软冗余和硬冗余的区别

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1、从字面上讲，也就是实现的方式上：1）软冗余是通过软件实现，也就是是西门子的SWR软件包；硬冗余，则是使用CPU417H；414H；412H来实现，对于PLC本身的操作系统及硬件设置上均不同，硬冗余的同步机理为事件同步。2）硬冗余的两个热备系统必须使用相同的PLC；软冗余的两个暖被系统可以使用不同的PLC。3）硬冗余的同步链路采用同步模块和光纤，有长距，短距两种；软冗余则使用MPI，DP（CP343-5,CP443-5）和IE（CP343－1，CP443－1），程序内部调用的是xsend/xrcv;AGsend/rcv以及Bsend/rcv（仅对400），这也就是为什么S7－300PNCPU无

2、法使用集成PN口来实现同步的原因。从性能上来：1）冗余的层级：软冗余无法进行IO冗余；IO冗余仅能在硬冗余里实现。此外，Y－link仅能在硬冗余中实现。2）系统切换的时间：硬冗余：PLC无切换时间，因为程序同时在两个CPU里运行，硬冗余里成为主动切换；被动切换，也就是从站切换的时间<100ms；对于软冗余，冗余程序仅在主CPU内执行，备用CPU仅执行非冗余段程序，切换时为整个系统的切换。切换时间取决于同步链路的类型，速率和同步数据量的大小，DP从站的多少，多为秒级。对于切换，软冗余系统中，DP从站的接口模板或DP链路故障均会造成主备CPU的切换，而引起整个系统的切换；而在硬冗余中，从站的故障

3、不会造成主备CPU的切换。3）信息的丢失：2）提到了切换，很自然的，CPU间的切换可能导致部分信息，如报警的丢失，因为报警在当前激活的主CPU中进行处理。所以，软冗余系统中会存在信息的丢失；而硬冗余系统中，由于CPU间为事件同步的方式，且切换无时间，保证了信息不会丢失，也就是硬冗余中所说的平滑切换。4）通信架构：400H系统与上位机间的通信有多种架构，需要使用CP1613和redconnect实现，网络构成方式：双通道，四通道，单环，双环等；400H间建立的是容错S7连接。5）H-CiR功能：硬冗余系统支持H－Cir功能，可在线修改组态，增删模板，更换存储卡等研究了西门子可编程控制器(PLC

4、)软冗余系统的软硬件组成及实现原理。分析了PLC软冗余系统在主CPU、电源、I／O模块和Profibus总线等分别发生故障情况下，不同故障发生时刻引发的软件中断和主备切换过程，得出了相应的主／备切换时间极限值的估算公式。分析了PLC软冗余系统的数据同步过程，得出了数据同步时间的估算公式。在工业自动化系统中，为了使系统长期稳定可靠地运行，大量选用可编程逻辑控制器(PLC)作为控制器，甚至在此基础上组建冗余系统进一步提高系统的可靠性。冗余的分类方式很多。目前，采用的PLC冗余方式分为2种，即软冗余和硬冗余。西门子公司在这2方面均给出了解决方案。基于S7-400H的硬冗余的可靠性高，但构建系统成本

5、也较高。而基于S7-300或S7-400的软冗余是一种综合考虑提高可靠性和降低成本的折中方案。目前，软冗余系统已经在污水处理、冶金、化工等控制工程中得到了普遍应用。但目前对于软冗余的性能，仍缺乏系统的研究。文中首先叙述西门子PLC软冗余系统的实现原理，然后重点分析主备切换时间和数据同步时间，以便为类似控制系统设计提供参考依据。1、软冗余实现原理典型的PLC软冗余系统组成案例如图1所示。图1典型的PLC软冗余系统组成在系统运行时2个CPU均启动，但只有主CPU执行控制命令，备用CPU检测主CPU状态，时刻准备接替主CPU继续工作。与主CPU通信的IMl53—2模块处于激活状态使主CPU能访问I

6、／0模块。当系统发生特定故障时，系统可以实现主备切换，备站接替主站继续运行。这些故障包括：主机架电源、背板总线等故障；CPU故障；Profibus现场总线网络故障；ET200M站的通信接口模块IMl53故障。PLC软冗余系统要实现软冗余功能，需要存程序中调用冗余软件包的功能模块，其主要包括：初始化冗余系统运行参数的FCl00模块；故障诊断、主备切换的FCl02模块；发送／接收数据的FBl03模块；调用FBl03进行数据同步、分析系统状态的FBl01模块。带有冗余功能的程序结构见图2。图2带有冗余功能的程序结构在PLC每个循环执行周期中，主系统先凋用FBl01接收并分析备系统状态，然后执行冗余

7、程序，最后再调用FBl01将需要同步的数据发送到备系统。备系统先调用FBl01接收并分析主系统状态，跳过冗余程序，然后将备系统状态发送到主系统。需注意的是，实现冗余功能的最重要模块FBl01执行时先分析主备系统状态，然后再发送数据(或接收数据)。由于软件是顺序执行，将导致接收到对方故障信息后，对故障处理的滞后。软件顺序执行机制是导致软冗余切换时间较长的一个重要原因。2、主备切换时间分析主备切换时间是指系统发生