儀表小豬

一、TMR的技術原理

三重化TMR是采用2oo3的模式，如下圖所示：

此結構由三個并聯通道構成，其輸出信号具有多數表決安排，這樣如果僅有一個通道的輸出狀态不同時，輸出狀态不會因此而改變。

信号流程是：現場信号進入AI卡件（卡件一般為冗餘設置，每個卡件裡面又分為三個通道），然後進入三重化的CPU（三塊CPU）進行運算并表決，然後輸出到AO模塊（卡件一般為冗餘設置，每個卡件裡面又分為三個通道），如下圖所示：

在剛參加工作時SIS還沒有大範圍的使用，很多人的學習重點還是在表決電路上，去學習TMR是如何實現表決的。現在看來，從工程應用的角度上來說沒有必要也沒有意義，可自行忽略。

TMR結構的CPU降級模式為3-2-0：

（1）正常是3塊CPU運行；

（2）當其中一塊CPU發生故障時候剩餘的2塊CPU以1oo2的模式工作；

（3）當其中的兩塊CPU發生故障時則停機。

因TMR結構中IO模塊内部也為三個獨立的通道，也可參考上述3-2-0進行降級。

二、QMR的技術原理

四重化QMR是采用2oo4D的模式，本質是雙重化1oo2D技術，處理器為4個。以HIMA系統為例，如下圖所示，D是診斷的意思，diagnosis。

QMR是由冗餘的IO卡件和冗餘的CPU實現的（2個CPU），但是2個CPU裡面又分了2個微處理器，CPU與CPU之間通過高速雙口RAM（随機存取存儲器，random access memory）實現通訊，如下圖所示。

每個外形獨立的CPU内部2個微處理器、冗餘IO卡件之間進行1oo2D的表決，如下圖所示：

單塊CPU采用1oo2D的結構，避免了因為其中一塊CPU出現故障後系統停機，單塊CPU可以滿足SIL3的要求，如下圖所示。采用雙1oo2D結構（即2oo4D結構），其容錯功能使系統中任何一個部件發生故障，均不影響系統的正常運行。

單個IO卡件内部采用1oo1D機制，如下圖所示。如果不帶診斷功能，任何危險失效都會導緻安全功能失效；診斷功能把檢測到的一個危險失效轉變成了一個安全失效，當系統檢測出失效時，它會強制系統處于斷開狀态。

QMR的CPU降級模式為：4-2-0：

（1）正常情況下4個處理器2oo4D進行正常工作；

（2）當其中的1個CPU發生故障以後，另外一個CPU以1oo2D的模式工作；

（3）當兩個CPU都發生故障後停機。

QMR的IO卡件降級模式為：2-1-0：

（1）正常情況下2個IO卡件1oo2D正常工作；

（2）當其中的1個IO卡件發生故障後，另一個IO卡件以1oo1D的模式工作。

三、TMR和QMR的選擇

比較TMR和QMR要從多方面進行着手，不僅是考慮冗餘、容錯、安全型，還要考慮可用性等。

但是從目前多年市場應用和各個企業的發展看來，單獨的去讨論TMR好還是QMR好沒有什麼意義，每個技術的支持者都用于良好的業績和市場應用案例。我們清楚TMR和QMR各自的組成和特點即可。

尤其要注意的是，在設計過程中，編制（複制）0SIS技術規格書時沒必要一定要CPU采用三重化TMR結構或四重化QMR結構，隻要安全完整性等級SIL滿足項目要求即可。

參考文獻：

常用安全PLC的結構和性能----華镕

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