四种PLC双机热备的比较
基于PLC的双机热备系统
基于PLC的双机热备系统吴影生【摘要】In order to solve the 24-hour uninterrupted operation problem of a turntable driving system, a dual-redundancy control system based on programmable logic controller(PLC) was designed. With reference to the beartbeat mechanism concept, which was used in computer cluster technology systems, PLC input and output ports were designed to data monitoring channel to control the switching between the master and the slave. After analysis of the principle, the method of hardware and the software was given. The turntable driving system has been worked for two years and the operation results indicate that the system is advanced, reliable and flexible. The application of this dual-redundancy system in industry control system will help to improve reliability and reduce fault.%为解决某转台驱动系统的24小时连续不间断运行问题,设计了一种基于小型可编程逻辑控制器(PLC)的双机热备系统.借鉴计算机集群系统中的心跳机制概念,通过PLC 的普通输入/输出端口,在PLC上实现心跳机制,监测主备系统的工作情况,形成双机冗余热备份.分析了该热备方法的工作原理,给出了心跳机制实现的具体软、硬件方法.在某转台驱动系统上进行了长达两年的连续试验验证.研究结果表明该系统结构合理、控制灵活、可靠性高,应用于类似的控制系统中,可以提高可靠性,降低故障率.【期刊名称】《机电工程》【年(卷),期】2011(028)006【总页数】3页(P739-741)【关键词】双机热备;可编程逻辑控制器;心跳机制【作者】吴影生【作者单位】中国电子科技集团公司,第38研究所,安徽合肥230088【正文语种】中文【中图分类】TP273;TH390 引言现代工业控制中，自动化设备的应用越来越广泛，极大提高了系统的安全性和可靠性，但在一些特定的场合，一旦控制设备发生故障，系统停机会造成严重后果［1-2］，因此一些公司开发了具有双机热备份功能的系统，从硬件上实现系统的冗余设计，增加可靠性，保障安全。
高端PLC对比1
CS1D是欧姆龙高端PLC产品，完整独立的两套系统，且控制器包括网络部分的配置一致；以RI/O 通讯方式实现采集I/O 数据采集；依靠软件实现切换，或者依靠编程实现。
OMRON CS1D是单机架双机热备它与其它三个品牌相比可以直接对CPU机架进行扩展，增加模块的使用数量。
最多可扩展7个机架，最多可插入68个I/O模块，而且I/O全部支持带点插拔，支持状态预置。
还有它通信，无中继通信距离为500M。
欧姆龙CS1D系列施耐德QUANTUM系列AB1756系列西门子400系列西门子S7—400H也可以是用UR1或ＵＲ２机架数量为两个，ＵＲ２—Ｈ机架的Ｓ７—４００Ｈ虽然插在同一快机架上但机架在电气上是完全独立的。
西门子Ｓ７—４００Ｈ双机热备允许在ＣＰＵ机架上另一侧还可以安装Ｉ／Ｏ模块而且支持冗余，对Ｉ／Ｏ模块的配置和ＡＢ的要求一样。
西门子的ＥＴ２００Ｍ需要特殊有源底板才能支持带点插拔，一般模块使用背部总线连接，一拔就出事。
双机热备切换条件：欧姆龙：由于OMRON CS1D 是单机架热备系统，因此主从控制器的切换条件是：1、主控制器故障2、软件控制施耐德：当主机架的发生下列故障，控制权切换至从控制器：1、主机架掉电2、控制器故障3、主机架上RI/O 头模块被拔掉，安装或出错4、主机架上RI/O 头模块上的分接头或电缆折断或断开5、主控制发出切换命令6、手动设定切换AB：当主机架上的任一组件发生故障，控制权切换至从控制器：1、主机架掉电2、控制器产生主要故障3、主机架上任一模块被拔掉，安装或出错4、折断或断开ControlNet 分接头5、折断或断开以太网电缆6、主控制发出切换命令7、RsLinx 软件发出命令西门子：当主机架上发生下列故障，控制权切换至从控制器：1、主机架掉电2、主机架电源模块故障3、控制器故障4、主机架上同步子模块被拔掉或出错5、主机架上同步子模块的光纤被拔掉6、主机架上的PROFIBUS-DP 模块故障7、如果使用扩展机架，IM460 和IM461 模块故障或拔出8、软件发出切换命令双机热备切换条件：欧姆龙：由于OMRON CS1D 是单机架热备系统，因此主从控制器的切换条件是：1、主控制器故障2、软件控制施耐德：当主机架的发生下列故障，控制权切换至从控制器：1、主机架掉电2、控制器故障3、主机架上RI/O 头模块被拔掉，安装或出错4、主机架上RI/O 头模块上的分接头或电缆折断或断开5、主控制发出切换命令6、手动设定切换AB：当主机架上的任一组件发生故障，控制权切换至从控制器：1、主机架掉电2、控制器产生主要故障3、主机架上任一模块被拔掉，安装或出错4、折断或断开ControlNet 分接头5、折断或断开以太网电缆6、主控制发出切换命令7、RsLinx 软件发出命令西门子：当主机架上发生下列故障，控制权切换至从控制器：1、主机架掉电2、主机架电源模块故障3、控制器故障4、主机架上同步子模块被拔掉或出错5、主机架上同步子模块的光纤被拔掉6、主机架上的PROFIBUS-DP 模块故障7、如果使用扩展机架，IM460 和IM461 模块故障或拔出8、软件发出切换命令控制层网络比较：欧姆龙：采用CLK网络用于主站PLC与个分站PLC之间的通信，CLK采用N：N令牌总线或光纤环网应对网络故障能力强通信速率恒定在2Mb/s,最大节点数为62个，采用光纤通信时距离可达30千米。
容错方案与双机热备方案比较
容错方案与双机热备方案比较一、引言在现代信息技术领域，系统的稳定性和可靠性是至关重要的。
为了应对各种可能的故障和灾难，容错方案和双机热备方案被广泛应用于各类系统中。
本文将对容错方案和双机热备方案进行比较，以便选择适合特定需求的最佳解决方案。
二、容错方案容错是指系统在浮现故障时能够继续正常工作的能力。
容错方案通过使用冗余的硬件、软件和网络来实现系统的高可用性和可靠性。
1. 硬件容错硬件容错是指通过使用冗余硬件来保证系统的可用性。
常见的硬件容错技术包括：- 冗余电源：使用多个电源供电，当一个电源故障时，其他电源可以继续供电。
- 冗余存储：使用多个硬盘进行数据存储，当一个硬盘故障时，数据可以从其他硬盘中恢复。
- 冗余网络：使用多个网络连接，当一个网络连接中断时，可以切换到其他网络连接。
2. 软件容错软件容错是指通过使用冗余的软件来保证系统的可用性。
常见的软件容错技术包括：- 容错编码：通过在数据中添加冗余信息，当数据浮现错误时可以进行纠错。
- 容错算法：通过使用多个算法进行计算，当一个算法浮现错误时可以切换到其他算法。
- 容错协议：通过使用多个协议进行通信，当一个协议浮现错误时可以切换到其他协议。
3. 网络容错网络容错是指通过使用冗余的网络来保证系统的可用性。
常见的网络容错技术包括：- 冗余路由：使用多条路由进行数据传输，当一条路由故障时可以切换到其他路由。
- 冗余交换机：使用多个交换机进行数据传输，当一个交换机故障时可以切换到其他交换机。
- 冗余链路：使用多个链路进行数据传输，当一个链路故障时可以切换到其他链路。
三、双机热备方案双机热备是指通过使用两台服务器来实现系统的高可用性和可靠性。
其中一台服务器作为主服务器，另一台服务器作为备份服务器。
当主服务器浮现故障时，备份服务器会即将接管主服务器的工作，以保证系统的连续运行。
1. 硬件配置双机热备方案需要两台具备相同硬件配置的服务器。
这些服务器通常包括冗余电源、冗余存储和冗余网络等硬件设备。
容错方案与双机热备方案比较
容错方案与双机热备方案比较一、引言在现代信息技术高速发展的背景下，对于系统的可靠性和稳定性要求越来越高。
为了应对系统故障和数据丢失等问题，容错方案和双机热备方案成为了常见的解决方案。
本文将对容错方案和双机热备方案进行比较，分析它们的优缺点，以及在不同场景下的适用性。
二、容错方案容错方案是通过在系统中引入冗余来实现系统的容错能力。
常见的容错方案包括冗余硬件、冗余存储和冗余网络等。
容错方案的主要特点是实时性好，对系统性能影响较小。
1. 冗余硬件冗余硬件是指在系统中使用多个相同或相似的硬件设备，当其中一个设备发生故障时，可以自动切换到其他设备上，确保系统的正常运行。
冗余硬件方案主要包括冗余电源、冗余磁盘阵列和冗余网络设备等。
例如，当服务器的电源发生故障时，冗余电源可以自动接管，确保服务器的稳定供电；当磁盘发生故障时，冗余磁盘阵列可以自动将故障磁盘上的数据恢复到其他正常磁盘上，从而避免数据丢失。
2. 冗余存储冗余存储是指将数据存储在多个存储设备上，当其中一个存储设备发生故障时，可以自动切换到其他存储设备上，确保数据的安全性和可用性。
常见的冗余存储方案包括RAID技术和分布式存储技术等。
例如，RAID技术可以将数据分散存储在多个磁盘上，并通过冗余校验信息实现数据的容错能力。
当其中一个磁盘发生故障时，可以通过冗余信息恢复数据，从而避免数据丢失。
3. 冗余网络冗余网络是指在系统中使用多个网络设备和路径，当其中一个设备或路径发生故障时，可以自动切换到其他设备或路径上，确保网络的连通性和稳定性。
常见的冗余网络方案包括双网卡冗余、双机房冗余和BGP多线路接入等。
例如，双网卡冗余方案可以在服务器上安装两个网卡，分别连接到不同的网络设备上，当其中一个网卡或网络设备发生故障时，可以自动切换到另一个网卡或网络设备上，确保网络的连通性。
三、双机热备方案双机热备方案是指在系统中使用两台相同的服务器，其中一台为主服务器，负责处理用户请求和数据处理，另一台为备份服务器，处于待命状态，当主服务器发生故障时，备份服务器可以立即接管主服务器的工作，确保系统的连续性和可用性。
双机热备产品比较
双机热备产品比较目前双机市场上的产品较多，也比较混乱，对用户来说选择一个比较好的产品十分必要，不但要考虑到产品的功能、还要考虑到产品的后续服务、厂家的支持能力等多方面问题。
下面对市场上的产品进行简单的分类：？Veritas的VCS、Microsoft的MSCS、Legato 的LAAM等产品属于高端产品，价格昂贵（一个双机基本上要多出5万投资），而且系统的维护、实施相当复杂，虽然有不少用户在使用，但真正能够的到厂商支持的，并不多，都处于自行维护状态。
总体上讲，性价比非常的差。
？而NCR的LifeKeeper、Legato 的Co-standby Server市场定位上属于第二集团，他们价格定位在2万左右，但由于是国外产品，同样存在技术支持的问题，而且，目前这两个产品盗版很多，用户常常会无端受害。
对于这样的产品，其定位还是偏高了，因为技术上，这两个产品并无太多可圈可点之处。
？而其他产品就是以Rose为主的台湾品牌，他们包括RoseHA、Dataware等，还有很多不知出处的产品，比如SuperHA、Pluswell、Goldenlife、LHA等，这里面就更加混乱，因为真正能够支持到位的产品很少，因为这些产品除了RoseHA以外，都是以硬件销售为主、或者是OEM的产品。
这些产品有的功能简单，没有开发团队，有的为了推销磁盘阵列而OEM一个，更有的纯粹盗版，用户的合法权利没法保障，其使用双机的目的就是为系统更加可靠，所以在选择产品要注意。
？LanderCluster是完全自主产权的国内产品，由上海联鼎软件技术有限公司研发，在该产品研发推广上，公司投入了超过800万人民币和大量人力，产品从低端到支持高端多节点、小型机平台环境。
是一个产品线非常完整的系列，曾经实现多个国内第一：第一个在SCO OpenServer5上实现银行中间业务系统整合（5节点集群）、第一个在企业ERP关键业务环境/纯光纤环境下实现UnixWare多节点集群、第一个集中管理环境下并支持中文环境的Windows集群。
世界各大PLC厂商产品比较
108 2世界各大PLC厂商高端产品比较自1968年美国莫迪康( Modicon )公司发明PLC (Programmable Logic Controller) 产品以来, 先后涌现了近千个品牌, 历经30多年的发展和淘汰, 目前就高端产品而言, 在整个PLC 业界有以下几家代表了最高的技术水平:1. 美国Rockwell 公司– PLC5相对与Control Logix, PLC5 在机械和电气性能上远优于前者.在网络与通讯方面, Control Logix 支持的网络PLC5 均支持; 而PLC5 的网络, Control Logix 不能完全支持,由于Control Logix 是于1998年底推出的, 由于产品发展的自然规律, 其智能化和特殊应用模板的种类要比PLC5 少. 举例来说, PLC5 有一种Basic 模板可通过Basic 编程以对一些第三方通讯接口通讯, 而Control Logix 至今尚未推出.Control logix是AB公司为降低成本,所推出的’所谓的大型PLC’,其实为中小型PLC系统,该系统由于刚刚推出,产品的性能和指标很不成熟,特别强调的是:没有真正意义的双CPU系统.Control logix是总线式的多任务处理器结构,同一槽架上能插多块CPU,但由于是多任务处理器的机理,故虽然是多块CPU,但每一块CPU的工作内容并不一样,也就是说,一块CPU坏了,另一块CPU并不能替代,导致输入信号可以共享,但输出信号却不能同时控制.鉴于此,AB公司的几个人在一起,开发出”一段热备切换程序”,以完成双CPU的切换,但他们根本不能提供真正的切换时间(而其他公司可提供),这就是PLC业界所称的”软件切换”,很不可靠.由于AB 公司有很多的第三方厂商为其开发第三方通讯接口, 其系统的开放性很好但由于这些产品开发商均是基于PLC5 或SLC500 系列的硬件平台上来进行开发造成目前Control Logix 在系统开放性方面比PLC5 差了很多就近3 年国内外的应用实绩, PLC5 远胜于Control Logix2. 美日合资GE Fanuc 公司GE Fanuc 公司的最高端产品应是GE Fanuc 9070 系列相对与更类似与日本产品的GE Fanuc 9030 系列, 9070 在机械和电气性能上远优于前者在一些真正考核大型机标准的特性上, 如双机热备上9070的性能要远优于90303. 德国Siemens 公司从发展角度来说, S7-400 系列应该已取代S5 系列. 从模板种类, 网络种类, 专用模板数量来说, S7-400 均接近S5 系列. 然而从模板的可靠性角度分析, S5 的质量要远胜于S7-400. 这一点可以在Siemens 本公司工程部在国外重大工程仍主推S5 系列上可以看出.如99年7月,杭州四堡40万吨污水厂业主要求用S7-400,而德国的系统集成商认为S5比S7可靠,结果系统还是选用S5系列.Siemens公司在国外的投标项目中,都选用S5.4. 法国施耐德公司该公司承认Modicon TSX Quantum 系列为其最高端产品,可达到目前业界的最高水平.二. 产品比较1. 模块带电插拔能力Rockwell AB PLC5, 所有模板不能带电插拔Rockwell AB Control Logix, IO模板可带电插拔其他模板不能带电插拔GE Fanuc 9070, 所有槽装模板不能带电插拔GE Fanuc 9030, 所有模板不能带电插拔Siemens S5, 所有模板不能带电插拔Siemens S7-400, IO模板可带电插拔其他模板不能带电插拔Schneider Modicon TSX Quantum, 所有模板均能带电插拔2. 支持IEC870-5 通讯规约的能力Rockwell AB PLC5, 通过Basic 模板或第三方模板Rockwell AB Control Logix, 没有Basic 模板并且尚未有第三方模板的支持. 故应不能支持该规约GE Fanuc 9070,可以GE Fanuc 9030, 不详Siemens S5 系列, 可以Siemens S7 系列,可以Schneider Modicon TSX Quantum 系列, 可以3. 双机热备的实现Rockwell PLC5 系列两套主机系统互为备用. 以实现数据同步交换互为备用的功能.?主/从机之间采用电缆连接, 其优点是:1. 采用类Modicon 984 热备模式,可靠性高2. 所有主从机架上模板均能互备3. 在实时性要求不高的场合有一定的成功应用业绩其缺点是:1. 热备切换需要用户编程–使用和维护较复杂2. 主从机通过电缆交换数据, 实时性较差,最快切换周期49 msRockwell Control logix系列99年推出. 与PLC5 的结构基本相同.其优点是:1. 采用类Modicon 984 热备模式,可靠性高2. 所有主从机架上模板均能互备其缺点是:1. 热备切换需要用户编程–使用和维护较复杂2. 尚未有成功的业绩, 其可靠性不能保证3. 采用单电源技术, 不是最可靠GE Fanuc 9070 系列GE 90-70的热备系统必须使用冗余CPU模块(IC697CPU780),热备模块(IC697RCM711),以及总线传输模块(IC697BEM713).每次扫描,传送一次数据.CPU切换时间多数情况之下是在一个周期内,大约20ms.切换可通过自动,手动,及软件实现.IC697CPU780用的是80386DX芯片,主频为16MHz.CPU780不支持I/O中断,时间中断,VME集成槽架,闪存操作,STOP/IOSCAN模式.90-70的本地I/O及Genius I/O(远程I/O)都可用于热备系统.(1) Genius I/O热备系统可以有一条或多条Genius I/O bus,任何GE的设备都可以连在上面,包括Genius blocks, Remote I/O Scanner.主PLC地址为31,备用PLC地址为30.(2) 本地I/O本地I/O并非热备系统的一部分.可以选择这些数据是否传输.(3) Cable Connections可以在热备缆上连接6个机架,使用一种总线接收模块.距离很近.其优点是:采用Modicon 984 热备模式, 可靠性较高其缺点是:1. 冗余的两块CPU,必须分别作配置, 使用不方便2. 冗余用CPU 为专用CPU, 单机应用时无法使用,灵活性很差3. RCM模块与CPU之间不能有空槽, 组态麻烦4. 主从机之间切换较慢, 典型的时间应在60 ~ 80 ms左右GE Fanuc 9030 系列GE 90-30有两种热备方式.1. 单机架CPU热备由于所有的90-30机架都只有一个CPU插槽,所以90-30只支持单CPU,要在单机架上实现双CPU 冗余,就必须在一个非CPU插槽上插一块叫做PCM的模块,以起到CPU的作用.此种热备方式的优点:除了价格上的优势, 其余一无是处缺点:1) 90-30机架只支持单电源,所以一旦电源故障,双CPU也就形同虚设.2) 这种热备方式的实现必须用C语言及Basic编程,十分不便3) 很少应用实例.2. 双机架热备.这种热备方式类似于Quantum.不过它的热备模块用的是Genius I/O通讯模块.它的所有I/O均挂在Genius I/O上,主机架上没有I/O.也就是说,Genius I/O同时起到I/O通讯和热备数据交换的作用.优点:价格便宜.缺点:1)Genius I/O数据交换速度比不上光缆.2)推出不久,不够成熟.? Siemens S5 系列两套主机系统互为备用. 主/从机之间采用电缆连接, 以实现数据同步交换互为备用的功能.其优点是:1. 采用类Modicon 984 热备模式,可靠性高2. 所有主从机架上模板均能互备3. 在实时性要求不高的场合有一定的成功应用业绩其缺点是:1. 热备切换需要用户编程–使用和维护极复杂2. 主从机通过电缆交换数据, 实时性较差Siemens S7-400系列真正的S7-400的热备系统包括2块电源,2块CPU(S7 417-4H),4块热备同步子模块(这是一种体积较小, 类似于PCMCIA卡的装置,插在S7 417-4H的槽里,之间用光缆连接.其优点是:1. 采用光缆传输同步数据传送速度很高2. 所有主从机架上模板均能互备其缺点是:1. 热备切换需要用户编程–使用和维护极复杂2. 几乎在国外大型项目中无应用实绩Schneider Modicon TSX Quantum作为热备系统的发明者, Modicon 一直处于热备系统的技术领先地位.其584, 984 热备系统的构想影响了整个PLC 业界的热备技术发展. 目前Quantum 系列的热备系统从技术角度来讲, 无疑是最佳其优点是:1.热备切换无需用户编程–使用和维护极方便2.热备系统单机编程–和单机系统并无差别3. 采用光缆同步传送数据, 实时性极高4. 主从切换时间在13~48 ms 内5. 主从机完全无扰切换1.Rockwell AB Control Logix, 所有模板可带电插拔；2.GE Fanuc 9070, 所有IO槽装模板均能带电插拔；3.GE Fanuc 9030, 所有IO模板插在PAC RX3机架后均能带电插拔；4.Siemens S7-400, 所有模板可带电插拔；。
容错方案与双机热备方案比较
容错方案与双机热备方案比较一、引言容错方案和双机热备方案是常见的系统高可用性解决方案，它们都旨在提供系统的可靠性和可用性。
本文将对容错方案和双机热备方案进行比较，分析它们的优缺点，以及适用场景。
二、容错方案容错方案是通过在系统设计和实现中引入冗余来提高系统的可靠性。
容错方案主要包括硬件容错和软件容错。
1. 硬件容错硬件容错是通过在系统硬件层面引入冗余来实现的。
常见的硬件容错技术包括冗余电源、冗余网络、冗余存储和冗余处理器等。
当一个硬件组件发生故障时，系统可以自动切换到备用组件，保证系统的连续性和可用性。
2. 软件容错软件容错是通过在系统软件层面引入冗余来实现的。
常见的软件容错技术包括备份和恢复、数据镜像、数据冗余和错误检测与纠正等。
软件容错技术可以在系统发生故障时自动恢复系统的正常运行。
三、双机热备方案双机热备方案是一种常见的系统高可用性解决方案，通过在两台服务器上部署相同的系统和应用，实现系统的冗余和自动切换。
双机热备方案主要包括主备模式和双活模式。
1. 主备模式主备模式是双机热备方案中最常见的一种模式。
在主备模式下，一台服务器作为主服务器，负责处理用户的请求和数据的处理。
另一台服务器作为备份服务器，实时复制主服务器上的数据，并在主服务器发生故障时自动接管服务。
主备模式可以提供快速的故障切换和数据恢复能力，但在正常运行时备份服务器处于空闲状态。
2. 双活模式双活模式是双机热备方案中的另一种模式。
在双活模式下，两台服务器都处于活动状态，都可以处理用户的请求和数据的处理。
双活模式可以提供更高的系统容量和负载均衡能力，但需要解决数据一致性和冲突问题。
四、比较分析容错方案和双机热备方案都可以提高系统的可靠性和可用性，但在不同的场景下有不同的适用性。
1. 适用场景容错方案适用于对系统连续性要求较高的场景，如金融交易系统、电信系统等。
容错方案可以通过硬件和软件的冗余来保证系统的连续性和可用性，但成本较高。
双机热备产品对比
施耐德：
施耐德Quantum，双机架完全独立，每个机架上的CPU、电源、通讯、 热备等模块均可以热插拔。 I/O跟CPU不能放在同一个机架上，除非你 不作热备，做单机可以放在一个机架上。 I/O模块完全支持热插拔。
Schneider Quantum系列RIO主站与I/O从站之间是施耐德专用 的S908 总线网络.速率 1.5Mbps.最多可以连接31个从站.使用75 欧同轴电缆布线.电缆一般采用RG-6,如果从站距离主站太远,可 以考虑使用RG-11或半刚性电缆.因为其使用了专用协议,所以别 家的模块是不可能用在施耐德的RIO从站机架上去的.
AB：
AB的双机热备产品有SLC500,CONTROLOGIX两种系列都是硬 件冗余，功能强、速度快. AB所谓的双机热备也只能做到机架与电源冗余，无法做到CPU 双机热备。所谓的机架冗余就实现了CPU冗余，入使用冗余的 通讯模块 则实现了I/O网络冗余，电源冗余需另外配置，作为 系统的补充，提高可靠性。AB ControlLogix系列.使用开放的 ContrilNet网络总线来连接主站和从站.速率为5M.连接介质电缆 和施耐德相同.RG-6.可以互换哦主站和从站之间走专用的RIO 网络
GE： 双机热背系统的速度,大家何以查看GE FANUC的PACS系统,应当 说是目前速度最快的. CPU采用PIII/700MHZ,同步模块之间的传 输速度为170MHZ. CPU、电源、机架、总线均为热备冗余，切换时间为毫秒级， 完全无扰动切换，2.1G冗余同步总线速率，每个周期同步两次 硬件热备，同步扫描。功能强大，甚至可实现三种热备或三机 表决系统。
ห้องสมุดไป่ตู้
各类产品的优略点
西门子：
S7－400H和400FH，热备的两部分是完全独立。意思是说，可 以分成2个机架，也可以放在一个机架上，但那个机架在电气 回路上是完全独立的，就如同2个机架。 可以对任何一个机架的任何模块热插拔。PROFIBUS总线， CPU、电源、机架、总线均为热备冗余，切换时间为毫秒级
四个主流品牌PLC冗余方案介绍.
四种常见品牌冗余PLC方案介绍下面介绍四种经常使用的PLC冗余方案：西门子S7-300(400)软冗余与S7-400H硬冗余、施耐德Quantum硬冗余、罗克韦尔的ControlLogix硬冗余和SLC500软冗余（目前快要停产）、ABB 的AC800M硬冗余方案。
1 西门子冗余方案1.1 西门子S7-300/400软冗余方案：软冗余方案是实现冗余功能的一种低成本解决方案，可以应用于对主备系统切换时间要求不高的控制系统中。
其软件、硬件包括：1套STEP7编程软件（V5.4）加软冗余软件包(V1.2)；2套PLC控制器及I/O模块，可以是S7-300或S7-400系统；3条通讯链路，主系统与从站通讯链路（PROFIBUS 1）、备用系统与从站通讯链路（PROFIBUS 2）、主系统与备用系统的数据同步通讯链路（MPI 或PROFIBUS 或Ethernet）；若干个ET200M从站，每个从站包括2个IM153-2接口模块和若干个I/O模块；除此之外，还需要一些相关的附件，用于编程和上位机监控的PC-Adapter（连接在计算机串口）或CP5611（插在主板上的PCI槽上）或CP5511（插在笔记本的PCMIA槽里）、PROFIBUS电缆、PROFIBUS总线链接器等就可以组成一套完整的软冗余系统。
在软冗余系统进行工作时，A、B控制系统（处理器，通讯、I/O）独立运行，由主系统的PLC掌握对ET200从站中的I/O控制权。
A、B 系统中的PLC程序由非冗余用户程序段和冗余用户程序段组成，主系统PLC执行全部的用户程序，备用系统PLC只执行非冗余用户程序段，而跳过冗余用户程序段。
A路与B路CPU的程序需在OB1或OB35里调用FB 101 ‘SWR_ZYK’功能块，FB101块中封装了冗余功能的程序段，实现冗余功能。
调用FB101时，你可以在线地读出RETURN_V AL参数的数值,如果为0，说明冗余链接正常。
施耐德Unity Pro PLC双机热备技术在自控系统中的应用
可以通过光 缆与 其他 岗位进 行 通 讯 。 由于设 计 的 改 板）Ｎ Ｍ 失效 （ ，Ｏ 只在启动时） 将完成 Ｃ Ｕ 的 自动切换 。 Ｐ 进， 使得整个 系统 的性能 到 了全 面 的优 化 ， 稳定 性 、 安 全性、 经济性 较 以前 都有 了全 面 的提高 。 自从投 产 以 来， 系统工作状 态非 常稳定 ， 力 的保 障 了生产 。 有
（】 ８ 如果 需 要其 他 的 通讯 协议 ， 则需 要 增加 其 他
的通讯 适配器 。
２１ Ｏ ０年
新
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属
６ １
根 据 以 上 的 构 成 热 备 系 统 的 设 备 要 求 和 实 际 需 ＴＣ ／Ｐ 的 通 讯 协 议 ， 要 的 主 要 设 备 如 下 ： ＰＩ 需 要 ， 炉 炉 顶 自动 控 制 系统 包 括 Ｐ Ｃ控 制 柜 ３套 ， 高 Ｌ 分 在 本 地 站 ， 地 站 和 远 程 站 之 间 采 用 双 缆 连 接 。 热 备 本 主 控 器 选 型 如 表 １和 图 １所 示 （ 含 子 站 ） 不 。
３ 高 炉 炉 顶 热备 系统 构成
３ １ Ｐ Ｃ 的 硬 件 设 备 选 型 及 设 定 ． Ｌ
一
２ ＱＵＡＮＴＵＭ Ｌ Ｐ Ｃ双 机 热 备 技 术 的
套 完整 的 Ｍｏ ｉ ｎＱｕ ｎ ｕ Ｕｎｔ ｄｃ ａ ｔｍ ｉ ｏ ｙ热 备系统
需 要 以下 设 备 ：
主要 特 点
关键 词
Ｕｎｔ ｒ 热 备 ｉ Ｐｏ ｙ
切 换
１ 概 述
（ 实 时数据传输 ， １ ） 确保双 Ｃ Ｕ程 序的完 全一致 ； Ｐ
（ 每 个 扫描 周 期 均传 送数 据 及状 态 信 息 ， ２ ） 确保 八 钢公司 ２５ ０ｍ。 炉炉顶 自动控 制系 统 已于 双 Ｃ Ｕ ２ 状态 的完全 一致 ； ０ 高 Ｐ ２作 １
西门子PLC双机热备冗余系统在散货港口带式输送机自动化控制系统中的应用
0引言湄洲湾港东吴港区东吴作业区东1#、东2#泊位为大型散货码头，在装卸船生产过程中带式输送机需要不间断运行，如果带式输送机流程停机会出现装卸船停产现象，给港区及货主带来巨大损失，对作为带式输送机控制系统核心的PLC 在稳定性和可靠性方面提出了很高的要求，所以港区带式输送机程控系统采用西门子PLC 双机热备冗余、WINCC 上位机以及分布式I/O 设计，以保证系统的高效稳定性。
1程控系统网络结构带式输送机程控系统采用监控层、控制层和现场设备层的三层结构和PROFIBUS-DP 现场总线、工业以太网的两层网络控制模式。
设备层由分布式I/O ET200M/LINK 连接现场设备。
控制层主要包括CPU417-4H 硬件冗余PLC 、CPU 冗余电源模块PS407、以太网通信模块CP443-1，主备CPU 通过冗余以太网通信模块进行信息交互。
设备层与控制层通过PROFIBUS-DP 协议进行数据传送。
监控层通过工业以太网协议与控制层进行数据交换。
系统拓扑网络结构图如图1、图2所示。
西门子PLC 双机热备冗余系统在散货港口带式输送机自动化控制系统中的应用连俊摘要大型煤炭及铁矿石散货船靠泊装卸船作业量大、时间紧，对带式输送机程控系统的稳定性、高效性和可靠性提出了较高的要求，本文针对装卸船工艺流程的需求特点，介绍采用双机热备控制方式，实现基于西门子S7-400H PLC 的冗余系统，底层设备以分布式I/O 从站进行输入信号的采集及输出驱动控制，采用PROFIBUS 现场总线和工业以太网进行信号的可靠性传输，采用WINCC 组态软件技术实现带式输送机程控系统的上位监控，该系统通过PLC 冗余技术、网络技术、现场总线、组态软件等技术，满足带式输送机程控系统对稳定性、高效性和可靠性的要求，自运行以来，工作稳定，故障率低，满足大型散货船靠泊装卸船作业需求，取得了显著的经济效益和社会效益。
关键词s7-400h plc ；冗余；profibus ；wincc ；工业以太网；带式输送机自动化控制中图分类号:TD94;TP273文献标识码:ADOI ：10.19694/ki.issn2095-2457.2020.22.23连俊福建八方港口发展有限公司遥1.1监控层在带式输送机程控系统上位监控部分，采用西门子WINCC 组态软件开发上位机界面，实现对带式输送机及其辅助设备的启停、运行状态、电机温度、轴承温度、物料流量等进行监控和设置。
PLC常用双机热备系统介绍与比较
PLC 常用双机热备系统介绍与比较（由txt文件修改）对热备系统的简单分类（基于热备切换方式的分法）：一•硬件级双机热备产品：A •单机架双机热备：同一块机架上插双电源，双CPU,有1套热备单元（欧姆龙为1个而三菱为2个），一般还可以插双通讯模块（如双以太网单元），CPU的数据交换通过机架底板电路，一般不是RIO式的分布式结构，切换速度快，一般在50ms以下。
1. OmronCVMID 和CS1D2. MitsubishiQ4ARSiemens使用UR2机架的S7-400H不是此类，该产品虽然插在同一块机架上，但该机架在电气上完全独立的，即把2个机架作成一体式。
B .双机架硬件级热备产品：主、从两个机架，两套完整独立的系统，两套机架上的热备单元一般通过光纤通讯，切换速度飞快。
施耐德Quantum切换速度在48ms以下。
西门子的S7-400H不太清楚，请咨询技术支持。
GES90-70的切换速度看资料，在25-50ms。
1. SchneiderQuantum2. SiemensS7-400H3. GES90-704. ABControlLogix5000二.总线级双机热备产品：我不知道把此类划到硬件级热备好还是软件级热备好，还是另外拉出来单独说吧。
基于总线级的通讯传输速率，总线通讯单元兼有热备切换功能。
当主CPU故障时，从CPU接管I/O的控制，夺取I/O总线的控制权。
切换速度其实还可以，在150-300ms内。
典型代表：1. ABSLC500，由1747-BSN 实现RIO 结构的热备。
2. Mitsubishi 小Q，由CC-Link单元实现RIO结构的热备。
其实三菱的大Q和A也可以，但三菱技术支持建议用小Q。
.软件级双机热备产品:这是喊叫的的最热闹的阵营，大家经常打口水仗。
完整独立的两套系统，RIO 结构，依靠软件实现切换，这种结构的切换速度跟程序量、I/O 点数、总线传输速率都有关，切换速度最容易受外界影响而差异较大。
容错方案与双机热备方案比较
容错方案与双机热备方案比较一、引言容错方案和双机热备方案是常用的系统备份和恢复策略，用于确保系统的高可用性和可靠性。
本文将比较这两种方案的特点、优势和适用场景，以帮助选择合适的方案。
二、容错方案容错方案是通过在系统中引入冗余机制，以实现在硬件或软件故障发生时，系统仍能继续正常运行的能力。
容错方案的主要特点包括：1. 冗余设计：容错方案通常会在系统中引入冗余组件，如冗余电源、冗余存储设备等，以保证在一个组件故障时，其他组件能够接管工作。
2. 快速切换：当一个组件发生故障时，容错方案能够迅速切换到备用组件，以确保系统的连续性和可用性。
3. 自动恢复：容错方案能够自动检测和恢复故障，减少人工干预的需要。
4. 适用范围广：容错方案适用于各种规模的系统和应用，包括个人电脑、服务器和数据中心等。
三、双机热备方案双机热备方案是一种常见的容错方案，它通过在系统中引入一台备用服务器，以实现在主服务器发生故障时，备用服务器能够立即接管工作的能力。
双机热备方案的主要特点包括：1. 实时同步：主服务器和备用服务器之间会进行实时数据同步，确保备用服务器上的数据与主服务器保持一致。
2. 快速切换：当主服务器发生故障时，双机热备方案能够迅速切换到备用服务器，实现对系统的无缝切换。
3. 高可用性：双机热备方案能够提供高可用性，减少系统停机时间，确保业务的连续性。
4. 适用于关键系统：双机热备方案通常用于对系统可用性要求较高的关键业务，如金融交易系统、电信运营系统等。
四、比较分析1. 故障恢复能力：容错方案和双机热备方案都能够实现系统的故障恢复，但在故障发生时的恢复速度上存在差异。
双机热备方案能够实现几乎无感知的切换，而容错方案可能需要较长的恢复时间。
2. 成本效益：双机热备方案相对容错方案来说成本较高，因为需要购买备用服务器和进行实时数据同步。
而容错方案的成本相对较低，只需增加一些冗余组件即可。
3. 可靠性：双机热备方案相对容错方案来说更可靠，因为备用服务器能够立即接管工作，几乎没有停机时间。
双机热备方案 (2)
双机热备方案1. 什么是双机热备方案双机热备方案（Dual Machine Hot Standby Solution），是一种常见的高可用性解决方案，用于确保系统的持续可用性和故障切换能力。
通过将系统部署在两台物理或虚拟服务器上，并根据特定的配置和策略将请求分发到其中一台服务器，当其中一台服务器发生故障时，另一台服务器会立即接管请求处理，以确保系统的高可用性。
2. 双机热备方案的组成双机热备方案一般包含以下几个关键组件：2.1. 负载均衡器负载均衡器（Load Balancer）用于将请求分发到多台服务器，以实现负载的均衡和高可用性。
负载均衡器可以采用硬件设备，例如F5 BIG-IP等，也可以采用软件实现，例如Nginx 等。
负载均衡器需要配置健康检查机制，以在服务器发生故障时自动剔除不可用的服务器。
2.2. 双机热备服务器双机热备服务器是指两台物理或虚拟服务器，一台作为主服务器（Primary Server），另一台作为备份服务器（Backup Server）。
主服务器负责处理客户端的请求，而备份服务器处于等待状态，监控主服务器的可用性。
当主服务器发生故障时，备份服务器会立即接管请求处理，并成为新的主服务器。
2.3. 数据同步机制为了保证双机热备方案的可用性，主服务器和备份服务器之间需要建立数据同步机制，确保数据的一致性。
数据同步可以采用多种方式，例如数据库复制、文件同步等。
常见的方案包括MySQL的主从复制、文件同步工具如rsync等。
2.4. 心跳检测和故障切换为了能够及时发现主服务器的故障，并进行故障切换，双机热备方案需要使用心跳检测机制。
心跳检测可以通过网络传输心跳包或者定时发送请求的方式实现。
当备份服务器检测到主服务器故障后，会触发故障切换机制，将备份服务器切换为主服务器，以继续提供服务。
3. 双机热备方案的优势双机热备方案具有以下几个主要优势：3.1. 高可用性双机热备方案可以大大提高系统的可用性，当主服务器发生故障时，备份服务器可以立即接管请求处理，几乎不会对用户产生影响。
四种PLC双机热备的比较
四种PLC双机热备的比较更正：下图中所有的“ENTERNET”应改为“Ethernet”。
一．施耐德PLC双机热备，网络冗余1.基于 Concept 编程的 Modicon Quantum PLC 双机热备其中：CPU：140 CPU x13 0x140 CPU 424 02140 CPU 424 12140 CPU 534 14热备模块：140 CHS 110 00140 CHS 210 00主RIO：140 CRP 931 00或140 CRP 932 00（网络冗余）从RIO：140 CRA 931 00或140 CRA 932 00（网络冗余）以太网模块：140 NOE 771 x1MODBUS模块：140 NOM 2xx 00电源：8－14A背板：没有特殊要求需要光纤两根需要的软件：ConceptCHS所需要的软件优点：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。
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，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。
2.基于 Unity 编程的 Modicon Quantum PLC 双机热备其中：CPU：140 CPU 671 60主RIO：140 CRP 931 00或140 CRP 932 00（网络冗余）从RIO：140 CRA 931 00或140 CRA 932 00（网络冗余）以太网模块：140 NOE 771 x1MODBUS模块：140 NOM 2xx 00电源：8－14A背板：没有特殊要求需要光纤一根：490NOR0003/490NOR0005/490NOR0015需要的软件：Unity说明：在这套系统中，对Ethernet的设置是只设置主站中的以太网模块的的IP地址，从站的IP地址会在主站IP的基础上自动加一，当主站出现故障的时候，从站自动切换成为主站，它的IP会自动减一。
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四种PLC双机热备的比较
更正：下图中所有的“ENTERNET”应改为“Ethernet”。
一．施耐德PLC双机热备，网络冗余
1.基于 Concept 编程的 Modicon Quantum PLC 双机热备
其中：
CPU：140 CPU x13 0x
140 CPU 424 02
140 CPU 424 12
140 CPU 534 14
热备模块：140 CHS 110 00
140 CHS 210 00
主RIO：140 CRP 931 00或140 CRP 932 00（网络冗余）
从RIO：140 CRA 931 00或140 CRA 932 00（网络冗余）
以太网模块：140 NOE 771 x1
MODBUS模块：140 NOM 2xx 00
电源：8－14A
背板：没有特殊要求
需要光纤两根
需要的软件：Concept
CHS所需要的软件
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。
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，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。
2.基于 Unity 编程的 Modicon Quantum PLC 双机热备
其中：
CPU：140 CPU 671 60
主RIO：140 CRP 931 00或140 CRP 932 00（网络冗余）
从RIO：140 CRA 931 00或140 CRA 932 00（网络冗余）
以太网模块：140 NOE 771 x1
MODBUS模块：140 NOM 2xx 00
电源：8－14A
背板：没有特殊要求
需要光纤一根：490NOR0003/490NOR0005/490NOR0015
需要的软件：Unity
说明：
在这套系统中，对Ethernet的设置是只设置主站中的以太网模块的的IP地址，从站的IP地址会在主站IP的基础上自动加一，当主站出现故障的时候，从站自动切换成为主站，它的IP会自动减一。
例如：主站的IP是192.168.0.10，那么当系统正常之后从站的IP会是192.168.0.11。
当主站出现故障，从站取代主站，IP为192.168.0.10。
所以在设主站IP的时候不要把IP设到最后面。
所以上位机和它相连的时候，只需要连接主站的IP。
二．AB（ROCKWELL）双机热备
其中：
机架：1756-A4，-A7，-A10，A13，-A17
供电电源：1756-PA75，-PB75
CPU：1756-L55M13，14，16，22，23，24等
冗余模块：1757-SRM
C网模块：1756-CNB/D,1756-CNBR/D
以太网模块：1756-ENBT
光纤：1757-SRC1，3，10，50，100
需要的软件：RSLogix 5000
RSlink
RSNetWork for ControlNet
说明：
热备的两个机架中的模块必须一一对应，模块的位置，模块的数量。
热备模块SRM必须位于最末端。
在这套系统中，对Ethernet的设置是只设置主站中的以太网模块的的IP地址，从站的IP地址会在主站IP的基础上自动加一，当主站出现故障的时候，从站自动切换成为主站，它的IP会自动减一。
例如：主站的IP是192.168.0.10，那么当系统正常之后从站的IP会是192.168.0.11。
当主站出现故障，从站取代主站，IP为192.168.0.10。
所以在设主站IP的时候不要把IP设到最后面。
所以上位机和它相连的时候，只需要连接主站的IP。
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。
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。
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。
其中：
机架：UR2－H（6ES7 400-2JA00-0AA0）
电源：PS405 10A（6ES7 405-2JA00-0AA0）
PS407 10A（6ES7 407-0KR00-0AA0）
CPU: CPU414-4H(6ES7 414-4HJ04-0AB0)
CPU417-4H(6ES7 417-4HL04-0AB0)
同步模块：6ES7-960-1AA04-0XA0
光缆：6ES7-960-1AA04-5AA0
ET 200M: 6ES7-153-2BA00-0XB0
冗余导轨套件：6ES7195-1GF30-0XA0
ET 200M底座：6ES7195-7HC00-0XA0
需要的软件：STEP7 V5.3以上
SOFTNET V6.3以上
说明：
必须S7-400H 的CPU 中装入OB70、OB72、OB80、OB82、OB83、OB85、OB86、OB87、OB88、OB121和OB 122。
如果没有装载这些OB，H系统在出现错误时可能会进入STOP 状态，这些OB块另一个功能可以对事件信息进行诊断.
在以太网的设置中没有以太网模块都可以单独设置一个自己的IP，如果上位机需要和他连接的话需要一个一个CP-1613的以太网卡才能实现上位机和冗余系统的连接。
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，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。
其中：
底板：CS1D-BC052
CPU：CS1D-CPU65H （60K步）
或CS1D-CPU67H （250K步）
管理单元：CS1D-DPL01
电源：CS1D-BI092
其他模块：CS1W模块皆可
需要软件：CX－Program
说明：
在作冗余网络的时候，它的每一个从站都需要一个管理单元。
管理单元必安装在冗余模块之间。
优点：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，通过同步CPU 实现无冲击的切换。
缺点：整个系统安装在一个基板上，因此缺乏了安装的灵活性。
高成本的冗余方案，大量无统一标准部件的使用：如基板、电源等，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。
五．四种PLC之间的特点比较
1. 施耐德Quantum140 PLC
双机架完全独立，每个机架上的CPU、电源、通讯、热备等模块均可以热插拔。
I/O跟CPU 不能放在同一个机架上，除非你不作热备，做单机可以放在一个机架上。
I/O模块完全支持热插拔。
还支持I/O模块的状态记忆，更换模块后可立即将模块的映像区数据复制到模块上去。
就是说，你拔模块前是什么状态，那一位开，那一位关，更换模块后，状态马上回复为插拔前的状态，不会全复位的。
2. 西门子400H PLC
热备的两部分是完全独立。
意思是说，可以分成2个机架，也可以放在一个机架上，但那个机架在电气回路上是完全独立的，就如同2个机架。
可以对任何一个机架的任何模块热插拔。
I/O模块（ET200系列）也是支持热插拔的
3. AB ControlLogix5000 PLC
双机架完全独立，每个机架上的CPU、通讯、热备等模块均可以热插拔。
I/O跟CPU不能放在同一个机架上。
电源冗余需要另外设置硬件和软件。
主站和从站上的模块的位置必须要一一对应，不能有任何的不同。
在作冗余网络的时候只能做ControlNet。
4. OMRON CSID-H PLC
单机架实现热备的，CPU及电源双备。
也可以实现通讯网络的冗余。
I/O模块可以插在CPU 机架上去，但我还是建议您最好把所有的I/O模块放到另外的扩展机架上去，不要插在CPU机架上。
可以热插拔CPU机架的CPU模块和电源模块，若网络通讯模块是冗余的，也可以热插拔，其他模块，尤其是热备模块（双机单元）最好不要动。
5. PLC的CPU热备的比较表：。