软件冗余是Siemens实现冗余功能的一种低成本解决方案，可以应用于对主备系统切换时间为秒级的控制系统中。

1、系统结构

Siemens软件冗余系统的软件、硬件包括：

（1）1套STEP7编程软件（V5.2或更高）加软冗余软件包(V1.x)；

（2）2套PLC控制器及I/O模块，可以是S7-300（313C-2DP，314C-2DP，31X-2DP）或S7-400（全部S7-400系列CPU）系统；

（3）3条通讯链路，主系统与从站通讯链路（PROFIBUS 1）、备用系统与从站通讯链路（PROFIBUS 2）、主系统与备用系统的数据同步通讯链路（MPI 或 PROFIBUS 或
Ethernet）；

（4）若干个ET200M从站，每个从站包括2个IM153-2接口模块和若干个I/O模块；Y-Link不能用于软冗余系统；

（5）除此之外，还需要一些相关的附件，用于编程和上位机监控的PC-Adapter（连接在计算机串口）或CP5611（插在主板上的PCI槽上）或CP5511（插在笔记本的PCMIA槽里）、PROFIBUS电缆、PROFIBUS总线链接器等。

系统架构如图1所示：

图1软冗余的系统架构

可以看出，系统是由两套独立的S7-300或S7-400 PLC系统组成，软冗余能够实现：

主机架电源、背板总线等冗余；PLC处理器冗余；PROFIBUS现场总线网络冗余（包括通讯接口、总线接头、总线电缆的冗余）；ET200M站的通讯接口模块IM153-2冗余。

软冗余系统由A和B两套PLC控制系统组成。开始时，A系统为主，B系统为备用，当主系统A中的任何一个组件出错，控制任务会自动切换到备用系统B当中执行，这时，B系统为主，A系统为备用，这种切换过程是包括电源、CPU、通讯电缆和IM153接口模块的整体切换。系统运行过程中，即使没有任何组件出错，操作人员也可以通过设定控制字，实现手动的主备系统切换，这种手动切换过程，对于控制系统的软硬件调整，更换，扩容非常有用，即Altering Configuration and Application Program in RUN Mode 。

2、系统工作原理                （西门子S7-1500系列PLC）

在软冗余系统进行工作时，A、B控制系统（处理器，通讯、I/O）独立运行，由主系统的PLC掌握对ET200从站中的I/O控制权。A、B系统中的PLC程序由非冗余（non-duplicated）用户程序段和冗余（redundant backup）用户程序段组成，主系统PLC执行全部的用户程序，备用系统PLC只执行非冗余用户程序段，而跳过冗余用户程序段。

软冗余系统内部的运行过程参考图2。

图2软冗余系统内部的运行过程

主系统的CPU将数据同步到备用系统的CPU需要1到几个程序扫描循环，如图3所示：

图3软冗余同步原理

数据同步所需要的时间取决于同步数据量的大小和同步所采用的网络方式，MPI方式周期***长，PROFIBUS方式适中，Ethernet网方式***快。同步通信效率见表1

表1同步通信效率

每60ms 传送240个字节数据 每48ms 传送 240个字节数据 每152ms 传送76个字节数据

用户需要在初始化程序中（OB100）定义冗余部分的数据区，该数据区可以包括：一个 过程映象区（process image area），一个定时器区（IEC timer area），一个计数器区（IEC counter area），一个 位地址区（memory address area）和一个 数据块区（data block area），S7-300同步的***大数据量为8 kBytes，S7-400同步的***大数据量64kBytes。

3.软冗余的原理和系统配置要求                   （西门子S7-300系列PLC）

能够实现软冗余功能的CPU有具体的要求，在S7-300中，315-2DP型(包括313C-2DP、314C-2DP)以上的CPU才能支持，所有的S7-400CPU都支持软冗余。主、备系统的CPU型号可以不同，如其中一套系统采用S7-400系列

另一套系统采用S7-300系列。数据同步可以通过MPIPROFIBUS、Ethernet三种不同的网络方式。需要两套系统共同控制的I/0信号需要采用ET200M从站采集，由于要接入两套CPU中，因此ET200M要选用冗余的IM153-2接口模块，并且采用有源总线模块。软件需要安装软冗余软件包，只有安装了软件冗余包STEP7中才会出现冗余功能库。

4.软冗余系统的编程调试和故障诊断

STEP7中的冗余软件包包含了多个功能块，每个功能块都有特定的功能和调用方法，而且不同程序库中的功能块

应用的场合不同，使用时需要加以区分。由于是通过软件程序来实现冗余，因此软冗余系统在编程调试时有些特点要注意。如在0B100中初始化程序块FC100，定义系统运行的参数要正确，冗余输出映像区地址要连续。修改系统参数后要对CPU进行复位，重新下载全部项目到PLC。

主备系统的切换时间 = 故障诊断检测时间 + 同步数据传输时间 + DP从站切换时间

如果CPU的故障是停机或断电，则故障诊断为大约100－1000毫秒，315－2DP同步1000字节的数据所需的时间大约为200－300ms，8个DP从站的切换时间在100ms左右。可以在软冗余手册当中找到关于切换时间的具体说明。

无论控制程序循环扫描到哪里，当前激活的系统（即主系统）随时都会接收并处理报警信息，这样，在主系统A与备用系统B进行切换过程中产生的alarm存在被丢失的可能。

5、产品订货信息

软件冗余系统相关产品的订货信息参考表2。

表2软件冗余系统相关产品的订货信息

注：

1) 只有S7-300 315-2DP（除CPU314C-2DP、CPU313C-2DP）型号以上的PLC才支持软冗余功能，所有的S7-400都支持软冗余功能；

2) 主系统与备用系统的CPU型号可以不同，如主系统采用一套S7-400系统，而备用系统采用一套S7-300系统；

（本文摘自网络）