Transcript 冗余系统培训(新).

QnPRHCPU
冗余系统
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、CCLINK 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
高可靠性
冗余系统的构成1（ CPU, 基板, 电源和网络）
企业级网
GX Developer
PX Developer
第3方软件
(SCADA, 数据
登录, 等)
MELSECNET/H PCI
板
Ethernet
MELSECNET/H PLC to PLC
冗余系统
MELSECNET/H
PLC to PLC
以太网
MELSECNET/H
PLC to PLC
以太网
控制系统
待机系统
数据跟踪
MELSECNET/H
远程主站
MELSECNET/H 远
程备用主站
MELSECNET/H Remote I/O
冗余的电源
站1
冗余电源扩展基板
站64
冗余系统的构成2带扩展
Q Q25
6 PR
2 H
P
Q Q25
6 PR
2 H
P
Q65WRB
电源系列
号081103
以后
Q6
4R
P
冗余CPU系列
号09012以后
Q6
4R
P
Q6
4R
P
Q6
4R
P
Q68RB
可以扩展6级
Q6
4R
P
Q6
4R
P
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), QC30TR (3m)
冗余电源: Q64RP
主基板/扩展基板: Q35B\Q38RB, 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：
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22ms(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：
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CPU性能规格
高可靠性
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
系统切换
待机系统
控制系统
故障
整个基板可以
被替换
数据跟踪
跟踪电缆
控制系统
高可靠性
冗余CPU
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
显示冗余系统状态的LED
标准Q系列CPU 运行状态
的LED
存储卡插槽
操作和 DIP 开
关
跟踪电缆的连接
口
USB 口
编程口
RS232 口
高可靠性
冗余的电源 (Q64RP)
冗余的电源可以安装于主基板(Q64RP)和扩展基板上（Q68RB*）
OPS
Ethernet
冗余电源
跟踪电缆
MELSECNET/H Remote I/O
*Extension base units are used for remote I/O stations and not directly connected to the redundant main bases
高可靠性
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 控制主站的故障对于OPS 也是透明的，无需重新连接
或者系统复位
GX Developer
PX Developer
第3方软件
(SCADA, 数据
登录, 等)
通讯故障
OPS
Ethernet
以太网模块
以太网模块t
系统切换
控制系统
待机系统
跟踪电缆
MELSECNET/H Remote I/O
冗余的电源
站1
站 64
控制系统
高可靠性
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
系统切换
控制系统
待机系统
故障
跟踪电缆
MELSECNET/H
远程主站
成为新的
MELSECNET/H 远程
主站
MELSECNET/H Remote I/O
冗余电源
站1
冗余电源 扩展基板
站 64
控制系统
冗余系统涉及的一些概念
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系统与B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）
热启动模式：是指在保持软元件状态下进行运算的模式。（步进
继电器、变址寄存器等软元件将被清除）
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
高可靠性
系统的核对统一性检查
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。
程序
程序
系统核对的内容:
程序
程序
程序内容（参数、程序、软元件初始值） 参数
参数
运行状态的监视
模块安装状态的监视
控制系统
待机系统
存储卡的的状态
参数有效驱动器
跟踪电缆
控制系统与待机系统切换功能
自动进行的系统切换（在备份模式下）
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
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
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
1
替换CPU模块
控制系统
待机系统
3
存储器拷贝
跟踪电缆
2
执行存储器拷贝功
能
GX Developer
便于维护
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
远程主站
脉冲输入模块
远程副控制站
跟踪电缆
MELSECNET/H Remote I/O
热插拔
远程I/O站
高可靠性
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
控制系统
待机系统
100K 字
跟踪电缆
易于使用
多种工程环境
使用GX Developer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
MELSECNET/H 设置
CC-Link 设置
待机系统
控制系统
Ethernet 设置s
跟踪电缆
下载
PX Developer
GX Developer
PLC 跟踪设置
参数设置
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
CPU模块l
处理时间 (位触
点)
程序存储器
(步, 字节)
Mitsubishi
QnPRHCPU
GE Fanuc
系列 90-70
Siemens
S7-400H
Rockwell
ProcessLogix
ControlLogix
Schneider
Quantum
Omron
CS1D
Q12PRHCPU
Q25PRHCPU
IC697CGR935
CPU414-4H
1756-L55M13
140 CPU 434 12A
CS1D-CPU67H
34ns
400ns
100ns
80ns
500ns
20ns
1.5MB (可以扩展到
7.5MB)
2MB
250K (1MB)
800KB (用于数据存储)
No
48MB
2根光纤(无冗余) 3m
基板 (两个CPU在同一基板
上)
12kword state RAM
n/a (双重PLC扫描)
Q12PRH: 124k
(496kB)
Q25PRH: 252k (1MB)
384KB
1MB CMOS RAM
可外接存储卡
32MB max
数据跟踪通道
专用电缆 1x (3m)
跟踪数据大小
200K bytes
(100K 字)
48K 字节
切换时间
22ms (48K字)
46ms (100K字)
64ms
网络冗余
Ethernet
MELSECNET/H
Genius I/O
8K
数字量 24K
模拟量 8K
I/O 软元件点数
双重PLC编程
装载存储器 64MB (用
于参数等 .)
2根或者更多总线电缆 2根光纤 (10m – 500m)
1根光纤 (100m)
取决于一个扫描周期内
取决于内存大小和更改
执行的数据量 (256 字
的数据大小
节 组)
75ms + 0.7ms / KB (取 80ms到 220ms (大约, 38ms (基于默认的数据
决于更改的数据块)
基于 NUT)
跟踪大小，12k字)
LAN network
Profibus DP
数字量 130K
模拟量 8K
ControlNet
Ethernet
Modbus Plus
Prop. remote I/O
Ethernet
Controller Link
Sysbus remote I/O
128K
128K
5K
不
不，只下载到激活的CPU
独立
冗余
独立
冗余
是， 自动下载到两个 不, 每个CPU需要通过 直接和主机相连，然后 下载到主要CPU, 工程
CPU中
串口独立编程
自动拷贝到待机
自动拷贝
CPU运行模式
独立
冗余
独立
冗余
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
独立
冗余
520ms 增长扫描时间
独立
冗余
2在主CPU和待机CPU 在每个机架（2 槽） 每个机架都有1个 CHS 在两个CPU（2槽）之间有1
两侧都有两个同步模块 上都有一个SRM 模块
热待机模块
个双工单元
点到点网络硬件对比
Mitsubishi
GE- Fanuc
Siemens
Rockwell
Schneider
MELSECNET/H
Genius I/O Bus
Profibus DP
ControlNet
Modbus Plus
最大速度
25Mbps
153.6 Kbps
12Mbps
5Mbps
1Mbps
最大距离
30km
(回路)
610m
9.6km
20km
5km
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
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)
环路：64, 总线：32
16 (版本3.0的CPU:31）
32 (带中继器126)
99 (64通道/模块)
63
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
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
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/
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)
拓扑
网络上的
节点数
电缆
设备层网络 硬件对比
Mitsubishi
GE- Fanuc
Siemens
Rockwell
CC-Link
通用I/O 总线
Profibus DP
DeviceNet
10Mbps
153.6 Kbps
12Mbps
500kbps
最长距离
1.2km
( 156kbps)
610m
9.6km
500m
控制方法
广播轮询法
令牌传送
令牌传送
UCMM
总线, 树
总线
总线, 树
树
64
16 (版本3.0的CPU：31)
32 (带中继器：126)
64
屏蔽双绞线
屏蔽双绞线
屏蔽电缆
屏蔽电缆
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
918 字节
256 字节
244 字节
8 字节 (strobe)
255 字节 (轮询)
最大的传输速度
拓扑
网络节点数
电缆
通讯方法
数据大小/包
GE Fanuc(90-70系列)
GBC
RCM
BTM
CPU
PS
GBC
RCM
BTM
CPU
PS
终端I/O电缆
Block
Block
I/O
I/O
I/O
Scanner
PS
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
Siemens (S7-400H)
CPU
PS
PS
CPU
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
光纤电缆
Profibus DP (冗余t)
I/O
PB-DP
PB-DP
PW
PW
Rockwell (ControlLogix)
光纤通讯电缆
ControlNet
冗余的电源
PW
I/O
I/O
I/O
CNB
PW
SRM
CNB
ENBT
CPU
PS
SRM
CNB
ENBT
CPU
PS
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
Schneider (Quantum)
CHS
RIO
PLC
PS
CHS
RIO
PLC
PS
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
没有冗余的电源
系统间数据传送的复杂的状态RAM概念
光纤通讯电缆
RIO drop 1
RIO drop 2
Omron (CS1D)
PS
PS
CPU
Duplex
Unit
CPU
冗余电源
总线连接电缆
I/O
I/O
I/O
I/O
Connector
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
谢谢静听