2024年6月14日发(作者：段亦玉)
SIS系统三重化与四重化的区别分析(从PLC角
度分析)
常用安全PLC 的结构和性能
【摘要】本文介绍了几种常见的安全PLC的结构和性能，然后对各种安全PLC的特性
进行了归纳和总结。
【关键词】安全PLC N选X系统 三重冗余 四重冗余
Abstract: The article analyses several popular safety PLC’s architecture and
performance. Finally, summarize their features.
Key word: Safety PLC XooN TMR QMR
近几十年来，多起工业事故发生的原因可以追溯到计算机系统的失效，引起了
人员伤亡、设备损坏和环境污染。这些信息也唤醒了国家和公众对减少危险、建立安全
工业流程的意识。为此，IEC制定了新的安全国际标准：IEC 61508/ 61511，也已经由
工业组织合作制定完成，我国的相关标准也即将颁布。
为了帮助读者了解目前安全仪表系统（SIS）使用安全PLC实现电气/电子/可
编程电子系统（E/E/PES）功能的情况，就常见的几种安全系统结构进行探讨，希望能
对今后的系统选择有所借鉴和参考。
1．PLC 是一个逻辑解算器
一个安全系统的逻辑解算器是一种特殊类型的PLC，它具有独立的安全功能
认证，但也有继电器逻辑或者固态逻辑的运算能力。逻辑解算器从传感器读入信号，执
行事先编制好的程序或者事先设计好的功能，用于防止或者减轻潜在的安全隐患，然后
通过发送信号到执行器或最终元件采取行动。
逻辑解算器的设计有很多种，来满足不同的市场需求、应用和任务。我们下面
将就比较典型的安全PLC的结构进行探讨。
2．安全 PLC 的体系结构
当你构建一个安全系统时，可以有很多方式来安排安全系统部件。 有些安排考虑
的是对成功操作有效性的最大化。（可靠性或可用性）。有些安排考虑的是防止特殊失效
的发生（失效安全，失效危险）。
控制系统部件的不同安排可以从它们的体系结构中看出来。这节内容将介绍市场上
几款常见的可编程电子系统（PES）的体系结构，了解它们的安全特性，以及在安全和
关键控制的应用。它们是已经在实践中存在的多种结构的代表， 真正现场使用的系统
就是这些结构的不同组合。
下面的内容将用N选X (比如 2选 1) 的方式：XooN 来介绍系统。在每个类型中，
X 代表需要执行安全功能的通道数，而 N 代表整个可用的通道数。.
2.1．1oo1 单通道系统
单控制器带有单个逻辑解算器和单个I/O 代表了一个最小化的系统，见下图 （图
1）。这个系统没有提供冗余，也没有失效模式保护。电子电路可以失效安全（输出断电，
回路开路） 或者失效危险（输出粘连或给电，短路）。这种安排方式是典型的非安全－
常规PLC系统结构。
2024年6月14日发(作者：段亦玉)
SIS系统三重化与四重化的区别分析(从PLC角
度分析)
常用安全PLC 的结构和性能
【摘要】本文介绍了几种常见的安全PLC的结构和性能，然后对各种安全PLC的特性
进行了归纳和总结。
【关键词】安全PLC N选X系统 三重冗余 四重冗余
Abstract: The article analyses several popular safety PLC’s architecture and
performance. Finally, summarize their features.
Key word: Safety PLC XooN TMR QMR
近几十年来，多起工业事故发生的原因可以追溯到计算机系统的失效，引起了
人员伤亡、设备损坏和环境污染。这些信息也唤醒了国家和公众对减少危险、建立安全
工业流程的意识。为此，IEC制定了新的安全国际标准：IEC 61508/ 61511，也已经由
工业组织合作制定完成，我国的相关标准也即将颁布。
为了帮助读者了解目前安全仪表系统（SIS）使用安全PLC实现电气/电子/可
编程电子系统（E/E/PES）功能的情况，就常见的几种安全系统结构进行探讨，希望能
对今后的系统选择有所借鉴和参考。
1．PLC 是一个逻辑解算器
一个安全系统的逻辑解算器是一种特殊类型的PLC，它具有独立的安全功能
认证，但也有继电器逻辑或者固态逻辑的运算能力。逻辑解算器从传感器读入信号，执
行事先编制好的程序或者事先设计好的功能，用于防止或者减轻潜在的安全隐患，然后
通过发送信号到执行器或最终元件采取行动。
逻辑解算器的设计有很多种，来满足不同的市场需求、应用和任务。我们下面
将就比较典型的安全PLC的结构进行探讨。
2．安全 PLC 的体系结构
当你构建一个安全系统时，可以有很多方式来安排安全系统部件。 有些安排考虑
的是对成功操作有效性的最大化。（可靠性或可用性）。有些安排考虑的是防止特殊失效
的发生（失效安全，失效危险）。
控制系统部件的不同安排可以从它们的体系结构中看出来。这节内容将介绍市场上
几款常见的可编程电子系统（PES）的体系结构，了解它们的安全特性，以及在安全和
关键控制的应用。它们是已经在实践中存在的多种结构的代表， 真正现场使用的系统
就是这些结构的不同组合。
下面的内容将用N选X (比如 2选 1) 的方式：XooN 来介绍系统。在每个类型中，
X 代表需要执行安全功能的通道数，而 N 代表整个可用的通道数。.
2.1．1oo1 单通道系统
单控制器带有单个逻辑解算器和单个I/O 代表了一个最小化的系统，见下图 （图
1）。这个系统没有提供冗余，也没有失效模式保护。电子电路可以失效安全（输出断电，
回路开路） 或者失效危险（输出粘连或给电，短路）。这种安排方式是典型的非安全－
常规PLC系统结构。