安全系統(tǒng)由檢測單元(現(xiàn)場儀表)、控制單元(邏輯單元)、執(zhí)行單元(現(xiàn)場執(zhí)行器)三部分組成，其中控制單元是安全防護(hù)系統(tǒng)的核心部分。安全PLC系統(tǒng)一般采用模塊化結(jié)構(gòu)，通過專門設(shè)計的PLC硬件和軟件來實現(xiàn)安全邏輯功能，其編程能力靈活強大，系統(tǒng)具有內(nèi)部自測試和自診斷功能，可與工廠自動化網(wǎng)絡(luò)集成為一體，從而構(gòu)成綜合安全控制管理系統(tǒng)。目前，安全PLC技術(shù)不斷進(jìn)步和完善，系統(tǒng)組態(tài)更加靈活。用戶在選擇不同的安全系統(tǒng)結(jié)構(gòu)時，還應(yīng)該對它們的可靠性、可維護(hù)性、可用性及經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)進(jìn)行綜合比較。

  (1)安全PLC系統(tǒng)的雙冗余結(jié)構(gòu)

  安全PLC系統(tǒng)的雙冗余結(jié)構(gòu)是兩個安全PLC執(zhí)行同樣的程序，當(dāng)兩個處理器出現(xiàn)不一致時輸出失電，即一個處理器出現(xiàn)故障時，使系統(tǒng)回到安全狀態(tài)。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是可靠性較沒有冗余的結(jié)構(gòu)提高，但缺點是誤跳閘率較高，可用性下降。

  (2)安全PLC系統(tǒng)的2/3表決結(jié)構(gòu)

  安全PLC系統(tǒng)的2/3表決結(jié)構(gòu)是指系統(tǒng)硬件采用模塊化三重冗余配置，即系統(tǒng)中關(guān)鍵電路都

  實行了三重冗余，且各通道相互獨立，但又同時完成同一功能。三重配置的冗余處理器系統(tǒng)中如果任何一個處理器出現(xiàn)故障，擇多表決器會自動地摒棄故障電路輸出，系統(tǒng)繼續(xù)向過程輸出由擇多表決器表決出的值。系統(tǒng)自動檢測出發(fā)生故障的模塊，記上標(biāo)志并使之與系統(tǒng)隔離。當(dāng)系統(tǒng)中一個電路模塊故障時，系統(tǒng)將依靠剩下兩個電路模塊繼續(xù)運行，直到用新模塊在線替換故障模塊，使系統(tǒng)恢復(fù)正常工作。若在更換前又有一個電路故障，則系統(tǒng)安全停車。這種安全控制系統(tǒng)采用主動掃描、診斷I/O模塊、設(shè)置控制器的“看門狗”回路等措施來確保系統(tǒng)故障時立刻回到安全狀態(tài)。這種結(jié)構(gòu)與雙冗余結(jié)構(gòu)比較具有較高的可用性，但造價提高。

  (3)安全PLC系統(tǒng)的自診斷測試結(jié)構(gòu)

  安全PLC系統(tǒng)的自診斷測試結(jié)構(gòu)可根據(jù)安全性要求采用單配置或冗余配置，借助于安全性診斷技術(shù)來保證系統(tǒng)的安全性。系統(tǒng)對每一個與安全性有關(guān)的部件(CPU模塊、I/O模塊、總線模塊等)均進(jìn)行測試，測試工作一部分(如處理器、接口電路等)是由軟件來實現(xiàn)，另一部分(如看門狗定時器、存儲比較器等)是借助于硬件測試電路來完成。全面的診斷測試和周全的安全處理措施貫穿于安全PLC的整個設(shè)計中。對于顯性故障(如系統(tǒng)斷電等)，由于故障使檢測數(shù)據(jù)產(chǎn)生變化，系統(tǒng)可據(jù)此立即產(chǎn)生矯正動作，進(jìn)入安全狀態(tài)?？梢?，顯性故障不影響系統(tǒng)的安全性，僅影響系統(tǒng)的可用性。對于隱性故障(如輸出放大器短路)，它可以通過自動測試程序檢測出來，但它不會使輸出失電，故被劃為危險故障，它影響系統(tǒng)的安全性但不影響可用性。在一個多通道系統(tǒng)中，每個故障均可通過對系統(tǒng)數(shù)據(jù)連續(xù)性比較而被檢測到。隱性故障的檢測和處理是安全系統(tǒng)的重要管理內(nèi)容。安全PLC的設(shè)計和制造目標(biāo)就是使系統(tǒng)具有零隱性故障，杜絕影響可用性的顯性故障。

  自診斷測試結(jié)構(gòu)的安全PLC系統(tǒng)的硬件、軟件配置方案多樣，但優(yōu)良的安全PLC系統(tǒng)應(yīng)該具有如下的性能

  1)能夠?qū)﹄x散的和連續(xù)的過程變量進(jìn)行實時監(jiān)控。2)關(guān)鍵元件實現(xiàn)了三重冗余化結(jié)構(gòu)設(shè)計。

  3)不僅能夠?qū)?nèi)部電路進(jìn)行故障檢測，還可對外部輸入及輸出回路的短路、斷路狀態(tài)進(jìn)行檢測與診斷。

  4)出現(xiàn)故障時系統(tǒng)能夠持續(xù)正常運行，故障模塊可在線更換。

  5)編程簡便，功能齊全，具備監(jiān)控、顯示、打印、通信、報警、歷史數(shù)據(jù)存儲等功能，易于集中監(jiān)控和管理。