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公司主營：西門子數(shù)控系統(tǒng),V20變頻器S7-200CN.S7-200smart.S7-300.S7-400.S7-1200.6ES5 ET200 人機(jī)界面,變頻器,DP總線,MM420 變頻器MM430 變頻器MM440 6SE70交流工程調(diào)速變頻器6RA70直流調(diào)速裝置 SITOP電源,電線電纜,數(shù)控備件,伺服電機(jī)等工控產(chǎn)品。

6ES72121AB230XB8 S7-200CN CPU222,DC/DC/DC,8輸入/6輸出

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6ES72141AD230XB8 S7-200CN CPU224,DC/DC/DC,14輸入/10輸出

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如何實(shí)現(xiàn) Multi Panel（多功能面板）和 S7-300軟冗余系統(tǒng)的工業(yè)以太網(wǎng)通訊

1 簡介
軟件冗余是低成本的冗余解決方案，適用于對切換時(shí)間要求不是很高的場合，主備切換
時(shí)間為秒級的控制系統(tǒng)。軟冗余系統(tǒng)為兩個(gè)站，一個(gè)為主站，一個(gè)為備用站；主備站的數(shù)據(jù)通訊鏈路為標(biāo)準(zhǔn)西門子通訊協(xié)議 (MPI/Profibus/Ethernet)；冗余范圍內(nèi)的I/O模板需通過Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)連接到ET200M從站上；西門子的軟件冗余 可以在S7-300或S7-400的標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)，只需調(diào)用軟冗余軟件包中的程序塊。
西門子的多功能面板支持和軟冗余CPU通訊，系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示，并且當(dāng)某個(gè)CPU
連接中斷，面板可以自動(dòng)切換連接到另一個(gè)CPU；如果兩個(gè)CPU主備切換，面板可以切換到主CPU。

圖1

本文描述的是用WinCC flexible組態(tài)的多功能面板通過腳本的方式實(shí)現(xiàn)切換連接的方
法；本文只描述面板和CPU的集成PN口之間通過工業(yè)以太網(wǎng)通訊，面板和CPU之間通過其他通訊方式（如MPI/Profibus）連接也可以參考本文。

本文所使用的硬件和軟件如下：
(A) S7-300 soft redundancy
CPU 315-2PN/DP (6ES7315-2EH13-0AB0, Firmware V2.5)
CPU 317F-2PN/DP (6ES7317-2FK14-0AB0, Firmware V3.2)
CP342-5 (6GK7342-5DA02-0XE0, Firmware V5.0)
IM153-2 (6ES7153-2BA02-0XB0)
(B) Panel
MP377 12"Touch (6AV6 644-0AA01-2AX0)
(C) Software
WinCC flexible 2008 SP3
Step7 V5.5 SP2+HF1

此方法只適用于支持三個(gè)以上連接，支持腳本及ChangeConnection函數(shù)的面板，如
TP/OP270、TP/OP277、MP270、MP277、MP370、MP377等。

本文不介紹軟件冗余的原理及組態(tài)方法，詳細(xì)可以參考：
《SIEMENS PLC系統(tǒng)軟件冗余的說明與實(shí)現(xiàn)》
下載中心文檔編號：A0039
78604454

2 組態(tài)Multi Panel和S7-300軟冗余系統(tǒng)的通訊

2.1 CPU組態(tài)
A站：315-2PN/DP+IM153-2
B站：317F-2PN/DP+IM153-2
AB站之間通過CP342-5建立連接，實(shí)現(xiàn)冗余數(shù)據(jù)同步。

2.1.1 Step7中的硬件組態(tài)
A站：在Step7中組態(tài)315-2PN/DP，在DP總線上添加IM153-2，如圖2所示。

圖2

在CPU的屬性中選擇Clock Memory，設(shè)置Memory byte為MB0，如圖3所示。

圖3

B站：在Step7中組態(tài)317F-2PN/DP，在DP總線上添加IM153-2，如圖4所示。

圖4

在CPU的屬性中選擇Clock Memory，設(shè)置Memory byte為MB0，如圖5所示。

圖5

2.1.2 Step7中的網(wǎng)絡(luò)組態(tài)
A站和B站之間通過CP342-5建立FDL連接，此連接為AB站之間的數(shù)據(jù)鏈路通道，打開Netpro界面，新建一個(gè)FDL連接，如圖6所示。

圖6

2.1.3 Step7中的CPU編程
說明：本文描述的編程只涉及實(shí)現(xiàn)軟冗余功能的部分，其他功能的實(shí)現(xiàn)不予介紹。
A站：OB100中調(diào)用FC100，實(shí)現(xiàn)初始化，如圖7所示。

圖7

OB35中調(diào)用FB101，必須在執(zhí)行冗余用戶程序的前/后分別調(diào)用FB101，如圖8所示，而FB101內(nèi)部調(diào)用了FB104、FC5、FC6，必須裝載這三個(gè)塊。

圖8

OB86中調(diào)用FC102，當(dāng)DP總線有故障時(shí)CPU可以實(shí)現(xiàn)主備切換，如圖9所示。

圖9

B站：OB100中調(diào)用FC100，實(shí)現(xiàn)初始化，如圖10所示。

圖10

OB35和OB86中的編程和A站相同。
組態(tài)好的項(xiàng)目分別下載到CPUA和CPUB中，做好硬件接線。

2.2 在WinCC flexible中組態(tài)Multi Panel
在Step7中插入一個(gè)Simatic HMI station，選擇設(shè)備類型為MP377 12" Touch，如圖
11所示。
（說明：本文描述的是在Step7中集成組態(tài)MP377的項(xiàng)目，這不是必須的，也可以分開
組態(tài)，即單獨(dú)組態(tài)CPU和MP377。）

圖11

2.2.1 組態(tài)連接
在項(xiàng)目中組態(tài)三個(gè)連接，分別對應(yīng)A站、B站和實(shí)際連接。
Conn_A對應(yīng)A站，CPU的參數(shù)是A站的參數(shù)，如圖12所示。

圖12

Conn_B對應(yīng)B站，CPU的參數(shù)是B站的參數(shù)，如圖13所示。

圖13

建立Conn_real用于創(chuàng)建過程變量，通信驅(qū)動(dòng)程序選擇“SIMATIC S7 300/400"，PLC
的地址參數(shù)默認(rèn)設(shè)置為192.168.0.2，擴(kuò)展插槽是2，機(jī)架號是0。切換連接的腳本會(huì)根據(jù)切換條件給conn_real分配不同的參數(shù)。

2.2.2 組態(tài)變量
在Conn_A下建立變量，如圖14所示。其中trigger_PLCA的地址是M0.4，采集模式是
“循環(huán)連續(xù)"，采集周期是500ms。

圖14

在Conn_B下建立變量，如圖15所示。其中trigger_PLCB的地址是M0.4，采集模式是
“循環(huán)連續(xù)"，采集周期是500ms。

圖15

項(xiàng)目中的其他變量如圖16所示，test1~test5是測試變量，用于測試conn_real的連接狀
態(tài)。

圖16

2.2.3 切換連接的腳本邏輯解釋
在變量trigger_PLCA的“事件—更改數(shù)值"中添加腳本connection_PLCA，實(shí)現(xiàn)切換連
接到conn_A，如圖17。腳本邏輯參見下文。

圖17

在變量trigger_PLCB的“事件—更改數(shù)值"中添加腳本connection_PLCB，實(shí)現(xiàn)切換連
接到conn_B，如圖18。腳本邏輯參見下文。

圖18

在項(xiàng)目樹下面的“設(shè)備設(shè)置—調(diào)度器"中建立一個(gè)作業(yè)，每分鐘執(zhí)行一次，在函數(shù)列表
中添加腳本connection_lost，用于檢測是否和兩個(gè)CPU的連接都中斷，如果都中斷，提示“connection lost"，如圖19所示。

圖19

本文附件中包含三個(gè)腳本文件。在項(xiàng)目樹的“腳本"下添加腳本“connection_PLCA",
將附件中的connection_PLCA.txt文件內(nèi)容拷貝到connection_PLCA中，注意ChangeConnection的參數(shù)必須和conn_A的參數(shù)*，如圖20所示。

圖20

繼續(xù)添加腳本“connection_PLCB"，將附件中的connection_PLCB.txt文件內(nèi)容拷貝
到connection_PLCB中，注意ChangeConnection的參數(shù)必須和conn_B的參數(shù)*，如圖21所示。

圖21

繼續(xù)添加腳本“connection_lost"，將附件中的connection_lost.txt文件內(nèi)容拷貝到
connection_lost中，如圖22所示。

圖22

以connection_PLCA為例解釋腳本邏輯。
(1) 觸發(fā)變量trigger_PLCA的地址M0.4，每0.8秒0/1變化一次，如果面板和CPU連接正常，能一直檢測到變量數(shù)值變化，即能觸發(fā)connection_PLCA動(dòng)作；
(2) 初始化。給"connected_to"變量賦值"Conn_A, 192.168.0.2"；
(3) 給A站的連接狀態(tài)值"conn_state_PLCA"復(fù)位為1，表明連接正常；
(4) 判斷B的連接狀態(tài)值"conn_state_PLCB"，如小于10則加1，如果檢測到B站斷開，則B的連接狀態(tài)值會(huì)加到11；
(5) 切換連接。給出切換條件：
(A) 如果B的連接狀態(tài)值>=11，說明B站斷開；
(B) 如果B的連接狀態(tài)值<=5，即連接正常，但同時(shí)讀A站的軟冗余狀態(tài)字SwitchPLCA和B站的軟冗余狀態(tài)字SwitchPLCB，如果A狀態(tài)字=5同時(shí)B狀態(tài)字=10，說明A為主B為備；
(C) 如果B的連接狀態(tài)值<=5，即連接正常，但A站的軟冗余狀態(tài)字SwitchPLCA=0h25（十進(jìn)制37），B站的軟冗余狀態(tài)字SwitchPLCB=9，說明A運(yùn)行而B停機(jī)。
以上三個(gè)條件只要滿足一個(gè)，就可以切換連接到CPUA，因此三個(gè)條件做“或"運(yùn)算。
CPU狀態(tài)與狀態(tài)字變量SwitchPLCA（DB5.DBB9）和SwitchPLCB（DB5.DBB9）的對

應(yīng)關(guān)系請參考表1。

表1

連接狀態(tài)變量conn_state_PLCA/B的值和連接的對應(yīng)關(guān)系如表2。

表2

(6) 如果檢測到無連接的狀態(tài)，則切換到A站。
腳本connection_PLCB的邏輯和connection_PLCA基本相同，只是在第⑤步的切換條
件上不同，具體如下。
(A) 如果A的連接狀態(tài)值>=11，說明A站斷開；
(B) 如果A的連接狀態(tài)值<=5，即連接正常，但同時(shí)讀A站的軟冗余狀態(tài)字SwitchPLCA和B站的軟冗余狀態(tài)字SwitchPLCB，如果A狀態(tài)字=6同時(shí)B狀態(tài)字=9，說明B為主A為備；
(C) 如果A的連接狀態(tài)值<=5，即連接正常，但A站的軟冗余狀態(tài)字SwitchPLCA=5，B站的軟冗余狀態(tài)字SwitchPLCB=0h29（十進(jìn)制41），說明B運(yùn)行而A停機(jī)。
以上三個(gè)條件只要滿足一個(gè)，即切換連接到CPUB。
腳本connection_lost的邏輯如下。
(1)每分鐘讀一次兩個(gè)連接的狀態(tài)變量，如果連接正常，將連接變量conn_state_PLCA/B設(shè)為5；
(2)如果讀到連接狀態(tài)變量的值大于等于5，則設(shè)為100，表明連接無效；
(3)如果兩個(gè)連接的狀態(tài)變量值均為100，說明兩個(gè)連接都無效，顯示“connection lost"。

2.2.4組態(tài)畫面
組態(tài)一個(gè)畫面，如圖23所示。其中current connection后面的IO域連接的是
“connected_to"變量，顯示當(dāng)前conn_real連接的是哪個(gè)CPU；plc A/B connection status后面的IO域連接的是“conn_state_PLCA/B"變量，顯示兩個(gè)CPU的連接狀態(tài)變量；trigger_PLCA/B后面的IO 域連接的是“trigger_PLCA/B"變量；test1~test5后面的IO域連接的是“test1~test5"變量，是測試變量； Status of PLC A/B后面的IO域連接的是“StatusOfPLCA/B(DB5.DBW8)"變量，用于顯示兩個(gè)CPU的狀態(tài)信息。

圖23

2.3 項(xiàng)目下載測試
組態(tài)后的項(xiàng)目編譯下載到MP377中，在MP377和兩個(gè)CPU之間連好網(wǎng)線，做如下調(diào)
試。
(1)上電初始化，A為主站、run，B為備站、run，變量trigger_PLCA/B都在0/1變化，
MP377默認(rèn)和A站連接，如圖24所示。

圖24

(2) 手動(dòng)停止CPUA，A站為stop狀態(tài)，B站為主、run。Conn_A無效，變量
trigger_PLCA無效，連接變量conn_state_PLCA為100，連接conn_real切換到CPUB，如圖25所示。

圖25

(3) 再次啟動(dòng)A站，A為備、run，B為主、run。Conn_A恢復(fù)，trigger_PLCA/B都在
0/1變化，conn_real保持和CPUB連接，如圖26所示。

圖26

(4) 拔掉B和屏之間的網(wǎng)線，conn_B斷開，trigger_PLCB無值，conn_real切換到和
CPUA連接，如圖27所示。

圖27

(5) 再拔掉A和屏之間的網(wǎng)線，兩個(gè)連接都無效，因此屏上顯示“connection lost"，
conn_real連接中斷，如圖28所示。

圖28

(6) 連上A站和B站與屏之間的網(wǎng)線，conn_A和conn_B均恢復(fù)，trigger_PLCA/B都在
0/1變化，conn_real和CPUB連接，因?yàn)锽為主、Run，A為備、Run，如圖29所示。