plc软冗余系统时间和性能分析

《plc软冗余系统时间和性能分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、PLC软冗余系统时间和性能分析王俭(哈尔滨家乐福超市有限公司)木文给出了PLC软冗余系统的原理及软硬件组成。分析了PLC软冗余系统在主CPU、电源、接U模块和数据总线等可能发生的各种故障及引发的软件中断，给出了主备切换过程，给出了系统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。因此给出了软冗余系统的使用条件。关键词：可编程控制器冗余主备切换0引言在工业自动化系统中大量选用可编程逻辑控制器(PLC)作为控制器，随着技术的发展乂组建冗余系统进一步提高系统的可靠性。目前冗余的分类

2、方式很多，而采用PLC冗余方式的有两种，即软冗余和硬亢余。丙门子公司在软、硬冗余两方面均给出了解决方案。而基于硬冗余的可靠性高，但构建系统成木也较高。而基于S7—300或S7—400的软冗余是一种成木低乂能提高可靠性的方案。目前，软冗余系统己经在治金、交通、电力、化工、污水处理等工业控制工程中得到了较广泛的应用［1-6］。但是对于软冗余的性能仍没有进行系统的研究。木文针对两门子PLC介绍了软冗余系统的实现原理，分析了主备切换时间和数据同步时间，为控制系统设计提供参考依据。1软冗余实现原理系统运行过程中两个CPU同时启动和运行，但是在

3、正常运行时只有主CPU发出控制命令，而备用CPU检测主CPU状态和记录主CPU发出的命令，当主CPU发生故障时能够延续当时的实际状态接替主CPU发出执行命令。与主CPU通信的IM153-2模块处于激活状态时主CPU能访问I/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。这些故障括：主机架上的电源、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UI模块IMI53故障。PLC软冗余系统要实现软冗余功能，需要从程序中调用冗余软件包的功能模块，这主要包括：初始化冗余系统运行参

4、数的FCIOO模块；故障诊断、主备切换的FCI02模块；发送/接收数据的FBI03模块；调用FBI03进行数据同步、分析系统状态的FBI01模块。在PLC每个循环执行周期中，主系统先调用FBI01接收并分析备系统状态，然后执行冗余程序，最后再调用FBI01将需要同步的数据发送到备系统。而备系统首先调用FBI01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FBI01执行吋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

5、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主备站切换吋间分析主备切换吋间是指主站系统发生故障后被检测、然后切换到备站系统接替主站工作所需要的吋间。2.1主CPU或主机架电源、背板总线故障分析当前两种故障发生时，ET200M站的主通信接U模块IMI53与主CPU失去连接，自动在主备通信接U模块IM153之间实现切换。同吋备CPU在向主CPU发送备站状态时将检测到同步线数据传输错误，继而主动切换成主CPU。由于故障需要被检测到才可以主备切换,而当主CPU故障发生吋备CPU刚调用FB101执行完发送功能，那么备CP

6、U要在下一个周期调用发送功能吋才能检测到与诸CPU通信连接故障，并且还要等待调用接收功能吋备CPU切换成主CPU。此吋主备切换吋间t最长。t=Tcy-2TFB101⑴式中t为主备切换时间；Tcy为PLC循环扫描周期；TFB101为冗余功能块FBI01执行时间。2.2Profibus或ET200M主站故障分析当Profibus或ET200M主站发生故障吋，发生故障的ET200M从站的备IMI53将检测到主IMI53故障，自动将自己切换为主IMI53。主CPU将因为与故障IMI53失去连接而引发OB86(故障诊断)中断，并在中断中调用诊

7、断模块FCI02完成所奋从站的切换，并将自己置为备用。然后，主CPU将故障信息发送到备CPU。备CPU收到故障信息后将自己切换成主CPU。这吋的切换吋间为t=TR+tE+tS+tD(2)式中TR为OB86中断响应吋间；tE为OB86执行吋间；tS为故障状态发送时间；tD为故障状态数据接收完毕到备站切换成主站的吋间间隔。因为OB86中只调用FCI02诊断模块，所以tE由FCI02的执行吋间决定。经过数据测量可以知道FCI02执行时间主要集中在调用系统功能SFC58向ET200M写数据(控制从站切换)的操作上，SFC58的调用次数等于E

8、T200M从站个数，因此可以近似得出tE=TE×ET200M的个数式中TE为SFC58调用一次的时间，测量得出TE—般为3ms。故障状态发送吋间tS与主CPU的OB86中断产生的吋刻有很大关系。如果主CPU在调用FB101