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QnPRHCPU 冗余系统

QnPRHCPU 冗余系统. 冗余系统的概要. 冗余系统中，将 CPU 模块、电源模块、网络模块（ H 网、 CC-LINK IE、 以太网 CC-LINK 网）等基本系统冗余化，一个系统的模块发生异常时可通过另一个系统继续进行控制，系统可靠性得以提高。（使用 CC-LINK IE 时， CPU 系列号10042以后，网络模块 D 版本或以后） 将2套在主机板上安装有上述模块的系统，使用热备电缆连接个 CPU, 即构成冗余系统. 高可靠性. 冗余系统的构成1（ CPU, 基板 , 电源和网络）. 企业级网. GX Developer PX Developer

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QnPRHCPU 冗余系统

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  1. QnPRHCPU冗余系统

  2. 冗余系统的概要 • 冗余系统中，将CPU模块、电源模块、网络模块（H网、CC-LINK IE、以太网CC-LINK网）等基本系统冗余化，一个系统的模块发生异常时可通过另一个系统继续进行控制，系统可靠性得以提高。（使用CC-LINK IE时，CPU系列号10042以后，网络模块D版本或以后） • 将2套在主机板上安装有上述模块的系统，使用热备电缆连接个CPU,即构成冗余系统

  3. 高可靠性 冗余系统的构成1（CPU, 基板, 电源和网络） 企业级网 GX Developer PX Developer 第3方软件(SCADA, 数据登录, 等) MELSECNET/H PCI 板 Ethernet MELSECNET/H PLC to PLC 冗余系统 MELSECNET/H PLC to PLC MELSECNET/H PLC to PLC 以太网 以太网 控制系统 待机系统 数据跟踪 MELSECNET/H 远程主站 MELSECNET/H 远程备用主站 MELSECNET/H Remote I/O 冗余的电源 站1 站64 冗余电源扩展基板

  4. 冗余系统的构成2带扩展 冗余CPU系列号09012以后 Q65WRB 电源系列号081103以后 Q68RB 可以扩展6级

  5. 系统配置（低成本） • 一些最新的先进产品用于冗余系统: • CPU 模块: Q12PRHCPU, Q25PRHCPU • 跟踪电缆: QC10TR (1m), QC30TR (3m) • 冗余电源: Q64RP • 主基板/扩展基板: Q35B\Q38RB, Q68RB (两个都是8 槽),Q65WRB • 可以使用目前已有的Q系列的标准产品：如基板，I/O模块，智能模块，网络模块等

  6. QnPRH 冗余系统 特点： • 高速的CPU处理(沿用Q系列高性能特点) • 在CPU, 电源, 网络模块(以太网和MELSECNET/H)和网络电缆上的冗余 • 无须停止和断电系统就可以更换安装在远程I/O系统上的模块 • 无限制的PID回路（仍可以使用Q过程CPU的专用过程控制指令） • 可以使用标准的Q系列部件，无须担心特定的模块（为物流减轻了压力） • 100k字的大容量跟踪数据的大小 • 极快的系统切换, 从控制系统到待机系统一般22ms(48k字) • 程序自动下载到待机系统，无须两次下载 • 当发生故障的时候(CPU和网络故障)，保持持续的运行 • IEC61131支持的编程结构

  7. MELSECNET/H远程I/O网络 特点： • 25Mbps 的高速数据传送速度 • 令牌传送控制方法确保了决定性控制 • 双环光纤循环传送 • 在冗余的电缆和网络上自动环路切换和环路回送的通讯功能 • 高防噪性 • 全面兼容企业网(SCADA 等)，无须停止/启动系统就可以进行无扰动切换 • 主站和备用主站的自动切换 • 智能RAS功能： • 网络故障或者电缆破损后的自动改道功能 • 连接状态的诊断 • 使用专用联结寄存器自动检查 • 远程I/O站的冗余电源 • 远程站上的在线模块更换 • 即使系统切换，仍然保持和OPS系统通讯

  8. 冗余CPU性能规格

  9. 故障 高可靠性 冗余CPU（Q12PRHCPU、 Q25PRHCPU） • 当控制系统出现故障时, 通过控制系统的数据持续地热备发送至待机系统而实现。通过切换到待机系统来确保系统继续运行(热待机系统) • 如果主基板出现故障, 无须停止整个冗余系统就可以替换整个基板 系统切换 待机系统 控制系统 控制系统 数据跟踪 跟踪电缆 整个基板可以被替换

  10. 存储卡插槽 操作和DIP 开关 USB 口 编程口 RS232 口 高可靠性 冗余CPU • 两个系统都执行同样的程序, 当控制系统的CPU出现故障时，待机的CPU就会接管系统的控制 • 一定量的特殊继电器和寄存器提供冗余系统状态等信息 • 系统的切换可以通过顺控程序中的专用指令（SP.CONTSW)来完成 • 跟踪电缆用来提供两个系统之间数据传送的通道 显示冗余系统状态的LED 标准Q系列CPU运行状态的LED 跟踪电缆的连接口

  11. 高可靠性 冗余的电源(Q64RP) • 冗余的电源可以安装于主基板(Q64RP)和扩展基板上（Q68RB*） OPS Ethernet 冗余电源 跟踪电缆 MELSECNET/H Remote I/O *Extension base units are used for remote I/O stations and not directly connected to the redundant main bases

  12. 高可靠性 冗余的以太网（QJ71E71-100) • 当以太网模块发生故障，或者通讯电缆断线时，系统自动切换 • EZSocket 确保OPS 控制主站的故障对于OPS 也是透明的，无需重新连接或者系统复位 OPS GX Developer PX Developer 第3方软件(SCADA, 数据登录, 等) 通讯故障 Ethernet 以太网模块 以太网模块t 系统切换 控制系统 待机系统 控制系统 跟踪电缆 MELSECNET/H Remote I/O 冗余的电源 站1 站64

  13. 故障 高可靠性 MELSECNET/H 远程I/O 冗余网络QJ71LP21-25/QJ71LP25-25 • 当远程主站发生故障时，控制站或者远程I/O站继续运行 • 主站自动作为新的待机站返回网络 系统切换 待机系统 控制系统 控制系统 跟踪电缆 成为新的MELSECNET/H 远程主站 MELSECNET/H 远程主站 MELSECNET/H Remote I/O 冗余电源 站1 站 64 冗余电源扩展基板

  14. 冗余系统涉及的一些概念 • A系统与B系统的决定 • 控制系统与待机系统 • 控制系统与待机系统的决定确认 • 系统的运行模式 • 启动模式

  15. A系统与B系统、控制系统与待机系统 • 在冗余系统中，将电源、CPU模块、主基板、网络模块冗余化。（两套在主基板上安装同一型号的电源模块、网络模块的系统使用热备电缆连接各CPU模块，热备电缆的连接方向决定A系统B系统，同时启动A系统B系统时。 A系统为控制系统，B系统为待机系统） • 在冗余系统中，一个系统 CPU模块进行运算与控制，（称为控制系统），另一个系统作为备份，不进行运算，（称为待机系统）

  16. 控制系统与待机系统的决定确认 控制系统与待机系统取决于系统的电源启动或 CPU的复位解除顺序。 • 同时启动A系统B系统时。 A系统为“控制系统”，B系统为“待机系统” 不同时启动A系统B系统时： • A系统的电源与B系统的电源，先启动的为“控制系统”，后启动的为“待机系统” • A系统CPU模块与B CPU模块复位时，先解除复位的 CPU为“控制系统”，后解除复位的 CPU为“待机系统” • CPU模块的“CONTROL LED”亮起的系统为控制系统(SM1515 ON,SM1516 OFF), “CONTROL LED”灭灯的系统为“待机系统” (SM1515 OFF,SM1516 ON).

  17. 运行模式(3种) • 备份模式(back up):是进行冗余系统的通常运行模式 • 分开模式(separate):是冗余系统运行过程中,进行系统维护(修改部分程序\更换主基板上的模块)时无需停止控制的运行模式 • 调试模式(debug):冗余系统的一个系统(单系统)中,为在运行前进行调试的模式.(即使未连接热备电缆也不会发生错误)

  18. 启动模式(2种） • 启动模式是指系统接通电源时或解除复位时决定软元件状态的模式。 • 初始启动（缺省）：将锁存范围设置的软元件、文件寄存器以外的软元件全部清除（字元件：0，位元件：OFF)后进行运算的模式。

  19. 启动模式(2种） • 热启动模式：是指在保持软元件状态下进行运算的模式。（步进继电器、变址寄存器等软元件将被清除）

  20. 启动模式 • 注意：由于系统切换而启动新控制系统时，无论设置为那种启动模式，都将以“热启动”模式启动

  21. 冗余系统的功能 • 系统的核对统一性检查 • 系统的切换功能 • 运行模式的变更 • 热备传送功能 • 在线程序写入的冗余跟踪功能 • 从控制系统向待机系统的存储复制功能 • 在线更换模块

  22. 程序 程序 程序 程序 参数 参数 控制系统 待机系统 跟踪电缆 高可靠性 系统的核对统一性检查 • 在冗余系统中，为使冗余系统在发生了系统切换时能继续进行控制，需要将控制系统与待机系统构成、参数、程序。不断的系统核查的特点确保了待机系统可以有效的接管控制。 • 两系统同一性检查在下列时间进行：1.两系统的电源同时启动。 2.两系统的CPU同时解除复位。3.控制系统CPU模块进行END处理时 4.热备电缆重新连接时。 • 系统核对的内容: • 程序内容（参数、程序、软元件初始值） • 运行状态的监视 • 模块安装状态的监视 • 存储卡的的状态 • 参数有效驱动器

  23. 控制系统与待机系统切换功能 • 自动进行的系统切换（在备份模式下） 是指冗余CPU判断是否需要进行系统切换之后，自动切换控制系统与待机系统的方法（发生在出错停止、电源OFF、复位、网络模块的切换要求） • 用户切换（在备份模式或分开模式下） 是指在系统运行中用户任意进行的系统切换。 有“由GX Developer 进行的系统切换”与“由系统切换指令（SP.CONTSW)进行系统切换” 系统切换：发生切换原因时立即执行切换。 用户切换：发生切换原因时的扫描的 END处理后执行。

  24. 系统切换

  25. 系统切换

  26. 用户切换

  27. 用户切换

  28. 运行模式的变更 • 由备份模式变更为分开模式的变更 • 由分开模式变更为备份模式的变更

  29. 热备发送功能 • 热备发送功能是指将控制系统与待机系统的数据保持统一，以确保控制系统停机时，冗余系统的待机系统可继续运行。 • （冗余CPU中热备发送设置数据为缺省设置，即使不进行跟踪设置，也能进行热备发送，一次热备发送可发送内部软元件与信号流内存共100K字节） • 用户设置发送范围进行发送的数据在以下情况可变更： • 需要缩短热备发送的时间 • 需要增加热备发送的软元件（文件寄存器、报警器） • 想用程序任意变更热备传送的时间 • 需要传送信号流内存时

  30. 程序的写入 • 对于备份模式中在线程序的写入，为使控制系统与待机系统的CPU模块的程序具有一致性，需要对控制系统与待机系统的CPU模块写入同一程序。 • CPU模块在停止中写入 • CPU模块在运行中写入

  31. 从控制系统向待机系统的存储复制功能 • 是指把控制系统CPU模块的参数、程序、文件寄存器等数据传送到待机系统CPU模块，与控制系统CPU模块保持一致。（包括标准RAM、标准ROM以及程序内存。存储卡不能进行复制） 在进行待机系统CPU模块更换等情况下，可使控制系统与待机系统CPU模块的存储内容相同。 • 通过GX Developer的存储复制功能 • 根据特殊继电器与寄存器的方法（ SM1596 OFF,3D1H存储到SD1595) • 完成的确认：SM1597 ON, SD1596为0,BAKEUP红灯点亮，

  32. 1 替换CPU模块 控制系统 待机系统 存储器拷贝 3 跟踪电缆 执行存储器拷贝功能 GX Developer 2 从控制系统向待机系统的存储复制功能 • 当CPU模块被更换后，无须停止运行的系统，储存在控制系统的程序可以直接导入新的待机CPU模块

  33. 远程主站 远程副控制站 MELSECNET/H Remote I/O 跟踪电缆 热插拔 远程I/O站 便于维护 支持在线更换模块 • 在线更换模块(热插拨) • 在远程I/O站上也可以更换模块 • 支持在线更换的模块种类: • Q 系列I/O模块 • A/D 和D/A 转换模块 • 温度输入模块 • 温度控制模块 • 脉冲输入模块

  34. 控制系统 待机系统 100K 字 跟踪电缆 高可靠性 大容量数据跟踪 • 大容量跟踪数据的建立：100K 字 • 极快的跟踪时间：22ms (48K 字) • 两种运行模式: • 同步跟踪模式 • 程序优先模式(更快的扫描时间) • 使用GX/PX Developer 容易设置跟踪参数

  35. 参数设置 MELSECNET/H 设置 CC-Link 设置 待机系统 控制系统 Ethernet 设置s PX Developer GX Developer 跟踪电缆 下载 PLC 跟踪设置 易于使用 多种工程环境 • 使用GX Developer为两个系统编制程序时，无须创建/下载两个独立的系统 • 容易设置参数 • 各种的诊断功能方便了系统维护

  36. 兼容性好 • 兼容MELSEC A/QnA, Q（基本型/高性能型/过程CPU）程序 • 程序可以容易的使用GX Developer 进行转换，无须专门的转换软件 • QnPRHCPU和Q4AR的冗余系统可以在PLC和PLC之间的MELSECNET/10网络中混合使用

  37. CPU硬件特性

  38. 点到点网络硬件对比

  39. 设备层网络硬件对比

  40. PS PS PS CPU Scanner CPU I/O BTM BTM I/O RCM RCM GBC I/O GBC 终端I/O电缆 Block Block GE Fanuc(90-70系列) • 优点 • 通过同步CPU实现无冲击的切换 • 独立的冗余通讯模块实现了CPU选择的灵活性 • 手动按钮实现了手工切换控制系统 • 缺点 • 两边都需要两个冗余通讯模块 • 跟踪电缆只能达到7.5 米 • 很慢的指令执行速度 • 每个CPU必须独立编程 • 有限的数据跟踪的大小 48k字 • 更换模块必须切断整个机架的电源 • 切换时间可能不符合对时限要求严格的场合 • 没有冗余的电源

  41. PS PS PW CPU CPU PW PB-DP PB-DP I/O 光纤电缆 Profibus DP (冗余t) Siemens (S7-400H) • 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（I/O冗余同样） • 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 • 跟踪电缆与较便宜的双绞线相比偏贵 • 比正常系统增加的冗余通信量导致较低的通讯性能, • 冗余系统的组态需要冗另外的软件进行组态 • 复杂的软件系统建立过程 • 更换在线模块必需关掉整个系统

  42. PS PS CPU CPU ENBT ENBT CNB CNB SRM SRM 光纤通讯电缆 ControlNet 冗余的电源 CNB I/O I/O I/O PW PW Rockwell (ControlLogix) • 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 • 众所周知的品牌和ControlNet网络 • 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 • CPU 指令执行性能性非常差 • 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

  43. PS PLC RIO CHS PS PLC RIO CHS 光纤通讯电缆 RIO drop 1 RIO drop 2 Schneider (Quantum) • 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 • 冗余系统方面的较长历史 • 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 • 非常慢的指令执行速度(500ns) • 有限的数据跟踪大小(12k字) • 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

  44. CPU Connector Duplex Unit I/O CPU I/O PS I/O PS I/O 冗余电源 总线连接电缆 Omron (CS1D) • 优点 • 通过同步CPU实现无冲击的切换 • 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 • 缺点 • 整个系统安装在一个基板上，因此缺乏了安装灵活性 • 高成本的冗余方案 • 大量无统一标准的部件的使用：如基板，等电源 • 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

  45. 谢谢静听

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