PLC軟冗余系統(tǒng)軟硬件組成及實現(xiàn)原理

若數(shù)據(jù)接收完成是在備CPU調(diào)用FBl01執(zhí)行接收功能之前，則備CPU將馬上得到主CPU狀態(tài)，并在調(diào)用發(fā)送功能時備CPU切換成主CPU。此時tD最小，僅為一個FBl01的執(zhí)行時間，即
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若數(shù)據(jù)接收完成是在備CPU調(diào)用FBl01執(zhí)行接收功能之后，則備CPU要等到下個周期調(diào)用接收功能時才能獲得主站的狀態(tài)控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，并在調(diào)用發(fā)送功能時切換成主CPU。此時tD是最大的。
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由以上分析可知，在以下2種情況將得到這2類故障主備CPU切換時間的極限值。
a．如果故障發(fā)生后主CPU馬上發(fā)送故障狀態(tài)，并且備CPU接收完數(shù)據(jù)是在備CPU調(diào)用接收功能之前，主備切換時間是最短的。
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b．如果故障發(fā)生時主CPU已經(jīng)開始發(fā)送數(shù)據(jù)。并且此數(shù)據(jù)發(fā)送完畢是在主CPU調(diào)用完發(fā)送數(shù)據(jù)功能之后，而備CPU接收完數(shù)據(jù)是在備CPU調(diào)用完接收功能時，主備切換時問是最長的。
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以上所涉及的時間中，tE、t．和k所占比重最大，其余時問經(jīng)測量均約為1 ms。如果要減小主備切換時間，必須減小tE、t，和k。要減小tE就要減少ET200M從站數(shù)量，即在滿足要求的情況下減少I／0數(shù)量。減少t。最好的方法是選擇主站與備站之間較快的數(shù)據(jù)同步通信方式。如Profibus總線方式比西門子PLC自帶的MPI方式能在較短的時間內(nèi)發(fā)送更多個字節(jié)數(shù)據(jù)。但前一種方式需要另外配置通信模塊。k為PLC循環(huán)掃描周期，與用戶程序長度有關(guān)。典型的中等規(guī)模的PLC控制系統(tǒng)，經(jīng)計算主備切換時間的極限值范圍約為150---500 ms。
3、數(shù)據(jù)同步時間分析
在PLC軟冗余系統(tǒng)中，要使主系統(tǒng)發(fā)生故障時，備系統(tǒng)接替主系統(tǒng)繼續(xù)工作，則系統(tǒng)在正常運行時，主控制器必須把需要同步的數(shù)據(jù)發(fā)送給備控制器，從而當(dāng)故障發(fā)生時能夠?qū)崿F(xiàn)無擾切換。
數(shù)據(jù)同步時間是指系統(tǒng)正常運行時，主站將同步數(shù)據(jù)發(fā)送至備站所需時間。西門子軟冗余系統(tǒng)的數(shù)據(jù)同步是根據(jù)數(shù)據(jù)量的大小通過定時中斷方式分多次進行，單次同步的數(shù)據(jù)量相同。主CPU在同步開始時將所有需要同步的數(shù)據(jù)保存起來，然后每次發(fā)送相同長度的數(shù)據(jù)塊到備CPU。備CPU每接收到一個數(shù)據(jù)塊就將其分配到對應(yīng)的地址空間中去。這種方式將時間平均分配到了各個執(zhí)行周期，避免了單次發(fā)送所有數(shù)據(jù)消耗過多時間。但是這也導(dǎo)致了備站得到的數(shù)據(jù)將滯后手主站。
通過分析可知控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，數(shù)據(jù)同步時間為
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其中，LD為同步數(shù)據(jù)量。它為PLC輸出過程映像區(qū)、位地址區(qū)所有冗余數(shù)據(jù)塊、定時器和計數(shù)器的背景數(shù)據(jù)塊和非冗余數(shù)據(jù)塊長度之和。N為1次數(shù)據(jù)傳送量，與數(shù)據(jù)同步方式有關(guān)。如Profibus總線方式可在1．5 Mbit／s傳輸速率下。每60 ms傳送240個字節(jié)數(shù)據(jù)。而西門子PLC自帶的MPI方式只能在187．5 Kbit／s傳輸速率下，每152 ms傳送76個字節(jié)數(shù)據(jù)。行為傳送1次數(shù)據(jù)程序執(zhí)行周期數(shù)，即
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式中td為傳送1次數(shù)據(jù)的時間，與數(shù)據(jù)同步方式有關(guān)；Tob35為定時中斷間隔時間。
為減小數(shù)據(jù)同步時間，應(yīng)盡量減少同步數(shù)據(jù)量LD，選擇較快的數(shù)據(jù)同步方式以增加1次數(shù)據(jù)傳送量N和減少傳送1次數(shù)據(jù)時間td。典型的中等規(guī)模PLC控制系統(tǒng)，數(shù)據(jù)同步時間可能超過l s。
4、結(jié)論
綜上所述，PLC軟冗余系統(tǒng)出現(xiàn)特定故障時，系統(tǒng)通過軟件冗余主備切換機制，使備站在經(jīng)過主備切換時間后接替主站保持系統(tǒng)繼續(xù)T作，避免系統(tǒng)停止運行。主備切換完成后，備用系統(tǒng)以最后一次完整的同步數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)執(zhí)行控制任務(wù)。PLC軟冗余系統(tǒng)主備切換的功能控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，達到了提高可靠性、降低成本的目的。
但是，由于主備切換時間較長，在主備切換過程中系統(tǒng)暫時失去了控制功能，故不適合實時性要求較高的控制場合。PLC軟冗余系統(tǒng)比較適合應(yīng)用于實時性要求較低的過程控制應(yīng)用場合。