S7-300/400软冗余与S7-1500R/H冗余系统比较

‍【导读】S7-300/400 是大家十分熟悉的西门子PLC系统,它们的软冗余系统,在使用配置时不是很方便,而且繁琐,而 S7-1500R/H 硬冗余系统,使用起来十分方便安全。下面我们将两者做一个对比。

1、S7-1500R/H 冗余系统介绍

在 S7-1500R/H 冗余系统中，CPU 是双CPU。两个CPU会并行处理相同的项目数据和相同的用户程序，如果一个 CPU 出现故障，另一个 CPU 会接替它对过程进行控制。

S7-1500R/H 冗余系统提供了两种类型的 CPU，是S7-1500R CPU 和 S7-1500H CPU。

⑴、CPU1513R 和 CPU1515R 适合中小型项目应用

⑵、S7-1517H 具有相似的功能特性，但性能更强，适合处理大型任务

⑶、CPU1517H 带有专门的光纤同步模块，可以实现快速、平滑的切换

⑷、CPU1518HF 具有更大的内存，更快的速度和更多的通讯接口，并可以应用于对功能安全有要求的领域，功能安全等级可达 SIL 3

S7-1500R CPU 之间是通过集成的 PROFINET X1 接口进行同步的，两个 CPU 的 PROFINET 接口连接在 MRP 环网上。

S7-1500H CPU 有专门的两个同步模块和两根同步光纤，因此与 S7-1500R 相比性能得到显著提升，切换时间更短。除了同步的链路不同外，这两种 CPU 在同步的机制和原理上完全相同，没有区别。

S7-1500R/H 使用的 IO 系统是 PROFINET IO 设备，如 ET200SP 和 ET200MP 分布式 IO 站，推荐使用支持 PROFINET 系统冗余 S2 的设备。S7-1500R/H 冗余系统替代原有的 S7-300/400冗余系统，而且性能还有很大提升和扩展！

2、S7-300/400 软冗余与 S7-1500R/H 冗余系统的主要区别

⑴、冗余机制不同

S7-300/400 软冗余是通过软件冗余包实现的冗余是软件冗余（software redundancy），是采用编程的方式来实现 PLC 同步和故障切换的。

S7-1500R/H 冗余是硬冗余（hardware redundancy）即采用特殊的硬件模块在 PLC 中固化的操作系统来实现 PLC 同步和故障切换的。

⑵、待机方式不同

S7-300/400 软冗余是暖待机（Warm standby），当主 CPU 工作时，备用 CPU 处于热备用状态。因此，主备系统之间的切换时间较长。时间是秒级。

S7-1500R/H 冗余是热待机（hot standby），主 CPU 和备用 CPU 都处于 RUN 模式，两个 CPU 实时同步数据和事件，同步处理用户程序，紧密协调。主站发生故障后，备用 CPU 可以立即切换保持系统正常运行，时间为毫秒级。

⑶、同步链路冗余

软冗余 CPU 间的链路可以有三种选择：CPU集成 MPI 接口、PROFIBUS-DP通信模块和以太网通信模块。因为两个 CPU 之间只有一条数据链路，所以一旦这条同步链路发生中断，会造成两个 CPU 无法同步。

在 S7-1500R/H 冗余系统中，两个 S7-1500R CPU 之间同步数据使用的是 PROFINET 环网，即使 CPU 之间的连接网线断开，但由于是环网形式，同步数据还是可以从另外一侧的网络进行。而 S7-1500H CPU 是有两根光纤专门用于同步，本身就是冗余设计，即使一根断开也不影响两个 H CPU 之间的同步。

⑷、使用的难易程度

S7-300/400 软冗余是通过软件冗余包来实现的两个 CPU 之间的冗余，因此在使用软冗余的项目时，首先要安装软冗余的程序包。工程师要编写正常的工艺程序，还要调用专门的冗余程序块，填写正确的参数来保证两个 CPU 能够进入冗余状态，就连基本的硬件组态过程都需要在两个 PLC 的项目里各做一次。同时还要做好程序规划，考虑哪些数据需要同步以及如何同步等。在项目调试中，如果修改了冗余相关的参数，就需要对整个项目进行完全的下载。因此，使用软冗余的项目，工程师不仅要熟悉标准的 S7-300/400 系统的编程、调试和操作，还要深刻理解软冗余的运行机制和特征，才能更好地完成项目。

而对于 S7-1500R/H 冗余系统的使用就简单多了。首先冗余功能完全集成在 TIA Portal 中，从 15.1 版本开始就支持 S7-1500R/H CPU，不需要单独安装任何的软件包。对于用户程序的设计和编程，S7-1500R/H 冗余系统所采用的规则与 S7-1500 自动化系统相同。就用户程序执行而言，S7-1500R/H 冗余系统的特性与 S7-1500 自动化系统也完全相同。两个 CPU 的同步功能已集成到 CPU 的操作系统中，可在主 CPU 和备用 CPU 之间自动运行，工程师无需深入了解冗余专有知识。编程时不需要额外增加程序，只要基于标准模式进行常规处理就可以。在进行硬件配置、参数设置和程序编写时只需要当作一个单机 PLC 使用即可。最后，我们将两者之间的区别简单做了张对比表：

冗余机制	软件冗余	硬件冗余
待机方式	暖待机	热待机
同步链路冗余	无	MRP环网或2根同步光纤
现场总线	PROFIBUS	PROFINET
冗余I/O子站	ET200M(IM53-2)	ET200SP/MP
切换时间	秒	毫秒
故障安全	不支持	CPU1518HHF
对工程师的要求	高	无特殊要求

两种冗余机制对比表

　　审核编辑：汤梓红