“冗余”一词源于拉丁语，意为“多余的事物”。有人可能认为，提升效率和节省开支的阶段可能不涉及“ 冗余”概念。这种想法大错特错!在冗余支持正常运行时间方面更是如此。

　　工厂、楼宇及船舶应用的技术系统通常需要不间断执行任务。为了获得机器和系统所需的正常运行时间，在维护过程及诸多应用中，通常需要将自动化系统的目标功能加倍。凭借这种冗余性，自动化系统可补偿所有故障并确保技术系统持续运行。

　　如果自动化系统在内因或外因的作用下发生中断，必须尽快进行检测、查明问题并进行修复。时间就是金钱，计划外停机还会产生修复成本。对于船舶而言，如果出现上述情况，快速采购备件及联络系统专家通常属于问题的一部分。因此，该领域的自动化系统普遍存在容错需求。

　　每种应用的正确冗余

　　自动化系统中的一项重要系统容错指标是自动化功能激活与待机之间的切换时间。所需切换时间决定了使用哪种自动化系统及其对应的目标应用。不同冗余类型的切换时间有所不同：热冗余几乎立即连接、暖冗余在几毫秒内连接完毕，而冷冗余需要几秒钟建立连接。

　　时间关键型技术系统在发生故障时会产生较高成本，因此通常采用热冗余解决方案进行设计。暖冗余是报警和监控系统等非时间关键型系统的首选，也适用于控制缓慢控制回路。根据一般经验法则，冗余自动化功能的切换时间必须低于故障系统的耐受时间。

　　考量系统环境

　　为了确保自动化系统的可靠性，除PLC外还必须考虑系统环境因素。电压馈送和通信媒介(例如以太网)也必须满足技术系统的正常运行时间要求。冗余类型按功能分为馈电冗余、通信冗余及设备冗余。针对不同冗余类型的需求必须在自动化系统的设计阶段进行评估，从而通过自动化技术延长技术系统的正常运行时间。

　　船舶建造中的最大容错次数不得少于一次。这意味着由于馈电故障或网络电缆中断仅是“单点故障”(SPOF)，因此不会影响技术系统的正常运转。

　　馈电冗余

　　一般而言，电压冗余通常通过二极管模块设计为热冗余，从而以经济实惠的方式调节两个独立电压源。如果其中一个电源发生故障，可通过即时切换使用另一电源。

　　通信冗余

　　以太网网络可设计为双LAN网络(两条数据流量相同的LAN电缆)或环网。双LAN网络支持即时切换，但会增加电缆布线成本。环网协议是一种更为经济的备选方案，但这些系统的切换时间通常较长。办公网络已知冗余协议(STP、RSTP、MSTP)的切换时间在采用冷冗余时效果最佳，此时所需的切换时间超过两秒。ERPS是一种与制造商无关的标准化环网协议，支持的切换时间低于 50 ms。

　　设备冗余

　　PLC设备冗余具备众多相似的切换机制。由硬件控制的开关最为昂贵，其次是操作系统实施的切换。应用级切换算法是一种价格较为低廉的备选方案。技术系统的容错次数必须与所选冗余类型相匹配。

　　WAGO提供的冗余

　　馈电冗余

　　在馈电冗余方面，WAGO为相关硬件提供 EPISTRON?系列设备，从而实现冗余馈电。在这种情况下，两电流源的来源必须有所不同，电缆必须敷设于不同路径中。当其中一个电源出现电气故障，上述操作可确保自动化系统正常运转。

　　通信冗余

　　在通信冗余方面，WAGO可提供基于应用且久经考验的冗余概念。通过将所选硬件与媒介冗余库CS 2.3 相结合，即可通过Modbus协议实现基于以太网通信的容错要求。基于这一冗余概念，所有数据包均通过发送器与接收器构建的两条不同路径进行传输。消息成功传输至自动化系统后，立即执行自动化任务。这种基于应用的通信冗余同样具有即时性。

　　基于应用的媒介冗余(双LAN)

　　基于应用的控制器冗余

　　基于应用的控制器冗余新概念

　　WAGO还可为船舶行业客户提供基于应用的控制器冗余理念。

　　该解决方案基于Modbus-TCP协议，广泛应用于报警和监控系统。该冗余解决方案有何与众不同之处?整套系统可通过WAGO标准硬件进行调试，过程极为简单便捷。这意味着使用WAGO的客户可在自动化系统集成方面节约巨大成本。

　　WAGO的e!COCKPIT工程软件工具可用作控制器的编程环境。这种多节点编程环境可将PLC程序轻松传输至两个PLC。为了使用基于应用的控制器冗余，必须将具备必要同步功能的软件库与主PLC相连。该软件还可在子节点与双LAN之间建立冗余连接。子节点又称智能耦合器，无需编程即可在SD卡中轻松启动，之后可通过集成Web服务器进行配置。智能耦合器可自动识别模拟和数字总线节点，过程映射也可自动传输至高级主PLC。此外，主PLC可通过 Modbus-TCP协议与高级SCADA系统通信。冗余连接在两个独立网络中建立。

　　报警和监控系统尤其适合使用基于应用的控制器冗余。该解决方案面向SPOF容错系统设计，能够补偿所有故障，例如电源故障、LAN连接故障、交换机或控制器故障。以太网拓扑加倍及冗余消息传输可在出现网络故障时实现即时切换。如果采用传统报警和监控系统，当PLC发生故障后，典型切换时间极有可能无法满足 DNV GL的要求。