admin管理员组文章数量:1538443
2024年3月26日发(作者：)
Quantum PLC的IO冗余解决方案
新的利润增长点
2010.11
作者：王斌
the most of your energy
Make
摘要
本文详细介绍了IO冗余的原理，模板IO冗余和通道IO冗余的区别
，以及
Quantum PLC的IO冗余的硬件实
现方法和软件编程等。
© 2010年Schneider Electric。保留所有权利。未经版权所有人的书面许可，不得使用、复制、复印、发送或用任何性质的存
取系统存储本文的任何部分。
2
引言
当前在很多行业，如焦化行业的化产、冷鼓控制系统、水电站的升船机控制系统、锅炉控制系统、化工或石化控制系统等，为了提高系统
的可靠性和稳定性，要求采用IO冗余的解决方案。
目前，施耐德所有PLC产品中只有Safety Quantum和Premium PLC支持IO冗余的解决方案，而这两种PLC由于功能限制目前无法满足上
述控制系统的要求。Quantum PLC在中国得到了广泛的应用，该PLC具有可靠性高、稳定性较好、支持模板类型较多、通讯功能较强、性
价比较高等优点。如果能利用Quantum PLC实现IO冗余功能，将大大拓展了Quantum PLC的应用领域。
1 IO冗余概述
1.1 IO冗余定义
当系统包含两套模块，且这些模块被组态为冗余对，并作为冗余对操作时，即被视为冗余I/O模块。I/O冗余的使用提供了最高程度的冗余，
即：当系统中CPU发生故障，或信号模块故障，不会影响到控制系统的安全、可靠运行。
IO冗余根据冗余的功能又分为：
1)
2)
模板冗余
通道冗余
1.1.1 模板冗余
IO冗余主要利用整个模板实现相应的冗余功能，即：当在第一个冗余模板发生通道错误时，整个模板及其通道都切换至去功能化状态。由
另一个模板上的通道实现相应的控制功能。
1.1.2 通道冗余
IO冗余主要利用模板的通道实现相应的冗余功能，即如果模板的某个通道发生故障，不会导致整个模板切换至去功能化状态，而仅仅是相
应的通道进入去功能化状态。
通道冗余在以下情况下可提高系统的可靠性和可用性：
1)
2)
3)
外部传感器或执行器经常发生故障
检修时间较长
模板的通道容易发生故障
© 2010年Schneider Electric。保留所有权利。未经版权所有人的书面许可，不得使用、复制、复印、发送或用任何性质的存
3
取系统存储本文的任何部分。
1.2 IO冗余系统分类
IO冗余系统根据输入传感器信号和输出执行器信号是否冗余又分为：
1) 冗余信号的IO冗余系统：使用了冗余输入/输出信号的IO冗余系统可提高整个控制系统的可靠性和可用性。
2) 单信号的IO冗余系统
IO冗余系统根据IO模板是利用扩展机架方式安装还是利用RIO或DIO方式连接又分为：
1) 机架扩展连接的IO冗余系统
2) RIO/DIO连接的IO冗余系统
IO冗余系统根据控制系统采用单机系统还是热备（或冗余）系统又分为：
1) 单机型IO冗余系统
2) 热备（或冗余）型IO冗余系统
1.2.1 冗余信号的IO冗余系统
冗余输入/输出信号的IO冗余系统连接方式详见下图1所示：
图1 冗余信号的IO冗余系统
传感器
PLC
执行器
DI
DO
DI
DO
1.2.2 单信号的IO冗余系统
单输入/输出信号的IO冗余系统连接方式详见下图2所示：
图2 单信号的IO冗余系统
© 2010年Schneider Electric。保留所有权利。未经版权所有人的书面许可，不得使用、复制、复印、发送或用任何性质的存
取系统存储本文的任何部分。
4
传感器
PLC
执行器
DI
DO
DI
DO
1.2.3 机架扩展连接的IO冗余系统
采用机架扩展方式连接冗余的IO模板的连接方式详见下图3所示：
图3 机架扩展连接的IO冗余系统
1.2.4 RIO/DIO连接的IO冗余系统
采用RIO或DIO方式连接冗余的IO模板的连接方式详见下图4所示：
© 2010年Schneider Electric。保留所有权利。未经版权所有人的书面许可，不得使用、复制、复印、发送或用任何性质的存
取系统存储本文的任何部分。
5
图4 RIO/DIO连接的IO冗余系统
S908 /
Modbus Plus
1.2.5 单机型IO冗余系统
采用单机型PLC实现IO冗余功能的系统连接方式详见下图5a和图5b所示：
图5a 单机型同一机架安装的IO冗余系统 图5b 单机型不同机架安装的IO冗余系统
S908 /S908 /
Modbus PlusModbus Plus
1.2.6 热备（或冗余）型IO冗余系统
采用热备（或冗余）型PLC实现IO冗余功能的系统连接方式详见下图6所示：
图6 热备（冗余）型IO冗余系统
© 2010年Schneider Electric。保留所有权利。未经版权所有人的书面许可，不得使用、复制、复印、发送或用任何性质的存
取系统存储本文的任何部分。
6
1.3 IO冗余系统硬件安装和参数设置
对于IO冗余系统来说，IO模板利用机架扩展方式或RIO/DIO连接方式连接时，需遵守以下原则：
1.3.1 机架扩展方式
如果IO模板插入机架的槽位X中，冗余IO模板必须安装在冗余机架的对应槽位X中。具体安装方式详见图3 机架扩展连接的IO冗余系统所
示。
1.3.2 RIO/DIO连接方式
利用RIO或DIO方式连接IO冗余系统时，IO模板和冗余IO模板可以安装在同一机架（仅适用于单机系统）或不同机架中。
IO模板和冗余IO模板安装在同一机架时的安装方式详见图5a 单机型同一机架安装的IO冗余系统所示。
IO模板和冗余IO模板安装在不同机架时的安装方式详见图5b 单机型不同机架安装的IO冗余系统和图6 热备（冗余）型
IO冗余系统所示。
1.3.3 参数设置
所有IO模板安装到机架后，根据每个模板的具体连接方式和采集信号的不同，分别设置相应的参数，并调用相应的IO冗余信号处理函数功
能块即可实现相应的IO冗余功能。
注意：
1)
2)
如果
IO模板和冗余IO模板采用不同机架方式安装时，所有机架地址设置必须唯一。
（否则模板出现故障后，无法进行判断）。
采用RIO/DIO连接方式连接IO模板和冗余IO模板时，所有模板分配的内部映射地址必
须唯一
© 2010年Schneider Electric。保留所有权利。未经版权所有人的书面许可，不得使用、复制、复印、发送或用任何性质的存
7
取系统存储本文的任何部分。
2 当前解决方案
目前，施耐德所有PLC产品中Safety Quantum和Premium PLC可支持IO冗余的解决方案，这两种PLC实现IO冗余功能时有各自的优缺点。
2.1 Safety Quantum PLC
利用Safety Quantum PLC可以支持单机型或热备型IO冗余系统，在连接IO模板时主要利用RIO方式进行连接。
该PLC在实现IO冗余系统时具备如下优点：
1) 支持单机型或热备型系统
2) 支持电源冗余方案
3) 支持通讯冗余
4) 通讯电缆利用同轴电缆或光纤方式连接时，可支持远距离连接
5) 较高的可靠性和可用性
6) 较强的热备性能
7) 较强的通道级诊断功能
8) 支持通道冗余功能
该PLC在实现IO冗余系统时的缺点有：
1) 支持的IO模板类型较少
2) 通讯协议只支持Modbus TCP/IP，Modbus Plus和Modbus协议
3) 不支持通讯功能块读写和PID等高级指令操作
4) 不支持自定义函数功能块开发
5) 成本较高
2.2 Premium PLC
利用Premium PLC可以支持单机型或热备型IO冗余系统，在连接IO模板时主要利用扩展机架方式进行连接。
该PLC在实现IO冗余系统时具备如下优点：
1) 支持单机型或热备型系统
2) 支持的IO模板类型较多
3) 支持PID等多种高级指令操作及多种定制函数库
4) 具有多种灵活的IO模板连接附件
5) 以太网模板故障可引发热备系统切换
6) 较强的通道级诊断功能
© 2010年Schneider Electric。保留所有权利。未经版权所有人的书面许可，不得使用、复制、复印、发送或用任何性质的存
取系统存储本文的任何部分。
8
7)
8)
9)
支持通道冗余功能
支持自定义函数功能块开发
价格适中
该PLC在实现IO冗余系统时的缺点有：
1)
2)
3)
4)
5)
不支持电源冗余方案
不支持通讯电缆冗余
通讯电缆只能利用专用电缆进行连接，连接距离较短
热备性能适中
通讯协议只支持Modbus TCP/IP和Modbus协议
3 当前挑战
当前在很多行业，如焦化行业的化产、冷鼓控制系统、水电站的升船机控制系统、锅炉控制系统、行工或石化的ESD控制系统等，
为了提高系统的可靠性和稳定性，都要求采用IO冗余的解决方案。详见图2 单信号的IO冗余系统所示。
此类控制系统具体要求如下：
1)
2)
3)
4)
5)
6)
7)
8)
9)
支持热备系统
支持电源冗余
支持通讯冗余
支持多种通讯协议
支持多种IO模板类型
支持IO冗余功能
具有较高的可靠性和可用性
支持PID等高级指令操作
支持自定义函数功能块开发
10) 单个传感器输入信号、单个执行器输出信号
如果采用Safety Quantum PLC或Premium PLC都不能满足上述控制系统的控制要求。
而Quantum PLC具有很多优点，可以满足上述控制系统的控制要求，如：
1)
2)
3)
4)
5)
6)
支持单机型或热备型系统
支持电源冗余方案
支持通讯冗余
支持多种通讯协议
通讯电缆利用同轴电缆或光纤方式连接时，可支持远距离连接
较高的可靠性和可用性
© 2010年Schneider Electric。保留所有权利。未经版权所有人的书面许可，不得使用、复制、复印、发送或用任何性质的存
9
取系统存储本文的任何部分。
7)
8)
9)
较强的热备性能
支持的IO模板类型较多
支持PID等多种高级指令操作及多种定制函数库
10) 支持自定义函数功能块开发
11) 性价比较高
因此，如果利用Quantum PLC能够实现IO冗余系统，将大大拓展Quantum PLC的应用领域，为用户带来更多的经济效益。
4 Quantum IO冗余解决方案
4.1 硬件实现方法
由于Quantum PLC没有专门实现IO冗余功能的模板，因此，必须利用普通的Quantum PLC的IO模板，并借助外部的辅助电路完
成可实现IO冗余功能的系统硬件设计。
常见的IO冗余系统中采用的IO模板主要是开关量输入、开关量输出、模拟量输入、模拟量输出模板，因此，下面内容将针对上述四
种模板类型介绍一下Quantum PLC的硬件设计方法。
4.1.1 开关量输入模板
常见的开关量输入模板根据信号电源电压可分为：直流和交流两大类；直流信号供电电压模板根据供电逻辑可分为：漏极和源极两大
类。下面将根据不同的类型介绍一下相应的硬件接线方法及其优缺点。
4.1.1.1 方法一
采用直流供电的漏极开关量输入模板的接线方式详见下图7所示。
图7 直流漏极开入模板接线方式
© 2010年Schneider Electric。保留所有权利。未经版权所有人的书面许可，不得使用、复制、复印、发送或用任何性质的存
10
取系统存储本文的任何部分。
IO模板
DC+
干接点
信号
开入模板
(漏极)
DC‐
直流
电源
DC+
开入模板
(漏极)
DC‐
该接线方式的优点为：接线简单；缺点为：某一开入模板发生故障，可能导致馈电现象发生。
4.1.1.2 方法二
采用二极管隔离的直流供电漏极开关量输入模板的接线方式详见下图8所示。
图8 二极管隔离的直流漏极开入模板接线方式
二极管
IO模板
DC+
干接点
信号
开入模板
(漏极)
DC‐
二极管
直流
电源
DC+
开出模板
(漏极)
DC‐
为了避免方法一中的馈电现象，在信号端增加了二极管进行隔离。隔离二极管可以采用WAGO公司的双层二极管接线端子来实现。
如下图9所示。
图9 WAGO双层二极管接线端子
该接线方式的优点为：接线简单。
© 2010年Schneider Electric。保留所有权利。未经版权所有人的书面许可，不得使用、复制、复印、发送或用任何性质的存
11
取系统存储本文的任何部分。
4.1.1.3 方法三
采用继电器隔离的直流供电漏极开关量输入模板的接线方式详见下图10所示。
图10继电器隔离的直流漏极开入模板接线方式
继电器
继电器接点
IO模板
直流
电源
干接点
信号
DC+
开入模板
(漏极)
DC‐
DC+
开入模板
(漏极)
DC‐
该接线方式的优点为：采用继电器隔离后，避免因发生串电时损坏IO模板的现象发生；缺点为：继电器为单点故障。
4.1.1.4 方法四
采用双继电器隔离的直流供电漏极开关量输入模板的接线方式详见下图11所示。
图11 双继电器隔离的直流漏极开入模板接线方式
DO1
继电器
DO1
继电器
DO2
DO2
DO2
DC+
DO1
继电器接点
IO模板
直流
电源
干接点
信号
开入模板
(漏极)
DC‐
DC+
开入模板
(漏极)
DC‐
该接线方式的优点为：采用继电器隔离后，避免因发生串电时损坏IO模板的现象发生；缺点为：继电器数量较多，增加了系统成本。
© 2010年Schneider Electric。保留所有权利。未经版权所有人的书面许可，不得使用、复制、复印、发送或用任何性质的存
12
取系统存储本文的任何部分。
4.1.1.5 方法五
采用直流供电的源极开关量输入模板的接线方式详见下图12所示。
图12 直流源极开入模板接线方式
IO模板
DC‐
干接点
信号
开入模板
(源极)
直流
电源
DC‐
开入模板
(源极)
DC+
该接线方式的优点为：接线简单；缺点为：某一开入模板发生故障，可能导致馈电现象发生。
4.1.1.6 方法六
采用二极管隔离的直流供电漏极开关量输入模板的接线方式详见下图13所示。
图13 二极管隔离的直流漏极开入模板接线方式
IO模板
DC‐
干接点
信号
二极管
开入模板
(源极)
DC‐
直流
电源
DC‐
二极管
开入模板
(源极)
DC+
为了避免方法一中的馈电现象，在信号端增加了二极管进行隔离。隔离二极管可以采用WAGO公司的双层二极管接线端子来实现。
如下图14所示。
图14 WAGO双层二极管接线端子
© 2010年Schneider Electric。保留所有权利。未经版权所有人的书面许可，不得使用、复制、复印、发送或用任何性质的存
13
取系统存储本文的任何部分。
该接线方式的优点为：接线简单。
4.1.1.7 方法七
采用继电器隔离的直流供电源极开关量输入模板的接线方式详见下图15所示。
图15 继电器隔离的直流源极开入模板接线方式
继电器
继电器触点
IO模板
直流
DC‐
电源
开入模板
干接点
(源极)
信号
DC+
DC‐
开入模板
(源极)
DC+
该接线方式的优点为：采用继电器隔离后，避免因发生串电时损坏IO模板的现象发生；缺点为：继电器为单点故障。
4.1.1.8 方法八
采用双继电器隔离的直流供电源极开关量输入模板的接线方式详见下图16所示。
图16 双继电器隔离的直流源极开入模板接线方式
© 2010年Schneider Electric。保留所有权利。未经版权所有人的书面许可，不得使用、复制、复印、发送或用任何性质的存
取系统存储本文的任何部分。
14
DO1
继电器
DO1
继电器
DO2
DO2
DO1
继电器触点
IO模板
DO2
DC‐
直流
电源
干接点
信号
开入模板
(源极)
DC+
DC‐
开入模板
(源极
)
DC+
该接线方式的优点为：采用继电器隔离后，避免因发生串电时损坏IO模板的现象发生；缺点为：继电器数量较多，增加了系统成本。
4.1.1.9 方法九
采用继电器隔离的交流供电开关量输入模板的接线方式详见下图17所示。
图17 继电器隔离的交流开入模板接线方式
继电器
继电器触点
IO模板
交流
电源
~
干接点
信号
L
开入模板
M
L
开入模板
M
该接线方式的优点为：采用继电器隔离后，避免因发生串电时损坏IO模板的现象发生；缺点为：继电器为单点故障。
4.1.1.10 方法十
采用双继电器隔离的交流供电开关量输入模板的接线方式详见下图18所示。
图18 双继电器隔离的直流源极开入模板接线方式
© 2010年Schneider Electric。保留所有权利。未经版权所有人的书面许可，不得使用、复制、复印、发送或用任何性质的存
15
取系统存储本文的任何部分。
DO1
继电器
DO1
继电器
DO2
DO2
交流
电源
DO1
继电器触点
IO模板
DO2
L
~
干接点
信号
开入模板
M
L
开入模板
M
该接线方式的优点为：采用继电器隔离后，避免因发生串电时损坏IO模板的现象发生；缺点为：继电器数量较多，增加了系统成本。
4.1.2 开关量输出模板
常见的开关量输出模板根据信号电源电压可分为：直流和交流两大类；直流信号供电电压模板根据供电逻辑可分为：漏极和源极两大
类。下面将根据不同的类型介绍一下相应的硬件接线方法及其优缺点。
4.1.2.1 方法一
采用二极管隔离的直流供电漏极开关量输出模板的接线方式详见下图19所示。
图19 二极管隔离的直流漏极开出模板接线方式
IO模板
DC+
二极管
开出模板
(漏极)
DC‐
二极管
DC+
继电器
继电器
触点
~
供电
电源
开出模板
(漏极)
DC‐
直流
电源
负载
为了避免馈电现象，在信号端增加了二极管进行隔离。隔离二极管可以采用WAGO公司的双层二极管接线端子来实现。如下图20
所示。
图20 WAGO双层二极管接线端子
© 2010年Schneider Electric。保留所有权利。未经版权所有人的书面许可，不得使用、复制、复印、发送或用任何性质的存
16
取系统存储本文的任何部分。
该接线方式的优点为：接线简单。
4.1.2.2 方法二
采用双继电器隔离的直流供电漏极开关量输出模板的接线方式详见下图21所示。
图21 双继电器隔离的直流漏极开出模板接线方式
IO模板
DC+
继电器
DO1
继电器
触点
开出模板
(漏极)
DC‐
~
DC+
供电
电源
开出模板
(漏极)
DC‐
继电器
DO2
继电器
触点
负载
该接线方式的优点为：采用继电器隔离后，避免因发生串电时损坏IO模板的现象发生；缺点为：继电器数量较多，增加了系统成本。
4.1.2.3 方法三
采用二极管隔离的直流供电源极开关量输出模板的接线方式详见下图22所示。
图22 二极管隔离的直流源极开出模板接线方式
© 2010年Schneider Electric。保留所有权利。未经版权所有人的书面许可，不得使用、复制、复印、发送或用任何性质的存
17
取系统存储本文的任何部分。
IO模板
DC‐
开出模板
(源极)
DC+
二极管
继电器
继电器
触点
~
供电
电源
DC‐
开出模板
(源极)
DC+
二极管
直流
电源
负载
为了避免馈电现象，在信号端增加了二极管进行隔离。隔离二极管可以采用WAGO公司的双层二极管接线端子来实现。如下图23
所示。
图23 WAGO双层二极管接线端子
该接线方式的优点为：接线简单。
4.1.2.4 方法四
采用双继电器隔离的直流供电源极开关量输出模板的接线方式详见下图24所示。
图24 双继电器隔离的直流漏极开出模板接线方式
IO模板
DC+
继电器
DO1
继电器
触点
开出模板
(源极)
DC‐
~
DC+
供电
电源
开出模板
(漏极)
DC‐
继电器
DO2
继电器
触点
负载
© 2010年Schneider Electric。保留所有权利。未经版权所有人的书面许可，不得使用、复制、复印、发送或用任何性质的存
18
取系统存储本文的任何部分。
该接线方式的优点为：采用继电器隔离后，避免因发生串电时损坏IO模板的现象发生；缺点为：继电器数量较多，增加了系统成本。
4.1.2.5 方法五
采用双继电器隔离的交流开关量输出模板的接线方式详见下图25所示。
图25 双继电器隔离的交流开出模板接线方式
IO模板
L
继电器
DO1
继电器
触点
开出模板
M
~
L
供电
电源
开出模板
M
继电器
DO2
继电器
触点
负载
该接线方式的优点为：采用继电器隔离后，避免因发生串电时损坏IO模板的现象发生；缺点为：继电器数量较多，增加了系统成本。
4.1.3 模拟量输入模板
常见的模拟量输入模板根据传感器信号的不同，可分为电流型、电压型等信号。下面将根据不同的类型介绍一下相应的硬件接线方法
及其优缺点。
4.1.3.1 方法一
采用直接连接方式的电流型模拟量输入模板的接线方式详见下图26所示。
图26 直接连接的电流型模入模板接线方式
© 2010年Schneider Electric。保留所有权利。未经版权所有人的书面许可，不得使用、复制、复印、发送或用任何性质的存
19
取系统存储本文的任何部分。
传感器
IO模板
+
+
电流源
电流型模
入模板
‐‐
+
电流型模
入模板
‐
该接线方式的优点为：接线简单；缺点为：回路中存在多处单点故障，降低了系统的可靠性。
4.1.3.2 方法二
采用并联电阻法的电流型模拟量输入模板的接线方式详见下图27所示。
图27 并联电阻法的电流型模入模板接线方式
传感器
IO模板
+
250Ω
+
电流源
电阻
电压型模
入模板
‐‐
+
电压型模
入模板
‐
该接线方式的优点为：接线简单；缺点为：某一个模块发生故障时，输入数据量程将发生变化。
4.1.3.3 方法三
采用配电器法的电流型模拟量输入模板的接线方式详见下图28所示。
图28 配电器法的电流型模入模板接线方式
© 2010年Schneider Electric。保留所有权利。未经版权所有人的书面许可，不得使用、复制、复印、发送或用任何性质的存
取系统存储本文的任何部分。
20
配电器
+
IO模板
+
Out1
电流型模
传感器
+
+
‐
入模板
‐
电流源
IN
‐
‐
+
+
Out2
电流型模
‐
入模板
‐
配电器可以采用菲尼克斯公司的相关产品来实现。如下图29所示。
图29 菲尼克斯配电器产品
该接线方式的优点为：接线简单，可靠性较高；缺点为：成本较高。
4.1.3.4 方法四
采用直接连接方式的电压型模拟量输入模板的接线方式详见下图30所示。
图30 直接连接方式的电压型模入模板接线方式
传感器
IO模板
+
+
电压源
电压型模
入模板
‐‐
+
电压型模
入模板
‐
该接线方式的优点为：接线简单；缺点为：某一个模块发生故障时，输入数据量程将发生变化。
© 2010年Schneider Electric。保留所有权利。未经版权所有人的书面许可，不得使用、复制、复印、发送或用任何性质的存
取系统存储本文的任何部分。
21
4.1.3.5 方法五
采用配电器法的电压型模拟量输入模板的接线方式详见下图31所示。
图31 配电器法的电压型模入模板接线方式
配电器
+
传感器
+
+
IO模板
+
Out1
‐
电压型模
入模板
‐
电压源
‐
IN
‐
+
DC+
Out2
‐
电压型模
入模板
DC‐
配电器可以采用菲尼克斯公司的相关产品来实现。如下图32所示。
图32 菲尼克斯配电器产品
该接线方式的优点为：接线简单，可靠性较高；缺点为：成本较高。
4.1.4 模拟量输出模板
常见的模拟量输出模板根据执行器信号的不同，可分为电流型、电压型等信号。下面将根据不同的类型介绍一下相应的硬件接线方法
及其优缺点。
4.1.4.1 方法一
采用二极管隔离的电流型模拟量输出模板的接线方式详见下图33所示。
图33 二极管隔离的电流型模拟量模板接线方式
© 2010年Schneider Electric。保留所有权利。未经版权所有人的书面许可，不得使用、复制、复印、发送或用任何性质的存
22
取系统存储本文的任何部分。
IO模板
+
二极管
+
执行器
电流型模
出模板
‐
二极管
+
IN
‐
电流型模
出模板
‐
隔离二极管可以采用WAGO公司的双层二极管接线端子来实现。如下图34所示。
图34 WAGO双层二极管接线端子
该接线方式的优点为：接线简单，成本较低。两个模板正常工作时，每个模板输出一半电流。当某一模板出现故障时，另一模板输出全部
电流。
4.1.4.2 方法二
采用二极管隔离的电压型模拟量输出模板的接线方式详见下图33所示。
图33 二极管隔离的电压型模拟量模板接线方式
IO模板
+
二极管
+
二极管
执行器
电压型模
出模板
‐
二极管
+
IN
‐
电压型模
出模板
‐
二极管
© 2010年Schneider Electric。保留所有权利。未经版权所有人的书面许可，不得使用、复制、复印、发送或用任何性质的存
23
取系统存储本文的任何部分。
隔离二极管可以采用WAGO公司的双层二极管接线端子来实现。如下图34所示。
图34 WAGO双层二极管接线端子
该
接线方式的优点为：接线简单，成本较低。两个模板正常工作时，一个模板输出全部电压信号，另一个模板输出为零。当某一模板出现
故障时，另一模板输出全部电压信号。
4.2 软件编程
Quantum PLC的所有IO模板基本不带通道自诊断功能，因此，如需实现IO冗余功能时，只能实现模块冗余功能。
在Quantum PLC实现IO冗余功能时，所有IO模板一般采用RIO方式连接到Quantum PLC的控制系统。在Unity P
ro软件中的系
统变
量地址区中专门设置了用于RIO子站状态检测的诊断信息。利用这些诊断信息，我们可以实时判断所有远程站上每个IO模板的状态
信息。根据这些状态信息，就可以开发专门的、用于实现IO冗余系统的开关量输入、开关量输出、模拟量输入、模拟量输出自定义函数
功能块，利用这些功能块即可实现IO冗余的全部功能。
RIO子站诊断信息见下表1所示。
序号 映射地址
表1 RIO子站诊断信息
描述
值
1 %SW180 RIO主站诊断信息
2 %SW185 RIO子站2诊断信息
3 %SW190 RIO子站3诊断信息
4 %SW195 RIO子站4诊断信息
5 %SW200 RIO子站5诊断信息
6 %SW205 RIO子站6诊断信息
7 %SW210 RIO子站7诊断信息
8 %SW215 RIO子站8诊断信息
9 %SW220 RIO子站9诊断信息
10 …… ……
11 %SW335 RIO子站32诊断信息
模块故障时，对应位自动
设置为0，否则为1
© 2010年Schneider Electric。保留所有权利。未经版权所有人的书面许可，不得使用、复制、复印、发送或用任何性质的存
24
取系统存储本文的任何部分。
4.2.1 开关量输入模板
4.2.1.1 基本功能块开发
开关量输入模板实现IO冗余功能时，完成基本功能块开发所需的基本的输入、输出信号见表2所示：
表2 开入模板基本功能块输入/输出信号列表
序号 信号
输入信号
1 IN1
2 Health1
3 IN2
4 Health2
5 Safety Fault
输出信号
1 OUT
信号说明
输入信号：来自于开关量输入模板的输入信号
诊断信息：来自于开关量输入模板的诊断信号（该诊断信息为RIO
子站诊断信息）
输入信号：来自于冗余开关量输入模板的输入信号
诊断信息：来自于冗余开关量输入模板的诊断信号（该诊断信息为
RIO子站诊断信息）
故障安全信号：即当两个开关量输入模板同时发生故障时，设备进
入安全状态时对应的安全值
输出信号：经过处理后的开关量输入信号对应的输出值
模板状态诊断信息：
值为0：两个模板都正常工作
值为1：冗余开关量输入模板发生故障
值为2：开关量输入模板发生故障
值为3：两个开关量输入模板发生故障
2 Status
根据上述基本的输入、输出信号，利用Unity Pro软件中的自定义函数功能块开发功能，即可实现开入模板的基本功能块开发功能。
开入模板基本功能块的样例程序如下图35所示：
图35 开入模板基本功能块的样例程序
© 2010年Schneider Electric。保留所有权利。未经版权所有人的书面许可，不得使用、复制、复印、发送或用任何性质的存
25
取系统存储本文的任何部分。
4.2.1.2 高级功能块开发
基本功能块仅仅是考虑了开关量输入模板的基本的工作情况，但是，两个开关量输入模板在采集开入信号的同时，还会存在以下问题：
1)
2)
在指定的时间范围内，两路开入信号采集到的值不相同
如果两路信号值不相同时，但是每个开入模板都没有报故障时，PLC该如何处理上述信号
因此，在开入模板基本功能块中必须考虑上述两种情况，因此，功能块还可以根据需要做适当修改，修改后的高级功能块所需的基本
的输入、输出信号见表3所示：
表3 开入模板输入/输出信号列表
序号 信号 信号说明
输入信号
1 IN1 输入信号：来自于开关量输入模板的输入信号
2 Health1
诊断信息：来自于开关量输入模板的诊断信号（该诊断信息为RIO
子站诊断信息）
3 IN2 输入信号：来自于冗余开关量输入模板的输入信号
4 Health2
诊断信息：来自于冗余开关量输入模板的诊断信号（该诊断信息为
RIO子站诊断信息）
5 Safety Fault
故障安全信号：即当两个开关量输入模板同时发生故障时，设备进
入安全状态时对应的安全值
6 DTime
差异时间：即允许两路信号出现差异的最大时间，如果超过差异时
间后，两路信号依然存在差异，则表明模板出现故障，
7 DValue
差异值：超过差异时间后，两路信号依然存在差异，此时输出信号
按照差异值进行输出
输出信号
1 OUT 输出信号：经过处理后的开关量输入信号对应的输出值
模板状态诊断信息：
值为0：两个模板都正常工作
值为1：冗余开关量输入模板发生故障
2 Status 值为2：开关量输入模板发生故障
值为3：两个开关量输入模板发生故障
值为4：两个开关量输入模板采集的信号存在差异，并超过了允许
的差异时间
高级功能块的开发程序可根据上述输入、输出信号，根据工艺要求，自行开发，此处不再赘述。
4.2.2 开关量输出模板
4.2.2.1 基本功能块开发
开关量输出模板实现IO冗余功能时，完成基本功能块开发所需的基本的输入、输出信号见表4所示：
表4 开出模板基本功能块输入/输出信号列表
序号 信号 信号说明
输入信号
© 2010年Schneider Electric。保留所有权利。未经版权所有人的书面许可，不得使用、复制、复印、发送或用任何性质的存
取系统存储本文的任何部分。
26
1 IN1
2 Health1
3 Health2
4 Safety Fault
输出信号
1 OUT1
2 OUT1
2 Status
输入信号：即需要处理的输出信号
诊断信息：来自于开关量输出模板的诊断信号（该诊断信息为RIO
子站诊断信息）
诊断信息：来自于冗余开关量输出模板的诊断信号（该诊断信息为
RIO子站诊断信息）
故障安全信号：即当两个开关量输出模板同时发生故障时，设备进
入安全状态时对应的安全值
输出信号：经过处理后的输出到开关量输出模板的值
输出信号：经过处理后的输出到冗余开关量输出模板的值
模板状态诊断信息：
值为0：两个模板都正常工作
值为1：冗余开关量输出模板发生故障
值为2：开关量输出模板发生故障
值为3：两个开关量输出模板发生故障
根据上述基本的输入、输出信号，利用Unity Pro软件中的自定义函数功能块开发功能，即可实现开出模板的基本功能块开发功能。
开出模板基本功能块的样例程序如下图36所示：
图36 开出模板基本功能块的样例程序
© 2010年Schneider Electric。保留所有权利。未经版权所有人的书面许可，不得使用、复制、复印、发送或用任何性质的存
27
取系统存储本文的任何部分。
4.2.3 模拟量输入模板
4.2.3.1 基本功能块开发
模拟量输入模板实现IO冗余功能时，完成基本功能块开发所需的基本的输入、输出信号见表5所示：
表5 模入模板基本功能块输入/输出信号列表
序号 信号
输入信号
1 IN1
2 Health1
3 IN2
4 Health2
5 Safety Fault
输出信号
1 OUT
信号说明
输入信号：来自于模拟量输入模板的输入信号
诊断信息：来自于模拟量输入模板的诊断信号（该诊断信息为RIO
子站诊断信息）
输入信号：来自于冗余模拟量输入模板的输入信号
诊断信息：来自于冗余模拟量输入模板的诊断信号（该诊断信息为
RIO子站诊断信息）
故障安全信号：即当两个模拟量输入模板同时发生故障时，设备进
入安全状态时对应的安全值
输出信号：经过处理后的模拟量输入信号对应的输出值
模板状态诊断信息：
值为0：两个模板都正常工作
值为1：冗余模拟量输入模板发生故障
值为2：模拟量输入模板发生故障
值为3：两个模拟量输入模板发生故障
2 Status
注意：
1) 对于模拟量输入模板来说，诊断信息除了可以使用来自于RIO子站的诊断信息以外，还可以使用模板自身的诊断信息。在模拟量输入
模板参数配置中，自动分配了该模板的各个通道的诊断信息，利用该诊断信息可方便的实现通道的状态诊断功能。模块通道诊断信息
详见图37所示：
图37 模拟量输入模板通道诊断信息
© 2010年Schneider Electric。保留所有权利。未经版权所有人的书面许可，不得使用、复制、复印、发送或用任何性质的存
28
取系统存储本文的任何部分。
根据上述基本的输入、输出信号，利用Unity Pro软件中的自定义函数功能块开发功能，即可实现模入模板的基本功能块开发功能。
模入模板基本功能块的样例程序如下图37所示：
图38模入模板基本功能块的样例程序
4.2.3.2 高级功能块开发
基本功能块仅仅是考虑了模拟量输入模板的基本的工作情况，但是，两个模拟量输入模板在采集传感器输入信号的同时，还会存在以
下问题：
1)
2)
在指定的时间范围内，两路模入信号采集到的值不相同
如果两路信号值不相同时，但是每个模入模板都没有报故障时，PLC该如何处理上述信号
因此，在模入模板基本功能块中必须考虑上述两种情况，因此，功能块还可以根据需要做适当修改，修改后的高级功能块所需的基本
的输入、输出信号见表3所示：
表6 模入模板输入/输出信号列表
序号 信号
输入信号
1 IN1
2 Health1
3 IN2
4 Health2
5 Safety Fault
6 DTime
7 DValue
信号说明
输入信号：来自于模拟量输入模板的输入信号
诊断信息：来自于模拟量输入模板的诊断信号（该诊断信息为RIO
子站诊断信息）
输入信号：来自于冗余模拟量输入模板的输入信号
诊断信息：来自于冗余模拟量输入模板的诊断信号（该诊断信息为
RIO子站诊断信息）
故障安全信号：即当两个模拟量输入模板同时发生故障时，设备进
入安全状态时对应的安全值
差异时间：即允许两路信号出现差异的最大时间，如果超过差异时
间后，两路信号依然存在差异，则表明模板出现故障，
差异值：超过差异时间后，两路信号依然存在差异，此时输出信号
© 2010年Schneider Electric。保留所有权利。未经版权所有人的书面许可，不得使用、复制、复印、发送或用任何性质的存
29
取系统存储本文的任何部分。
输出信号
1 OUT
2 Status
按照差异值进行输出
输出信号：经过处理后的模拟量输入信号对应的输出值
模板状态诊断信息：
值为0：两个模板都正常工作
值为1：冗余模拟量输入模板发生故障
值为2：模拟量输入模板发生故障
值为3：两个模拟量输入模板发生故障
值为4：两个模拟量输入模板采集的信号存在差异，并超过了允许
的差异时间
注意：
1) 对于模拟量输入模板来说，诊断信息除了可以使用来自于RIO子站的诊断信息以外，还可以使用模板自身的诊断信息。模块通道诊断
信息详见图37所示：
高级功能块的开发程序可根据上述输入、输出信号，根据工艺要求，自行开发，此处不再赘述。
4.2.4 模拟量输出模板
4.2.4.1 基本功能块开发
模拟量输出模板实现IO冗余功能时，完成基本功能块开发所需的基本的输入、输出信号见表4所示：
表7 模出模板基本功能块输入/输出信号列表
序号 信号
输入信号
1 IN1
2 Health1
3 Health2
4 Safety Fault
输出信号
1 OUT1
2 OUT1
信号说明
输入信号：即需要处理的输出信号
诊断信息：来自于模拟量输出模板的诊断信号（该诊断信息为RIO
子站诊断信息）
诊断信息：来自于冗余模拟量输出模板的诊断信号（该诊断信息为
RIO子站诊断信息）
故障安全信号：即当两个模拟量输出模板同时发生故障时，设备进
入安全状态时对应的安全值
输出信号：经过处理后的输出到模拟量输出模板的值
输出信号：经过处理后的输出到冗余模拟量输出模板的值
模板状态诊断信息：
值为0：两个模板都正常工作
值为1：冗余模拟量输出模板发生故障
值为2：模拟量输出模板发生故障
值为3：两个模拟量输出模板发生故障
2 Status
根据上述基本的输入、输出信号，利用Unity Pro软件中的自定义函数功能块开发功能，即可实现模出模板的基本功能块开发功能。
模出模板基本功能块的样例程序如下图36所示：
图38 模出模板基本功能块的样例程序
© 2010年Schneider Electric。保留所有权利。未经版权所有人的书面许可，不得使用、复制、复印、发送或用任何性质的存
30
取系统存储本文的任何部分。
5 结论
1) Quantum PLC具备了IO冗余系统所需的所有特点
2) 利用Quantum PLC的普通IO模板，结合具体的工艺要求，选择适合的系统硬件设计方案，完全可以满足专用的IO冗余模板的所有硬
件要求
3) 利用Unity Pro软件的自定义函数功能块开发功能，结合结合具体的工艺要求，可以开发相应的信号处理功能块，完全可以满足IO冗
余系统的所有软件功能要求
4) 利用Quantum PLC设计的IO冗余系统完全可以满足当前常见的IO冗余系统的所有功能
5) Quantum PLC的带保护涂层模板，可以进一步拓展IO冗余系统的功能，满足恶劣环境应用的使用要求
© 2010年Schneider Electric。保留所有权利。未经版权所有人的书面许可，不得使用、复制、复印、发送或用任何性质的存
31
取系统存储本文的任何部分。
关于作者
王斌是施耐德电气（中国）投资有限公司工业事业部EU客户部技术委员会主席，主任工程师，在加入施耐德公司的六年多时间里，一直
从事技术支持工作。并支持过多个IO冗余系统解决方案的设计和支持工作。在加入施耐德公司之前，在多个控制系统集成商公司从事控制
系统的设计、调试等工作，熟悉水电、火电、冶金、隧道交通、焦化等行业。目前主要致力于施耐德全面解决方案的推广和支持工作。
© 2010年Schneider Electric。保留所有权利。未经版权所有人的书面许可，不得使用、复制、复印、发送或用任何性质的存
32
取系统存储本文的任何部分。
版权声明：本文标题：施耐德PLC 冗余pdf 内容由热心网友自发贡献，该文观点仅代表作者本人， 转载请联系作者并注明出处：https://m.elefans.com/xitong/1711428507a309270.html， 本站仅提供信息存储空间服务，不拥有所有权，不承担相关法律责任。如发现本站有涉嫌抄袭侵权/违法违规的内容，一经查实，本站将立刻删除。
发表评论