冗余技術(shù)就是增加多余的設(shè)備，以保證系統(tǒng)更加可靠、安全地工作。冗余的分類方法多種多樣，按照在系統(tǒng)中所處的位置，冗余可分為元件級、部件級和系統(tǒng)級;按照冗余的程度可分為1:1冗余、 1:2冗余、1:n冗余等多種。在當(dāng)前元器件可靠性不斷提高的情況下，和其它形式的冗余方式相比，1:1的部件級熱冗余是一種有效而又相對簡單、配置靈活的冗余技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式，如I/O卡件冗余、電源冗余、主控制器冗余等。因此，目前國內(nèi)外主流的過程控制系統(tǒng)中大多采用了這種方式。當(dāng)然，在某些局部設(shè)計(jì)中也有采用元件級或多種冗余方式組合的成功范例。二個(gè)部件組成的并聯(lián)系統(tǒng)(互為冗余)與單部件相比，平均無故障時(shí)間是原來的1.5倍。

　　但它并不是兩個(gè)部件簡單的并聯(lián)運(yùn)行，而是需要硬件、軟件、通訊等協(xié)同工作來實(shí)現(xiàn)。將互為冗余的兩個(gè)部件構(gòu)成一個(gè)有機(jī)的整體，通常包括以下多個(gè)技術(shù)要點(diǎn)：

　　1)信息同步技術(shù)

　　它是工作、備用部件之間實(shí)現(xiàn)無擾動(Bumpless)切換技術(shù)的前提，只有按控制實(shí)時(shí)性要求進(jìn)行高速有效的信息同步，保證工作、備用部件步調(diào)一致地工作，才能實(shí)現(xiàn)冗余部件之間的無擾動切換。

　　在熱備用工作方式下，其中一塊處于工作狀態(tài)(工作卡)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、運(yùn)算、控制輸出、網(wǎng)絡(luò)通訊等功能;而另一塊處于備用狀態(tài)(備用卡)，它實(shí)時(shí)跟蹤工作卡的內(nèi)部控制狀態(tài)(即狀態(tài)同步)。工作/備用卡件之間的正/負(fù)邏輯是互斥的，即一個(gè)為工作卡，另一個(gè)必定是備用卡;而且它們之間有冗余控制電路(又稱工作/備用控制電路)和信息通訊電路，以協(xié)調(diào)兩塊卡件同時(shí)而且有序地運(yùn)行，保證對外輸入輸出特性的同一性，即對于用戶使用而言，可以認(rèn)為只有一個(gè)部件。一般在設(shè)計(jì)中，工作、備用部件之間通過高速的冗余通訊通道(串行或并行)實(shí)現(xiàn)運(yùn)行狀態(tài)互檢和控制狀態(tài)的同步(如組態(tài)信息、輸出閥位、控制參數(shù)等)。

　　2)故障檢測技術(shù)

　　為了保證系統(tǒng)在出現(xiàn)故障時(shí)及時(shí)將冗余部分投入工作，必須有高精確的在線故障檢測技術(shù)，實(shí)現(xiàn)故障發(fā)現(xiàn)、故障定位、故障隔離和故障報(bào)警。故障檢測包括電源、微處理器、數(shù)據(jù)通訊鏈路、數(shù)據(jù)總線及I/O狀態(tài)等。其中故障診斷包括故障自診斷和故障互檢(工作、備用卡件之間的相互檢查)

　　3) 故障仲裁技術(shù)和切換技術(shù)

　　精確及時(shí)地發(fā)現(xiàn)故障后，還需要及時(shí)確定故障的部位、分析故障的嚴(yán)重性，依賴前文提到的冗余控制電路，對工作、備用故障狀態(tài)進(jìn)行分析、比較和仲裁，以判定是否需要進(jìn)行工作/備用之間的狀態(tài)切換?？刂茩?quán)切換到冗余備用部件還必須保證快速、安全、無擾動。當(dāng)處于工作狀態(tài)的部件出現(xiàn)故障(斷電、復(fù)位、軟件故障、硬件故障等)或者工作部件的故障較備用部件嚴(yán)重時(shí)，備用部件必須快速地?zé)o擾動地接替工作部件的所有控制任務(wù)，對現(xiàn)場控制不造成任何影響。同時(shí)要求切換時(shí)間應(yīng)為毫秒級，甚至是微秒級，這樣就不會因?yàn)樵摬考墓收隙斐赏獠靠刂茖ο蟮氖Э鼗驒z測信息失效等等。另外，還需要盡快通過網(wǎng)絡(luò)通訊或就地LED顯示進(jìn)行報(bào)警，通知用戶出現(xiàn)故障的部件和故障情況，以便進(jìn)行及時(shí)維護(hù)。

　　4)熱插拔技術(shù)

　　為了保證容錯(cuò)系統(tǒng)具有高可靠性，必須盡量減少系統(tǒng)的平均修復(fù)時(shí)間MTBR。要做到這一點(diǎn)，在設(shè)計(jì)上應(yīng)努力提高單元的獨(dú)立性、可修復(fù)性、故障可維護(hù)性。實(shí)現(xiàn)故障部件的在線維護(hù)和更換也是冗余技術(shù)的重要組成部分，它是實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)故障部件快速修復(fù)技術(shù)的關(guān)鍵。部件的熱插拔功能可以在不中斷系統(tǒng)正?？刂乒δ艿那闆r下增加或更換組件，使系統(tǒng)平穩(wěn)地運(yùn)行。

　　5)故障隔離技術(shù)

　　冗余設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮工作、備用部件之間的故障應(yīng)該做到盡可能互不影響或影響的概率相當(dāng)小(0.01%)，即可認(rèn)為故障是隔離的。這樣可以保證：處于備用狀態(tài)的部件發(fā)生故障時(shí)，不會影響冗余工作部件或其他關(guān)聯(lián)部件的正常運(yùn)行，保證冗余的有效性。

　　1)主控制卡/器即CPU的冗余

　　2) 電源系統(tǒng)冗余

　　3) 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)冗余。

　　采用冗余網(wǎng)卡和冗余網(wǎng)絡(luò)接口。正常工作時(shí)，冗余的兩條數(shù)據(jù)高速通路同時(shí)并行運(yùn)行，自動分?jǐn)偩W(wǎng)絡(luò)流量，并考慮了負(fù)載均衡的冗余設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信帶寬提高。當(dāng)其中一路故障(網(wǎng)卡損壞或出現(xiàn)線路故障)時(shí)，另一路自動地承擔(dān)全部通信負(fù)載，保證通信的正常進(jìn)行。

　　4)冷卻系統(tǒng)冗余。

　　利用控制柜內(nèi)可自動切換的冗余風(fēng)扇，對風(fēng)扇和機(jī)柜內(nèi)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)工作風(fēng)扇故障或柜內(nèi)溫度過高時(shí)都會自動報(bào)警，并自動啟動備用風(fēng)扇。

　　5) 信息冗余。