对于一些特殊工业领域的关键控制,常规PLC由于其自身系统结构等问题,执行过程中出现故障或者错误时,缺乏相应机制进行处理,影响工业生产安全,甚至可能会造成严重后果。目前,安全PLC作为一种通用的安全控制器在安全控制领域发挥了越来越大的作用。论文首先介绍了论文研究背景及国内外研究现状。本文通过对常见的几种安全PLC结构分析的基础上,依靠“山科智能”常规PLC平台,提出了一种基于双重冗余容错系统的安全PLC结构模型,并在此基础上进行了软硬件系统设计。安全PLC硬件终端采用模块化设计。本论文分别设计了母板、主控模块、安全I/O模块、多级电源模块、通信系统等。主控、安全I/O模块均采用双CPU架构设计,主控模块之间设计了两条交互通道,分别用于“数据表决”和“心跳信号”检测。安全I/O模块分别具备8路安全输入/输出,输入采集通道具备“自检测”,输出执行通道具备“数据反馈”。安全PLC监控程序负责PLC逻辑控制,实时监控。监控程序分别由主控模块监控程序、安全输入模块监控程序、安全输出模块监控程序三部分组成,实现系统初始化、安全输入采集、用户程序解析、安全输出执行等功能。系统通过安全机制实现PLC安全控制功能。本论文在对安全PLC工作方式分析的基础上,提出了一种主从竞争式的、基于任务周期的系统同步机制,并通过时延偏差弥补算法降低主从通道运行的偏差,保障系统同步运行。为了进一步提高系统可用性,对数据表决机制进行改进,提出一种具备一定系统宽裕时间的表决机制。同时还通过数据校验机制、系统诊断机制进一步保证系统安全。在实验室环境下对系统软硬件进行实验验证,结果表明安全PLC能够保障双通道系统同步安全稳定运行。最后运用可靠性框图对主控模块进行硬件安全完整性分析。