2.3.5　Q系列多CPU与冗余系统

（1）多CPU系统简介

1）基本概念　多CPU系统是指将多台高性能CPU、过程控制CPU、运动控制CPU安装在同一基板上，组成每台CPU分别对控制系统中的I/O、功能模块进行管理的多CPU系统，如图2-43所示。

在多CPU系统中，用户可以根据具体用途与需要来选择相应的CPU型号，CPU之间可以通过自动刷新进行循环通信或通过专用指令进行瞬时通信。这种多CPU系统可以将顺序控制、过程控制、运动控制、数据处理等功能分别安排专门的CPU进行处理，从而提高全系统的运行速度与性能，实现控制系统的高速化，如图2-44所示。

为了对安装于同一基板的CPU进行集中、统一的管理，对于多CPU控制系统，有如下基本的概念。

①站号：它是指CPU的安装位置，安装于基板CPU位置的CPU模块定义为1号，依次向右的插槽为2号、3号、4号。

②控制CPU与非控制CPU：对指定扩展基板或安装模块进行控制的CPU称为该基板（或模块）的“控制CPU”，其他的CPU称为“非控制CPU”。

③控制模块与非控制模块：受到指定CPU控制的模块称为该CPU的“控制模块”，其他模块称为“非控制模块”。

④数据的共享与刷新交换：为了进行CPU间的数据交换，在Q系列多CPU组成的PLC系统中，需要通过数据的“共享”与“刷新”进行信息的传递与通信。每个CPU都有独立的数据共享区域（共享存储器与编程元件，可以是数据寄存器D、链接寄存器W、文件寄存器R/ZR、链接继电器B、内部继电器M、输出Y等；共享存储器最大4KB，编程元件的数量为2048点），当某CPU执行到程序中的END指令时，自动对数据共享区域进行“刷新”。这些位于共享区域的数据，在其他CPU中可以像使用本身的内部编程元件那样进行调用。

图2-45为两只CPU间的数据交换示意图。

⑤数据的专用指令交换：在由顺序控制CPU与过程控制CPU组成的多CPU系统中，数据交换可以通过指令S.T0与FROM进行（S.T0：数据写入共享区域；FROM：读出其他CPU的共享数据）。这种方式与共享与刷新交换方式的区别是：通过S.T0与FROM指令可以自由指定传送区与传送数据，如图2-46所示。

2）组成要点

①多CPU的组合要求　Q系列基本型（Q00J/Q00/Q01）CPU不可以与过程控制CPU结合组成多CPU系统，因此，基本型CPU构成多CPU系统时，系统结构受到一定的限制。具体来说，基本型（Q00J/Q00/Q01）CPU可以组成的形式有以下3种：

基本型CPU+运动控制CPU；

基本型CPU+计算机CPU；

基本型CPU+运动控制CPU+计算机CPU。

Q系列高性能型（Q02/Q02H/Q06H/Q12H/Q25H）CPU可以与过程控制CPU（Q12PH/Q25PH）、运动控制CPU（Q172、Q173）、计算机CPU（PPC-CPU686-64/P6PC-CPU686-128）结合，组成多CPU系统。

②多CPU的安装要求　Q系列PLC组成多CPU系统时，安装CPU模块时需要注意以下几点。

a.在一个系统中，最多可以使用的CPU总数不能超过4个。

b.构成多CPU系统的CPU模块有软件版本的要求。如：高性能CPU必须使用功能“B”以上的版本；当高性能CPU与计算机CPU共同组成多CPU系统时，不仅要使用功能“B”以上的版本，而且软件系列号（前5位）应为03051以后的版本，等等。其他CPU（过程控制CPU、运动控制CPU、计算机CPU等）也有类似的要求，具体可以参见三菱PLC说明书。

c.CPU在主基板上有一定的安装次序要求。从主基板的CPU插槽开始应首先安装基本型CPU（或高性能CPU）、过程控制CPU，中间不能留“空槽”，接着安装运动控制CPU（必须安装在基本型CPU、高性能CPU、过程控制CPU的右侧位置）；最后安装计算机CPU（必须在最右侧）。

d.多CPU系统对部分模块的安装数量有一定的限制，具体如表2-47所示。

③多CPU的参数设定　Q系列PLC组成多CPU系统时，需要进行必要的参数设定，这些设定包括：CPU台数、控制CPU、自动刷新的设定。

CPU台数设定：设定CPU的台数应包括系统中所安装的全部CPU数量，在可能会增加CPU的场合，还需要预留增加的CPU台数。

控制CPU设定：定义每一输入/输出模块与功能模块所对应的控制CPU。

自动刷新的设定：设定系统共享存储器中自动刷新所需要的各种参数，如自动刷新时间等。

④多CPU的复位与报警　多CPU系统可以通过1号CPU对系统整体进行复位，其他CPU不可以进行单独的复位。

当1号CPU进行复位时，系统中的全部CPU、I/O模块、功能模块等全部进行复位。

当1号CPU出现故障停止时，系统整体运行停止，包括其他CPU在内的系统全部I/O模块、功能模块全部停止运行。

当2～4号CPU出现故障停止时，系统是否整体停止决定于系统“动作模式”的设置。在一般的系统中，出于安全方面的考虑，通常是选择整体停止的设置，但是，也可以通过改变设置，使得系统仅仅是停止故障CPU以及所控制模块的工作，其他CPU与所控制的模块继续工作。

由于多CPU系统的使用范围相对较小，限于篇幅，本书不作更为详细的介绍，需要时可以参照三菱公司有关手册。

（2）冗余系统简介

1）基本概念　冗余系统用于对控制系统可靠性要求极高，不允许控制系统出现停机的控制场合。所谓“冗余”系统，事实上是通过一套在系统正常工作时并不需要、完整的“多余”系统，作为系统的备件（称为备用系统或待机系统），而且，备用系统始终处于待机状态（也称“热待机”），只要工作控制系统（也称为工作系统）发生故障，“备用系统”可以立即投入工作，成为工作控制系统，以保证控制系统的连续运行，如图2-47所示。

在备用系统投入工作期间，可以对故障系统进行整机维修、更换等处理，维修结束后再装入系统，并成为新的“备用系统”，以保证系统的长时间、连续工作与不停机的维修，提高可靠性。

“冗余”系统的两套PLC间采用“跟踪电线”进行连接，并通过PLC的切换指令实现工作系统与备用系统间的切换。冗余系统中的工作控制系统与待机系统，可采用并行或垂直的布置形式，如图2-48所示。

系统的“冗余”设计思想，不仅可以用于现场控制PLC系统，而且还可以用于对网络通信与管理要求高的通信PLC系统，从而对系统的通信与网络实现“冗余”，这种系统称为“冗余网络”系统，如图2-49所示。

“冗余”的设计规模可大可小，对于现场控制PLC可以是整机“冗余”（包括电源、CPU、基板、全部安装模块），也可以是仅仅对重要模块（如电源模块）采用“冗余”。

对于大型、复杂控制系统，为了提高可靠性，可以在系统中多层次、重复使用“冗余”设计的方式，如同时对系统中的网络通信PLC、现场控制PLC、现场控制PLC中的关键模块（如CPU模块、电源模块）等进行冗余设计，如图2-50所示。

2）系统构成　Q系列PLC可以构成“冗余”系统的主要组件以及性能如表2-48所示。

（3）基本性能

Q系列冗余CPU目前有两种规格，即Q12PRH与Q25PRH，两种CPU的主要性能与参数如表4-49所示。