對(duì)于某些行業(yè)、某些對(duì)象在安全方面和工藝方面有特殊要求的過程控制的現(xiàn) 場(chǎng)總線，系統(tǒng)冗余的問題顯得十分的必要。采用容錯(cuò)自動(dòng)化系統(tǒng)的目的在于降低生產(chǎn)停機(jī)時(shí)間，無論停機(jī)原因是出錯(cuò)/故障還是實(shí)施維護(hù)。停產(chǎn)的成本越高，就越有必要使用容錯(cuò)系統(tǒng)。
由于能夠避免停產(chǎn)，所以可以很快收回容錯(cuò)系統(tǒng)普遍較高的投資成本。PROFIBUS DP冗余技術(shù)主要有3種形式：
主站冗余，從站冗余，以及介質(zhì)冗余，如圖一所示：
軟件冗余是一種冗余實(shí)現(xiàn)上低成本解決方案，但是他有一個(gè)條件，那就是必須要求主備系統(tǒng)對(duì)切換時(shí)間要求不高，所以對(duì)于很多應(yīng)用領(lǐng)域，冗余質(zhì)量的要求或可能需要冗余自動(dòng)化系統(tǒng)的工廠區(qū)域范圍，并不能說明一定需要一套專業(yè)的容錯(cuò)系統(tǒng)。
通常情況下，簡(jiǎn)單的軟件機(jī)制就足以在出現(xiàn)問題時(shí)使出故障的控制任務(wù)在替代系統(tǒng)上繼續(xù)運(yùn)行。就是說在 S7-300 和 S7-400 標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)上實(shí)施可選軟件包“SIMATIC S7 軟件冗余”，從而控制容許在出現(xiàn)故障時(shí)延遲數(shù)秒切換到替代系統(tǒng)的過程，例如，供水工程、水處理廠或運(yùn)輸流量控制過程。
下圖描述了一個(gè)軟冗余的實(shí)現(xiàn)圖，我們可以看出他的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：
1套STEP7編程軟件（V5.x）加軟冗余軟件包(V1.x)；
2套PLC控制器及I/O模塊，可以是S7-300或S7-400系統(tǒng)；
3條通訊鏈路，主系統(tǒng)與從站通訊鏈路（PROFIBUS
1）、備用系統(tǒng)與從站通訊鏈路（PROFIBUS 2）、主系統(tǒng)與備用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)同步通訊鏈路（MPI 或 PROFIBUS 或 Ethernet）
來看看軟冗余的工作原理：軟冗余系統(tǒng)由A和B兩套PLC控制系統(tǒng)組成。開始時(shí)，A系統(tǒng)為主，B系統(tǒng)為備用，當(dāng)主系統(tǒng)A中的任何一個(gè)組件出錯(cuò)，控制任務(wù)會(huì)自動(dòng)切換到備用系統(tǒng)B當(dāng)中執(zhí)行，這時(shí)，B系統(tǒng)為主，A系統(tǒng)為備用，這種切換過程是包括電源、CPU、通訊電纜和IM153接口模塊的整體切換
可以看出，系統(tǒng)是由兩套獨(dú)立的S7-300或S7-400 PLC系統(tǒng)組成，軟冗余能夠?qū)崿F(xiàn)：主機(jī)架電源、背板總線等冗余；PLC處理器冗余；PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)冗余（包括通訊接口、總線接頭、總線電纜的冗余）；ET200M站的通訊接口模塊IM153-2冗余。
總結(jié)來說，軟冗余要求兩套完全一樣的系統(tǒng)，分為主備系統(tǒng)，如果您的實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)中，本身具備兩個(gè)完全一樣的系統(tǒng)，并且要求主備系統(tǒng)的切換時(shí)間可以接受到秒級(jí)的話，這種軟冗余的方案就是一個(gè)低成本的方案，因?yàn)橹恍枰黾右粋€(gè)冗余軟件包就可以了，但是大部分的的企業(yè)實(shí)際不具備這樣的現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)的。
主站冗余對(duì)于冗余實(shí)現(xiàn)來說是最困難的一步，profibus主站是整個(gè)profibus現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)最關(guān)鍵的部分，主站的穩(wěn)定性和可靠性是保證整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵，
西門子的硬冗余的代表就是S7400H，它是本身具有2個(gè)獨(dú)立的profibus協(xié)議棧，同時(shí)還提供一個(gè)冗余數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的冗余處理模塊，2個(gè)協(xié)議棧相對(duì)獨(dú)立運(yùn)行，分別接受2條總線的消息，并進(jìn)行處理，然后提交給冗余處理模塊，冗余處理模塊按照一定的對(duì)2路冗余數(shù)據(jù)進(jìn)行判決將有效數(shù)據(jù)提交給上層應(yīng)用，對(duì)于上層應(yīng)用程序而言，冗余鏈路是透明的，對(duì)下行數(shù)據(jù)，從上層應(yīng)用可能程序傳來的數(shù)據(jù)經(jīng)過冗余模塊處理之后分別傳給2個(gè)profibus DP接口模塊，經(jīng)過進(jìn)一步處理后發(fā)送給2路PROFIBUS 網(wǎng)絡(luò)，冗余主站的2個(gè)profibus接口模塊在正常工作是同時(shí)進(jìn)行，可以對(duì)處于工作狀態(tài)的冗余發(fā)來的狀態(tài)信息進(jìn)行診斷，通過冗余切換命令，可以在冗余從站出錯(cuò)的情況下主動(dòng)向從站切換，聽起來要比軟冗余靠譜多了，
但是西門子的在硬冗余上面，有個(gè)非常大的損耗就是，要求從站均必須有兩個(gè)DP 接口，才能組成一個(gè)環(huán)網(wǎng)，如圖所示。這里涉及到從站冗余的概念，就是冗余 I/O，當(dāng)系統(tǒng)包含兩套輸入/輸出模塊，而這些模塊以冗余對(duì)的形式組態(tài)并運(yùn)行時(shí)，它們即稱為冗余I/O。
使用冗余I/O最大程度地提高了可用性，因?yàn)橄到y(tǒng)可以容許CPU或信號(hào)模塊的故障。
如果需要冗余I/O，可使用“功能I/O冗余”函數(shù)塊庫中的塊來實(shí)現(xiàn)，
但是在實(shí)際的工廠環(huán)境中很多DP slave 是不具備從站冗余的，這個(gè)時(shí)候，有的客戶就會(huì)說，那我換成全部都是冗余的從站就好了，這樣不就順利實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能了嗎？是的，這樣也是可以的，但是這樣的成本就比較高了，因?yàn)樵瓉淼?span lang="EN-US">slave設(shè)備原本是可以用的，這樣的成本就增加，不利于企業(yè)的效益。又或者說客戶那邊在設(shè)計(jì)的時(shí)候就沒有考慮到這個(gè)從站冗余的情況，后期又需要實(shí)現(xiàn)主站冗余，那么應(yīng)該如何補(bǔ)救？還有什么更加經(jīng)濟(jì)實(shí)用的方案可以解決呢？
本文將描述的方案是基于德國COMSOFT公司的PRS冗余交換器實(shí)現(xiàn)的，它能夠避免當(dāng)前冗余理念中的所有缺點(diǎn)，且簡(jiǎn)單，快速，安全。在 PROFIBUS DP 主站冗余理念中， 兩個(gè)完全相同（地址配置） 的 DP
主站是必不可少的， 但如何可靠、 安全、 迅速地 實(shí)現(xiàn)兩個(gè) DP 主站的線路切換， 是每一個(gè)冗余系統(tǒng)必須面對(duì)的問題和挑戰(zhàn)。因?yàn)閮蓚€(gè) DP 主站要預(yù)防同時(shí)被連接到總線上， 導(dǎo)致雙地址沖突，系統(tǒng)癱瘓。
PRS是一款緊湊型24伏帽軌模塊內(nèi)含切換邏輯和智能雙DP主站接口的DP從站。該設(shè)備可連接兩個(gè)DP主站并連接到其它所有DP從站網(wǎng)絡(luò)中。該交換機(jī)控制PROFIBUS協(xié)議和應(yīng)用層上運(yùn)作的DP主站的狀態(tài)。假如某一個(gè)運(yùn)作的主站有故障，該交換機(jī)就會(huì)物理切換到另一個(gè)待機(jī)的主站，整個(gè)切換過程并不影響DP從站的工作，即使PRS交換器本身出現(xiàn)故障而無法工作了，也不會(huì)影響原本主站的正常工作。
從圖中可以看到，PRS可連接兩個(gè)完全相同的主站（包括配置，地址等等可完全相同），而下面又接了許多的從站設(shè)備，而PRS本身也作為一個(gè)從站存在，它也有自己唯一的站地址
在這個(gè)方案中，PRS作為主站下來的第一個(gè)從站，而且主站跟PRS后面的所有從站通信都必須先經(jīng)過PRS，并且后面連接的從站并不需要是冗余的從站，如果由于種種原因?qū)е?span lang="EN-US">PRS出錯(cuò)或掉電，這時(shí)整個(gè)系統(tǒng)是不會(huì)受到影響的，它會(huì)保持原來已連接到網(wǎng)絡(luò)中的主站繼續(xù)工作。如圖6.1所示，PRS已掉電，但原有的主站仍處于工作狀態(tài)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)也不會(huì)停機(jī)，兩個(gè)主站的只要做好數(shù)據(jù)映射，比如說光纖連接兩個(gè)主站，進(jìn)行數(shù)據(jù)映射，或者有些PLC本身是具備這樣的IF模塊等。
總而言之，這套方案對(duì)于實(shí)現(xiàn)PROFIBUS主站冗余是非?？焖偾铱煽康?，其優(yōu)點(diǎn)也是顯而易見的：1、避免雙主站地址沖突：2、兩DP主站可以被相同配置；3、可與第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的DP主站工作；4、通過PRS不會(huì)影響PROFIBUS數(shù)據(jù)通信，即使PRS出錯(cuò)
伴隨著工業(yè)的智能化、自動(dòng)化程度的提高，企業(yè)對(duì)系統(tǒng)的可靠性要求也越來越高。因此，不同程度的冗余要求是必要的，為保證在現(xiàn)場(chǎng)總線可靠、安全、持久的運(yùn)行，PROFIBUS DP冗余交換機(jī)在今后的總線中將發(fā)揮至關(guān)重要的作用。
