PLC 冗余系統(tǒng)培訓(xùn)課件

1、QnPRHCPU冗余系統(tǒng) 三菱電機(jī) 名古屋工廠故障冗余系統(tǒng)的特點通過冗余（CPU，網(wǎng)絡(luò)，電源等）實現(xiàn)高可靠性雙系統(tǒng)使減少生產(chǎn)停工時間成為可能提高了系統(tǒng)的可用性 (雙主系統(tǒng)部件)為連接在同一網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備提供了透明性，包括企業(yè)級網(wǎng)，如SCADA，數(shù)據(jù)錄入等控制系統(tǒng)到待機(jī)系統(tǒng)的無沖擊切換QnPRH 冗余系統(tǒng)特點：高速的CPU處理 (沿用Q系列高性能特點)在CPU, 電源, 網(wǎng)絡(luò)模塊 (以太網(wǎng)和MELSECNET/H)和網(wǎng)絡(luò)電纜上的冗余無須停止和斷電系統(tǒng)就可以更換安裝在遠(yuǎn)程I/O系統(tǒng)上的模塊無限制的PID回路（仍可以使用Q過程CPU的專用過程控制指令）可以使用標(biāo)準(zhǔn)的Q系列部件，無須擔(dān)心特定的模塊（為物流

2、減輕了壓力）100k字的大容量跟蹤數(shù)據(jù)的大小 極快的系統(tǒng)切換, 從控制系統(tǒng)到待機(jī)系統(tǒng)一般22ms(48k字)程序自動下載到待機(jī)系統(tǒng)，無須兩次下載當(dāng)發(fā)生故障的時候(CPU和網(wǎng)絡(luò)故障)，保持持續(xù)的運行IEC61131支持的編程結(jié)構(gòu)MELSECNET/H遠(yuǎn)程I/O網(wǎng)絡(luò)特點：25Mbps 的高速數(shù)據(jù)傳送速度令牌傳送控制方法確保了決定性控制雙環(huán)光纖循環(huán)傳送在冗余的電纜和網(wǎng)絡(luò)上自動環(huán)路切換和環(huán)路回送的通訊功能高防噪性全面兼容企業(yè)網(wǎng) (SCADA 等)，無須停止/啟動系統(tǒng)就可以進(jìn)行無擾動切換主站和備用主站的自動切換智能RAS功能：網(wǎng)絡(luò)故障或者電纜破損后的自動改道功能連接狀態(tài)的診斷使用專用聯(lián)結(jié)寄存器自動檢查遠(yuǎn)

3、程I/O站的冗余電源遠(yuǎn)程站上的在線模塊更換即使系統(tǒng)切換，仍然保持和OPS系統(tǒng)通訊冗余系統(tǒng)的構(gòu)成（ CPU, 基板, 電源和網(wǎng)絡(luò)）數(shù)據(jù)跟蹤控制系統(tǒng)待機(jī)系統(tǒng)冗余系統(tǒng)MELSECNET/H PLC to PLCMELSECNET/H Remote I/O站 1站64冗余的電源企業(yè)級網(wǎng)GX DeveloperPX Developer第3方軟件 (SCADA, 數(shù)據(jù)登錄, 等)MELSECNET/H PCI 板冗余電源擴(kuò)展基板MELSECNET/H 遠(yuǎn)程主站 MELSECNET/H 遠(yuǎn)程備用主站MELSECNET/H PLC to PLCMELSECNET/H PLC to PLC以太網(wǎng)以太網(wǎng)高可靠性

4、Ethernet系統(tǒng)配置（低成本）一些最新的先進(jìn)產(chǎn)品用于冗余系統(tǒng):CPU 模塊: Q12PRHCPU, Q25PRHCPU跟蹤電纜: QC10TR (1m), QC30TR (3m)冗余電源: Q64RP主基板/擴(kuò)展基板: Q38RB, Q68RB (兩個都是 8 槽)可以使用目前已有的Q系列的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品：如基板，I/O模塊，智能模塊，網(wǎng)絡(luò)模塊等冗余CPU性能規(guī)格冗余CPU高可靠性兩個系統(tǒng)都執(zhí)行同樣的程序, 當(dāng)控制系統(tǒng)的CPU出現(xiàn)故障時，待機(jī)的CPU就會接管系統(tǒng)的控制一定量的特殊繼電器和寄存器提供冗余系統(tǒng)狀態(tài)等信息系統(tǒng)的切換可以通過順控程序中的專用指令（SP.CONTSW)來完成跟蹤電纜用來提供

5、兩個系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)傳送的通道顯示冗余系統(tǒng)狀態(tài)的LED標(biāo)準(zhǔn)Q系列CPU 運行狀態(tài)的LED跟蹤電纜的連接口存儲卡插槽USB 口RS232 口編程口操作和 DIP 開關(guān)冗余的電源 (Q64RP)高可靠性 MELSECNET/H Remote I/O跟蹤電纜冗余的電源可以安裝于主基板(Q64RP)和擴(kuò)展基板上（Q68RB*）OPS冗余電源Ethernet*Extension base units are used for remote I/O stations and not directly connected to the redundant main bases冗余的以太網(wǎng)（QJ71E71-100

6、)當(dāng)以太網(wǎng)模塊發(fā)生故障，或者通訊電纜斷線時，系統(tǒng)自動切換EZSocket 確保OPS 控制主站的故障對于OPS 也是透明的，無需重新連接或者系統(tǒng)復(fù)位高可靠性 跟蹤電纜控制系統(tǒng)待機(jī)系統(tǒng)MELSECNET/H Remote I/O站 1站 64冗余的電源GX DeveloperPX Developer第3方軟件 (SCADA, 數(shù)據(jù)登錄, 等)以太網(wǎng)模塊以太網(wǎng)模塊tOPS通訊故障Ethernet控制系統(tǒng)系統(tǒng)切換控制系統(tǒng)與待機(jī)系統(tǒng)的決定確認(rèn)控制系統(tǒng)與待機(jī)系統(tǒng)取決于系統(tǒng)的電源啟動或 CPU的復(fù)位解除順序。同時啟動A系統(tǒng)B系統(tǒng)時。 A系統(tǒng)為“控制系統(tǒng)”，B系統(tǒng)為“待機(jī)系統(tǒng)” 不同時啟動A系統(tǒng)B系統(tǒng)時：A

7、系統(tǒng)的電源與B系統(tǒng)的電源，先啟動的為“控制系統(tǒng)”，后啟動的為“待機(jī)系統(tǒng)”A系統(tǒng)CPU模塊與B CPU模塊復(fù)位時，先解除復(fù)位的 CPU為“控制系統(tǒng)”，后解除復(fù)位的 CPU為“待機(jī)系統(tǒng)”CPU模塊的“CONTROL LED”亮起的系統(tǒng)為控制系統(tǒng)(SM1515 ON,SM1516 OFF), “CONTROL LED”滅燈的系統(tǒng)為“待機(jī)系統(tǒng)” (SM1515 OFF,SM1516 ON).運行模式(3種)備份模式(back up):是進(jìn)行冗余系統(tǒng)的通常運行模式分開模式(separate):是冗余系統(tǒng)運行過程中,進(jìn)行系統(tǒng)維護(hù)(修改部分程序更換主基板上的模塊)時無需停止控制的運行模式調(diào)試模式(debug

8、):冗余系統(tǒng)的一個系統(tǒng)(單系統(tǒng))中,為在運行前進(jìn)行調(diào)試的模式.(即使未連接熱備電纜也不會發(fā)生錯誤)啟動模式(2種）熱啟動模式：是指在保持軟元件狀態(tài)下進(jìn)行運算的模式。（步進(jìn)繼電器、變址寄存器等軟元件將被清除）啟動模式注意：由于系統(tǒng)切換而啟動新控制系統(tǒng)時，無論設(shè)置為那種啟動模式，都將以“熱啟動”模式啟動冗余系統(tǒng)的功能系統(tǒng)的核對統(tǒng)一性檢查系統(tǒng)的切換功能運行模式的變更熱備傳送功能在線程序?qū)懭氲娜哂喔櫣δ軓目刂葡到y(tǒng)向待機(jī)系統(tǒng)的存儲復(fù)制功能在線更換模塊系統(tǒng)的核對統(tǒng)一性檢查高可靠性 跟蹤電纜程序程序參數(shù)程序程序參數(shù)控制系統(tǒng)待機(jī)系統(tǒng)在冗余系統(tǒng)中，為使冗余系統(tǒng)在發(fā)生了系統(tǒng)切換時能繼續(xù)進(jìn)行控制，需要將控制系統(tǒng)與

9、待機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成、參數(shù)、程序。不斷的系統(tǒng)核查的特點確保了待機(jī)系統(tǒng)可以有效的接管控制。兩系統(tǒng)同一性檢查在下列時間進(jìn)行：1.兩系統(tǒng)的電源同時啟動。 2.兩系統(tǒng)的CPU同時解除復(fù)位。3.控制系統(tǒng)CPU模塊進(jìn)行END處理時 4.熱備電纜重新連接時。系統(tǒng)核對的內(nèi)容:程序內(nèi)容（參數(shù)、程序、軟元件初始值）運行狀態(tài)的監(jiān)視模塊安裝狀態(tài)的監(jiān)視存儲卡的的狀態(tài)參數(shù)有效驅(qū)動器系統(tǒng)切換功能控制系統(tǒng)與待機(jī)系統(tǒng)的切換： 1.自動進(jìn)行的系統(tǒng)切換 是指冗余CPU判斷是否需要進(jìn)行系統(tǒng)切換之后，自動切換控制系統(tǒng)與待機(jī)系統(tǒng)的方法 2. 用戶切換 是指在系統(tǒng)運行中用戶任意進(jìn)行的系統(tǒng)切換。 有“由GX Developer 進(jìn)行的系統(tǒng)切換”與“

10、由系統(tǒng)切換指令（SP.CONTSW)進(jìn)行系統(tǒng)切換”系統(tǒng)切換：發(fā)生切換原因時立即執(zhí)行切換。用戶切換：發(fā)生切換原因時的掃描的 END處理后執(zhí)行。系統(tǒng)切換用戶切換用戶切換運行模式的變更熱備發(fā)送功能熱備發(fā)送功能是指將控制系統(tǒng)與待機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)保持統(tǒng)一，以確?？刂葡到y(tǒng)停機(jī)時，冗余系統(tǒng)的待機(jī)系統(tǒng)可繼續(xù)運行。（冗余CPU中熱備發(fā)送設(shè)置數(shù)據(jù)為缺省設(shè)置，即使不進(jìn)行跟蹤設(shè)置，也能進(jìn)行熱備發(fā)送）用戶設(shè)置發(fā)送范圍進(jìn)行發(fā)送的數(shù)據(jù)在以下情況可變更：需要縮短熱備發(fā)送的時間需要增加熱備發(fā)送的軟元件（文件寄存器、報警器）想用程序任意變更熱備傳送的時間需要傳送信號流內(nèi)存時對于備份模式中在線程序的寫入，為使控制系統(tǒng)與待機(jī)系統(tǒng)的CPU

11、模塊的程序具有一致性，需要對控制系統(tǒng)與待機(jī)系統(tǒng)的CPU模塊寫入同一程序。CPU模塊在停止中寫入CPU模塊在運行中寫入從控制系統(tǒng)向待機(jī)系統(tǒng)的存儲復(fù)制功能是指把控制系統(tǒng)CPU模塊的參數(shù)、程序、文件寄存器等數(shù)據(jù)傳送到待機(jī)系統(tǒng)CPU模塊，與控制系統(tǒng)CPU模塊保持一致。（包括標(biāo)準(zhǔn)RAM、標(biāo)準(zhǔn)ROM以及程序內(nèi)存。存儲卡不能進(jìn)行復(fù)制） 在進(jìn)行待機(jī)系統(tǒng)CPU模塊更換等情況下，可使控制系統(tǒng)與待機(jī)系統(tǒng)CPU模塊的存儲內(nèi)容相同。通過GX Developer的存儲復(fù)制功能根據(jù)特殊繼電器與寄存器的方法（ SM1596 OFF,3D1H存儲到SD1595)從控制系統(tǒng)向待機(jī)系統(tǒng)的存儲復(fù)制功能當(dāng)CPU模塊被更換后，無須停止運

12、行的系統(tǒng)，儲存在控制系統(tǒng)的程序可以直接導(dǎo)入新的待機(jī)CPU模塊跟蹤電纜GX Developer存儲器拷貝控制系統(tǒng)待機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行存儲器拷貝功能替換CPU模塊213支持在線更換模塊在線更換模塊 (熱插撥)在遠(yuǎn)程I/O站上也可以更換模塊支持在線更換的模塊種類:Q 系列I/O模塊A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換模塊溫度輸入模塊溫度控制模塊脈沖輸入模塊便于維護(hù) MELSECNET/H Remote I/O跟蹤電纜遠(yuǎn)程I/O站遠(yuǎn)程副控制站遠(yuǎn)程主站熱插拔大容量數(shù)據(jù)跟蹤大容量跟蹤數(shù)據(jù)的建立：100K 字極快的跟蹤時間：22ms (48K 字)兩種運行模式:同步跟蹤模式程序優(yōu)先模式 (更快的掃描時間)使用GX/PX Dev

13、eloper 容易設(shè)置跟蹤參數(shù)高可靠性 跟蹤電纜控制系統(tǒng)待機(jī)系統(tǒng)100K 字多種工程環(huán)境易于使用 跟蹤電纜控制系統(tǒng)待機(jī)系統(tǒng)PX DeveloperGX Developer下載使用GX Developer為兩個系統(tǒng)編制程序時，無須創(chuàng)建/下載兩個獨立的系統(tǒng)容易設(shè)置參數(shù)各種的診斷功能方便了系統(tǒng)維護(hù)Ethernet 設(shè)置sPLC 跟蹤設(shè)置參數(shù)設(shè)置CC-Link 設(shè)置MELSECNET/H 設(shè)置兼容性好兼容MELSEC A/QnA, Q（基本型/高性能型/過程CPU）程序程序可以容易的使用GX Developer 進(jìn)行轉(zhuǎn)換，無須專門的轉(zhuǎn)換軟件QnPRHCPU和Q4AR的冗余系統(tǒng)可以在PLC和PLC之間的

14、MELSECNET/10網(wǎng)絡(luò)中混合使用CPU硬件特性MitsubishiQnPRHCPUGE Fanuc系列 90-70SiemensS7-400HRockwellProcessLogixControlLogixSchneiderQuantumOmronCS1DCPU模塊lQ12PRHCPU Q25PRHCPUIC697CGR935CPU414-4H1756-L55M13140 CPU 434 12ACS1D-CPU67H處理時間 (位觸點)34ns400ns100ns80ns500ns20ns程序存儲器 (步, 字節(jié))Q12PRH: 124k (496kB)Q25PRH: 252k (1MB

15、)1MB CMOS RAM384KB1.5MB (可以擴(kuò)展到 7.5MB)2MB250K (1MB) 800KB (用于數(shù)據(jù)存儲)裝載存儲器 64MB (用于參數(shù)等 .)可外接存儲卡32MB maxNo48MB數(shù)據(jù)跟蹤通道專用電纜 1x (3m)2根或者更多總線電纜2根光纖 (10m 500m)1根光纖 (100m)2根光纖(無冗余) 3m基板 (兩個CPU在同一基板上)跟蹤數(shù)據(jù)大小200K bytes(100K 字)48K 字節(jié)取決于內(nèi)存大小和更改的數(shù)據(jù)大小取決于一個掃描周期內(nèi)執(zhí)行的數(shù)據(jù)量 (256 字節(jié) 組)12kword state RAMn/a (雙重PLC掃描)切換時間22ms (4

16、8K字)46ms (100K字)64ms75ms + 0.7ms / KB (取決于更改的數(shù)據(jù)塊)80ms到 220ms (大約, 基于 NUT)38ms (基于默認(rèn)的數(shù)據(jù)跟蹤大小，12k字)520ms 增長掃描時間網(wǎng)絡(luò)冗余EthernetMELSECNET/HGenius I/OLAN network Profibus DPControlNetEthernetModbus PlusProp. remote I/OEthernetController LinkSysbus remote I/OI/O 軟元件點數(shù)8K 數(shù)字量 24K模擬量 8K 數(shù)字量 130K模擬量 8K128K128K5K雙

17、重PLC編程是， 自動下載到兩個 CPU中不, 每個CPU需要通過串口獨立編程直接和主機(jī)相連，然后自動拷貝到待機(jī)下載到主要CPU, 工程自動拷貝不不，只下載到激活的CPUCPU運行模式獨立冗余獨立冗余獨立冗余獨立冗余獨立冗余獨立冗余冗余通訊功能嵌入C PU模塊內(nèi)部系統(tǒng)兩側(cè)都有2塊獨立模塊2在主CPU和待機(jī)CPU兩側(cè)都有兩個同步模塊在每個機(jī)架（2 槽）上都有一個SRM 模塊每個機(jī)架都有1個 CHS 熱待機(jī)模塊在兩個CPU（2槽）之間有1個雙工單元點到點網(wǎng)絡(luò)硬件對比MitsubishiGE- FanucSiemensRockwellSchneiderMELSECNET/HGenius I/O Bu

18、sProfibus DPControlNetModbus Plus最大速度25Mbps153.6 Kbps12Mbps5Mbps1Mbps最大距離30km (回路)610m9.6km20km5km控制方法令牌傳送令牌傳送令牌傳送基于 RTI 的標(biāo)簽(Requested Time Interval)令牌總線拓?fù)浠芈? 總線總線 (用于冗余的樹)總線, 數(shù)總線,星形, 環(huán)形多點 (分線電纜)網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點數(shù)環(huán)路：64, 總線：3216 (版本3.0的CPU:31）32 (帶中繼器126)99 (64通道/模塊)63電纜光纖/同軸電纜屏蔽的雙絞線屏蔽的電纜光纖/同軸電纜雙絞線電纜冗余可能 (光纖)可能

19、 （使用兩塊總線控制模塊）可能，通過 Y-link 連接器可以, 使用R-type CNB 模塊可以通訊方法廣播循環(huán)點到點的信息循環(huán)循環(huán)非循環(huán)PTP信息(瞬時/重復(fù))PTP信息全球網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)大小/包2000 字節(jié)256字節(jié)244字節(jié)500字節(jié)200 字節(jié) (PTP信息)64 字節(jié) (全球數(shù)據(jù)庫)設(shè)備層網(wǎng)絡(luò) 硬件對比MitsubishiGE- FanucSiemensRockwellCC-Link通用I/O 總線Profibus DPDeviceNet最大的傳輸速度 10Mbps153.6 Kbps12Mbps500kbps最長距離1.2km ( 156kbps)610m9.6km500m控制

20、方法廣播輪詢法令牌傳送令牌傳送UCMM拓?fù)淇偩€, 樹總線總線, 樹樹網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)6416 (版本3.0的CPU：31)32 (帶中繼器：126)64電纜屏蔽雙絞線屏蔽雙絞線屏蔽電纜屏蔽電纜通訊方法自動刷新瞬時信息循環(huán)循環(huán)非循環(huán)Strobe, 輪詢, 狀態(tài)改變, 循環(huán)信息數(shù)據(jù)大小/包 918 字節(jié)256 字節(jié)244 字節(jié)8 字節(jié) (strobe)255 字節(jié) (輪詢)GE Fanuc(90-70系列)優(yōu)點通過同步CPU實現(xiàn)無沖擊的切換獨立的冗余通訊模塊實現(xiàn)了CPU選擇的靈活性手動按鈕實現(xiàn)了手工切換控制系統(tǒng)缺點兩邊都需要兩個冗余通訊模塊跟蹤電纜只能達(dá)到 7.5 米很慢的指令執(zhí)行速度每個CPU必須獨立

21、編程有限的數(shù)據(jù)跟蹤的大小 48k字更換模塊必須切斷整個機(jī)架的電源切換時間可能不符合對時限要求嚴(yán)格的場合沒有冗余的電源PSCPUBTMRCMGBCPSCPUBTMRCMGBC終端I/O電纜PSScannerI/OI/OI/OBlockBlock優(yōu)點數(shù)據(jù)跟蹤大小無限制雙環(huán)系統(tǒng)同步光纖實現(xiàn)了傳送速度塊和較長站和站的距離使用已經(jīng)完善的Profibus DP實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)冗余（I/O冗余同樣）大量的標(biāo)準(zhǔn)部件可使用缺點系統(tǒng)兩側(cè)需要兩個冗余通訊接口由于過多的跟蹤數(shù)據(jù)和同步程序執(zhí)行的結(jié)構(gòu)， 切換時間可能不符合對時限要求嚴(yán)格的場合跟蹤電纜與較便宜的雙絞線相比偏貴 比正常系統(tǒng)增加的冗余通信量導(dǎo)致較低的通訊性能, 冗余系統(tǒng)的組態(tài)需要冗另外的軟件進(jìn)行組態(tài)復(fù)雜的軟件系統(tǒng)建立過程更換在線模塊必需關(guān)掉整個系統(tǒng)Siemens (S7-400H)PSCPUPSCPU 光纖電纜PWPWPB-DPPB-DPI/OProfibus DP (冗余t)優(yōu)點系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)存儲器智的同步性兩邊各需要一個系統(tǒng)冗余模塊基于控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的標(biāo)簽眾所周知的品牌和ControlNet網(wǎng)絡(luò)缺點和基板分開的冗余電源需要另外接線 （只有