在许多重要的工业通讯现场，例如电厂、石化、化工、冶金、船只以及造纸等职业，操控设备的可靠性和安全性要求十分高，一般都需求考虑冗余规划。冗余体系涉及到的相关技能包含操控软件、PLC体系、DCS体系、现场总线及I/O体系等。最近几年，具有实时性的工业以太网体系开端成为工业操控范畴的热门，并开端在工厂主动化的一些职业推广运用。干流的工业以太网体系包含PROFINET、Ethernet/IP、Modbus TCP、POWERLINK、EtherCAT等。
依据现场总线或专用通讯协议的冗余体系在市场上运用比较多，技能比较老练。那么，是否有依据工业以太网的冗余体系呢?现在，选用德国菲尼克斯电气的操控技能，能够供给一套依据PROFINET体系的冗余解决计划。该计划与传统的PLC冗余计划有较大的不同。
PROFINET技能
PROFINET支撑选用以太网通讯的简略涣散式现场设备与对时刻要求十分严苛的运用之间的集成，以及依据组件的分布式主动化体系的集成。选用 PROFINET IO技能，PROFINET标准为涣散式现场设备供给一个集成模型。PROFINET IO包含三种不同的设备类型：IO操控器、IO设备和IO监视器。
因为IT技能的运用，在PROFINET计划中保护出资也起着至关重要的效果。经过代理服务器，PROFINET能够无缝地集成现有的现场总线体系(例如INTERBUS，PROFIBUS)，且无需修正现有设备，这就保护了工厂操作员/业主、机器/成套配备制造商和设备制造商的现有出资。
PROFINET冗余解决计划
本文介绍的PROFINET冗余解决计划，能够完结从I/O层、网络层、PLC层到SCADA层的悉数冗余通讯功用。该计划的特点是，每个功用组都树立了两次。例如，PLC、交换机、HMI等既有主体系设备也有相同的备用体系设备。其长处是主体系和备用体系不同设备一起呈现毛病时，整个体系不会受到影响而能够持续作业。当然，用户能够依据运用的需求，只挑选其间一部分的功用，例如只需求操控器冗余。
1. PLC冗余
在这个体系中，选用专用的支撑PROFINET的冗余操控器。该操控器集成了专用的冗余接口;集成两个或三个RJ45以太网接口，100M全双工。在PROFINET网络中，它既归于IO操控器，一起也可作为IO设备;别的，它又是INTERBUS现场总线的主站。
在本体系中，需求装备两台冗余操控器进行双机热备，一台为主PLC(Primary PLC)，另一台做备用PLC(Backup PLC)。两台PLC之间既经过交换机和以太网网线来衔接，又经过冗余接口相互衔接，相互之间作为对方的IO操控器和IO设备。
主PLC和备用PLC之间经过以太网或许冗余接口相互交换状况信号和冗余数据，完结数据同步。从工程的层次看，通讯衔接总是树立在具有“主”使命的PLC上。两台PLC都树立到IO设备的PROFINET衔接，但只要主PLC的数据是有用的。
两台操控器运转相同的PLC程序，PLC程序是选用PCWORX软件来编写的。PCWORX集成了总线装备、IEC61131编程和确诊功用为一体，是一款32位的操控软件。操控器冗余设置和切换条件在PCWORX软件中经过硬件装备即可完结，无需经过专用的冗余功用块来完结。
2. IO层冗余
IO层冗余能够完结PROFINET IO设备与两个IO操控器的通讯，或许完结I/O设备的冗余。IO层冗余未来可选用PROFINET System Redundancy技能，该技能正由PI安排担任拟定，但现在还没有正式发布。因而，菲尼克斯电气开发了Phoenix Redundancy Layer技能作为当时的解决计划。
PROFINET IO设备一起和两台PLC进行通讯，主PLC和备用PLC各自树立与本地IO设备的运用联系。支撑冗余功用的IO设备仿制其子槽，一个子槽(subslot)为主IO 操控器所运用，另一个子槽被备用IO操控器所运用。主子槽的索引开端于1(0×0001)，备用子槽紧随主子槽之后，其索引为0×0002。
输入信号周期性地一起发送给两台PLC，而输出数据则一起有两台PLC周期性地传送给PROFINET IO设备。但只要一个输出值能够送给物理输出，所以PROFINET IO设备需求知道哪台PLC接纳操控权，哪台PLC处于备用状况，这经过报文的状况信息来辨认。主PLC发送的输出数据的状况标记为有用(IOPS = GOOD)，备用 PLC发送来的输出数据的状况标记为无效(BAD)，标记为有用的报文才会被IO设备所接纳。
I/O设备的冗余能够确保其间一个站点出毛病时，PLC能够从备用I/O设备站点读取正确的进程数据，这意味着在硬件上I/O站点需求装备两次。
PLC一起读取两个I/O设备站点的输入进程数据，这两个站点别离称为PRIMARY-I/O-Station和BACKUP-I/O- Station。在操控程序中，依据判别逻辑通讯的衔接状况，经过一个挑选功用来决议挑选哪个子站的输入数据。关于输出进程数据来说，则比较简略，输出数据总是一起写给两个I/O子站。PROFINET IO设备的状况变量周期性地发送给PLC，PLC经过状况变量能够知道IO设备的作业状况。
3. 网络冗余
PROFINET选用交换机进行设备的联网。为了确保整个网络的可靠性，需选用支撑相关冗余功用的办理型交换机。网络冗余涉及到相关的以太网冗余协议，包含快速生成树(RSTP)和快速环路检测，MRP以及HSR等。
选用RSTP和快速环路检测协议，能够构建多个环，然后确保存在多个冗余途径，增加了体系的可用性。当某个传输途径呈现毛病时，数据传输会主动切换到备用途径，切换时刻为100～500ms;其缺陷是切换时刻不固定。
PROFINET冗余网络运用环型结构来完结，一般选用MRP协议(IEC 62439/2)，切换时刻确认。MRP只答应一个环路。MRP根本机制包含：依据环型拓扑，堵塞和转发报文，保护MAC地址表。其主站称为Media Redundancy Master(MRM)，一切其他的交换机(从站)称为Media Redundancy Clients(MRC)。环路最大答应50台交换机，MRP环路切换时刻小于200ms。
IEC 62439-3 Clause 5界说的HSR协议，支撑双环拓扑和并行装备，供给了没有任何切换丢失的无抵触冗余。在设备毛病时，HSR供给了零时刻的毛病切换，因而适用于十分高的可靠性和极短呼应时刻的运用。HSR作为面向未来的网络冗余通讯协议得到了特别的重视。
HSR节点可组成一个环网，因为每个节点都能够从端口到端口转发帧，因而可无需专用交换机来作业。HSR的结构中，节点组成了一个环，每个节点有两个相同的接口，端口A和端口B。关于每个要发送的帧(C-frame)，源节点经过端口A和端口B发送两个复制。每个节点将接纳到的帧从端口A中继到端口B，反之亦然。方针节点采用接纳到的这一对帧的第一个帧(D-frame)并丢掉副本。
