering Configuration and Application Program in RUN Mode 。

B．系統工作原理

在軟冗余系統進(jìn)行工作時(shí)，A、B控制系統（處理器，通訊、I/O）獨立運行，由主系統的PLC掌握對ET200從站中的I/O控制權。A、B系統中的PLC程序由非冗余（non-duplicated）用戶(hù)程序段和冗余（redundant backup）用戶(hù)程序段組成，主系統PLC執行全部的用戶(hù)程序，備用系統PLC只執行非冗余用戶(hù)程序段，而跳過(guò)冗余用戶(hù)程序段。

下面我們看一下軟冗余系統中PLC內部的運行過(guò)程：

主系統的CPU將數據同步到備用系統的CPU需要幾個(gè)程序掃描循環(huán)：

數據同步所需要的時(shí)間取決于同步數據量的大小和同步所采用的網(wǎng)絡(luò )方式（圖2中的紫色網(wǎng)絡(luò )線(xiàn)），MPI方式周期最長(cháng)，PROFIBUS方式適中，Ethernet網(wǎng)方式最快。

主備系統的切換時(shí)間  = 故障診斷檢測時(shí)間 + 同步數據傳輸時(shí)間 + DP從站切換時(shí)間用戶(hù)需要在初始化程序中（OB100）定義冗余部分的數據區，該數據區可以包括：一個(gè) 過(guò)程映象區（process image area），一個(gè)定時(shí)器區（IEC timer area），一個(gè)計數器區（IEC counter area），一個(gè) 位地址區（memory address area）和一個(gè) 數據塊區（data block area），S7-300同步的最大數據量為8 kBytes，S7-400同步的最大數據量64kBytes。

如果CPU的故障是停機或斷電，則故障診斷為大約100－1000毫秒，315－2DP同步1000字節的數據所需的時(shí)間大約為200－300ms，8個(gè)DP從站的切換時(shí)間在100ms左右。您可以在軟冗余手冊當中找到關(guān)于切換時(shí)間的具體說(shuō)明。

無(wú)論控制程序循環(huán)掃描到哪里，當前激活的系統（即主系統）隨時(shí)都會(huì )接收并處理報警，這樣，在主系統A與備用系統B進(jìn)行切換過(guò)程中產(chǎn)生的alarm存在被丟失的可能。