PLC(Programmable Logic Controller)作为工业自动化三大支柱之一,在现代工业控制领域,扮演着重要的角色。为满足控制系统高可靠性的要求,一些中大型PLC采用了冗余容错的方法来提高系统可靠性。本文根据冗余理论,结合PLC的应用环境,设计了一个适合于中型PLC的冗余架构。在PLC的冗余系统设计中,数据同步是必须面临和解决的关键技术。本文提出了一种基于双处理器架构的监测式数据同步模式,实现了主备PLC之间的数据同步,解决了其它冗余PLC的数据同步方法中存在的数据同步量大和数据同步过程增大系统扫描周期的问题。首先,本文在深入分析冗余理论的基础上,比较了不同冗余容错方法对于提高系统可靠性的效率。其次,根据冗余理论,结合中型PLC的应用环境和PLC冗余系统的性能要求,构建了一个较完备的中型PLC冗余架构,并设计了这种冗余架构下系统的实现机制。该冗余架构能够实现对电源模块、CPU模块、通信模块、数据同步链路及I/O模块的冗余容错。再次,针对冗余系统设计中最关键的数据同步环节,深入分析了目前的数据同步方法的不足,提出一种基于CPU和FPGA双处理器架构的监测式数据同步方法,并在实际平台上进行了设计实现。该方法通过一个FPGA模块来监测和记录需要进行同步的数据,并能实现同步数据的并行传输。这种方法使得每个扫描周期的数据同步量减小,而且数据同步过程完全由FPGA完成,不占用CPU资源,数据同步过程不会增大系统扫描周期,能够提高冗余PLC的性能。采用VHDL语言进行FPGA功能设计,并给出了FPGA各个功能模块的详细设计及关键模块的仿真结果。最后,在硬件平台上实现了主备PLC之间的数据同步。