在 S7-1500R/H 冗余系統(tǒng)中，CPU 是重復(fù)的，也就是冗余的。兩個  CPU 會并行處理相同的項目數(shù)據(jù)和相同的用戶程序，如果一個 CPU 出現(xiàn)故障，另一個 CPU 會接替它對過程進行控制。

圖 1 S7-1500R/H 冗余系統(tǒng)

S7-1500R/H 冗余系統(tǒng)提供了兩種類型的 CPU，S7-1500R CPU 和 S7-1500H CPU，共有四種型號。其中 CPU1513R 和 CPU1515R 適合中小型項目應(yīng)用，如果一個 CPU 失效 ，備用 CPU 將自動接管程序控制工作，可以防止數(shù)據(jù)丟失，并且程序可以快速恢復(fù)運行。CPU1517H 具有相似的功能特性，但性能更強，適合處理大型任務(wù)。CPU1517H 帶有專門的光纖同步模塊，可以實現(xiàn)快速、平滑的切換。CPU1518HF 具有更大的內(nèi)存，更快的速度和更多的通訊接口，并可以應(yīng)用于對功能安全有要求的領(lǐng)域，功能安全等級可達 SIL 3。

S7-1500R CPU 之間是通過集成的 PROFINET X1 接口進行同步的，兩個 CPU 的 PROFINET 接口連接在 MRP 環(huán)網(wǎng)上。S7-1500H CPU 有專門的兩個同步模塊和兩根同步光纖，因此與 S7-1500R 相比性能得到顯著提升，切換時間更短。除了同步的鏈路不同外，這兩種 CPU 在同步的機制和原理上*全相同，沒有區(qū)別。

S7-1500R/H 使用的 IO 系統(tǒng)是 PROFINET IO 設(shè)備，如 ET200SP 和 ET200MP 分布式 IO 站，推薦使用支持 PROFINET 系統(tǒng)冗余 S2 的設(shè)備。

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S7-1500 R/H 冗余控制器進一步擴展了 S7-1500 產(chǎn)品家族，S7-1500 R/H 冗余控制系統(tǒng)可以有效避免控制器故障引起的停機和數(shù)據(jù)丟失的風(fēng)險，確保設(shè)備的高可用性，進而提高工廠效率。使用 S7-1500R/H 冗余系統(tǒng)可以功能替代原有的 S7-300/400 軟冗余，而且性能還有很大提升和擴展！

1、冗余機制不同

S7-300/400 軟冗余是通過軟件冗余包實現(xiàn)的冗余是軟件冗余（software redundancy），是采用編程的方式來實現(xiàn) PLC 同步和故障切換的。

S7-1500R/H 冗余是硬冗余（hardware redundancy）即采用特殊的硬件模塊在 PLC 中固化的操作系統(tǒng)來實現(xiàn) PLC 同步和故障切換的。

2、待機方式不同

S7-300/400 軟冗余是暖待機（Warm standby），當(dāng)主 CPU 工作時，備用 CPU 處于熱備用狀態(tài)。也就是說，當(dāng)主 CPU 正在處理冗余部分程序時，備用 CPU 是跳過這些程序的。主 CPU 將所需的信息傳遞到備用 CPU 中，備用 CPU 根據(jù)這些信息同步自己的數(shù)據(jù)，在發(fā)生故障時繼續(xù)執(zhí)行冗余用戶程序。即備用 CPU 只執(zhí)行本地的非冗余用戶程序，而不會執(zhí)行可用的冗余用戶程序，只有當(dāng)主 CPU 發(fā)生故障之后，備用 CPU 才會繼續(xù)執(zhí)行用戶程序。因此，在軟冗余系統(tǒng)中，主備系統(tǒng)之間的切換時間較長。

S7-1500R/H 冗余是熱待機（hot standby），主 CPU 和備用 CPU 都處于 RUN 模式，兩個 CPU 實時同步數(shù)據(jù)和事件，同步處理用戶程序，緊密協(xié)調(diào)。主站發(fā)生故障后，備用 CPU 可以立即切換保持系統(tǒng)正常運行，時間為毫秒級。

3、同步鏈路冗余

軟冗余 CPU 間的鏈路可以有三種選擇：CPU集成 MPI 接口、PROFIBUS-DP通信模塊和以太網(wǎng)通信模塊。因為兩個 CPU 之間只有一條數(shù)據(jù)鏈路（見圖2），所以一旦這條同步鏈路發(fā)生中斷，會造成兩個 CPU 無法同步。

圖 2 S7-300/400 軟冗余 CPU 之間的同步鏈路

在 S7-1500R/H 冗余系統(tǒng)中，兩個 S7-1500R CPU 之間同步數(shù)據(jù)使用的是 PROFINET 環(huán)網(wǎng)，即使 CPU 之間的連接網(wǎng)線斷開，但由于是環(huán)網(wǎng)形式，同步數(shù)據(jù)還是可以從另外一側(cè)的網(wǎng)絡(luò)進行。而 S7-1500H CPU 是有兩根光纖專門用于同步，本身就是冗余設(shè)計，即使一根斷開也不影響兩個 H CPU 之間的同步。

圖3 S7-1500R/H 冗余 CPU 之間的同步鏈路是冗余的

4、使用的難易程度

前面已經(jīng)介紹過了，S7-300/400 軟冗余是通過軟件冗余包來實現(xiàn)的兩個 CPU 之間的冗余，因此在使用軟冗余的項目時，首先就要安裝軟冗余的程序包。工程師不僅要編寫正常的工藝程序，還要調(diào)用專門的冗余程序塊，填寫正確的參數(shù)來保證兩個 CPU 能夠進入冗余狀態(tài)，就連基本的硬件組態(tài)過程都需要在兩個 PLC 的項目里各做一次。同時還要做好程序規(guī)劃，考慮哪些數(shù)據(jù)需要同步以及如何同步等。在項目調(diào)試中，如果修改了冗余相關(guān)的參數(shù)，就需要對整個項目進行*全的下載。因此，使用軟冗余的項目，工程師不僅要熟悉標(biāo)準(zhǔn)的 S7-300/400 系統(tǒng)的編程、調(diào)試和操作，還要深刻理解軟冗余的運行機制和特征，才能更好地完成項目。

圖 4  軟冗余中要使用的冗余庫

而對于 S7-1500R/H 冗余系統(tǒng)的使用就簡單多了。首先冗余功能*全集成在 TIA Portal 中，從 15.1 版本開始就支持 S7-1500R/H CPU，不需要單獨安裝任何的軟件包。對于用戶程序的設(shè)計和編程，S7-1500R/H 冗余系統(tǒng)所采用的規(guī)則與 S7-1500 自動化系統(tǒng)相同。就用戶程序執(zhí)行而言，S7-1500R/H 冗余系統(tǒng)的特性與 S7-1500 自動化系統(tǒng)也完*相同。兩個 CPU 的同步功能已集成到 CPU 的操作系統(tǒng)中，可在主 CPU 和備用 CPU 之間自動運行，工程師無需深入了解冗余專有知識。編程時不需要額外增加程序，只要基于標(biāo)準(zhǔn)模式進行常規(guī)處理就可以。在進行硬件配置、參數(shù)設(shè)置和程序編寫時只需要當(dāng)作一個單機 PLC 使用即可。

圖5  S7-1500R/H 的參數(shù)設(shè)置界面

圖6  S7-1500R/H 的編程界面

最后，我們將兩者之間的區(qū)別簡單做了張對比表：