PLC軟冗余系統軟硬件組成及實(shí)現原理

若數據接收完成是在備CPU調用FBl01執行接收功能之前，則備CPU將馬上得到主CPU狀態(tài)，并在調用發(fā)送功能時(shí)備CPU切換成主CPU。此時(shí)tD最小，僅為一個(gè)FBl01的執行時(shí)間，即
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若數據接收完成是在備CPU調用FBl01執行接收功能之后，則備CPU要等到下個(gè)周期調用接收功能時(shí)才能獲得主站的狀態(tài)控制工程網(wǎng)版權所有，并在調用發(fā)送功能時(shí)切換成主CPU。此時(shí)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(lèi)故障主備CPU切換時(shí)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接收完數據是在備CPU調用接收功能之前，主備切換時(shí)間是最短的。
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b．如果故障發(fā)生時(shí)主CPU已經(jīng)開(kāi)始發(fā)送數據。并且此數據發(fā)送完畢是在主CPU調用完發(fā)送數據功能之后，而備CPU接收完數據是在備CPU調用完接收功能時(shí)，主備切換時(shí)問(wèn)是最長(cháng)的。
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以上所涉及的時(shí)間中，tE、t．和k所占比重最大，其余時(shí)問(wèn)經(jīng)測量均約為1 ms。如果要減小主備切換時(shí)間，必須減小tE、t，和k。要減小tE就要減少ET200M從站數量，即在滿(mǎn)足要求的情況下減少I(mǎi)／0數量。減少t。最好的方法是選擇主站與備站之間較快的數據同步通信方式。如Profibus總線(xiàn)方式比西門(mén)子PLC自帶的MPI方式能在較短的時(shí)間內發(fā)送更多個(gè)字節數據。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(hù)程序長(cháng)度有關(guān)。典型的中等規模的PLC控制系統，經(jīng)計算主備切換時(shí)間的極限值范圍約為150---500 ms。
3、數據同步時(shí)間分析
在PLC軟冗余系統中，要使主系統發(fā)生故障時(shí)，備系統接替主系統繼續工作，則系統在正常運行時(shí)，主控制器必須把需要同步的數據發(fā)送給備控制器，從而當故障發(fā)生時(shí)能夠實(shí)現無(wú)擾切換。
數據同步時(shí)間是指系統正常運行時(shí)，主站將同步數據發(fā)送至備站所需時(shí)間。西門(mén)子軟冗余系統的數據同步是根據數據量的大小通過(guò)定時(shí)中斷方式分多次進(jìn)行，單次同步的數據量相同。主CPU在同步開(kāi)始時(shí)將所有需要同步的數據保存起來(lái)，然后每次發(fā)送相同長(cháng)度的數據塊到備CPU。備CPU每接收到一個(gè)數據塊就將其分配到對應的地址空間中去。這種方式將時(shí)間平均分配到了各個(gè)執行周期，避免了單次發(fā)送所有數據消耗過(guò)多時(shí)間。但是這也導致了備站得到的數據將滯后手主站。
通過(guò)分析可知控制工程網(wǎng)版權所有，數據同步時(shí)間為
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其中，LD為同步數據量。它為PLC輸出過(guò)程映像區、位地址區所有冗余數據塊、定時(shí)器和計數器的背景數據塊和非冗余數據塊長(cháng)度之和。N為1次數據傳送量，與數據同步方式有關(guān)。如Profibus總線(xiàn)方式可在1．5 Mbit／s傳輸速率下。每60 ms傳送240個(gè)字節數據。而西門(mén)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(gè)字節數據。行為傳送1次數據程序執行周期數，即
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式中td為傳送1次數據的時(shí)間，與數據同步方式有關(guān)；Tob35為定時(shí)中斷間隔時(shí)間。
為減小數據同步時(shí)間，應盡量減少同步數據量LD，選擇較快的數據同步方式以增加1次數據傳送量N和減少傳送1次數據時(shí)間td。典型的中等規模PLC控制系統，數據同步時(shí)間可能超過(guò)l s。
4、結論
綜上所述，PLC軟冗余系統出現特定故障時(shí)，系統通過(guò)軟件冗余主備切換機制，使備站在經(jīng)過(guò)主備切換時(shí)間后接替主站保持系統繼續T作，避免系統停止運行。主備切換完成后，備用系統以最后一次完整的同步數據作為基礎執行控制任務(wù)。PLC軟冗余系統主備切換的功能控制工程網(wǎng)版權所有，達到了提高可靠性、降低成本的目的。
但是，由于主備切換時(shí)間較長(cháng)，在主備切換過(guò)程中系統暫時(shí)失去了控制功能，故不適合實(shí)時(shí)性要求較高的控制場(chǎng)合。PLC軟冗余系統比較適合應用于實(shí)時(shí)性要求較低的過(guò)程控制應用場(chǎng)合。