PLC软冗余指南Word格式文档下载.docx

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1.5Mbaud

Ethernet以太网

10MBaud

MPI网络

187.5kBaud

每60ms传送240个字节数据

每48ms传送240个字节数据

每152ms传送76个字节数据

表1

用户需要在初始化程序中（OB100）定义冗余部分的数据区，该数据区可以包括：

一个过程映象区（processimagearea），一个定时器区（IECtimerarea），一个计数器区（IECcounterarea），一个位地址区（memoryaddressarea）和一个数据块区（datablockarea），S7-300同步的最大数据量为8kBytes，S7-400同步的最大数据量64kBytes。

主备系统的切换时间=故障诊断检测时间+同步数据传输时间+DP从站切换时间

如果CPU的故障是停机或断电，则故障诊断为大约100－1000毫秒，315－2DP同步1000字节的数据所需的时间大约为200－300ms，8个DP从站的切换时间在100ms左右。

您可以在软冗余手册当中找到关于切换时间的具体说明。

无论控制程序循环扫描到哪里，当前激活的系统（即主系统）随时都会接收并处理报警，这样，在主系统A与备用系统B进行切换过程中产生的alarm存在被丢失的可能。

C．产品订货信息

如下给软冗余系统相关产品的订货信息：

产品名称

订货号

描述

CPU系列

CPU314C-2DP

6ES7314-6CF00-0AB0

S7-300系列只能够实现软件冗余，无硬件冗余的功能。

CPU313C-2DP

6ES7313-6CE00-0AB0

CPU31x-2DP

6ES7315-2AFxx-0AB0

6ES7315-2AG10-0AB0

6ES7316-2AGxx-0AB0

6ES7318-2AJxx-0AB0

CPU412-1

CPU412-2

6ES7412-1XFxx-0AB0

6ES7412-1FK03-0AB0

6ES7412-2XGxx-0AB0

S7-400全系列的CPU都可以应用于软冗余系统；

S7-400H系列的CPU属于硬件冗余方式，相对于软冗余，硬件冗余系统切换速度快，主备CPU中的数据和事件保证完全一致，适于高可靠性应用场合，成本较高

CPU413-1

CPU413-2DP

6ES7413-1XGxx-0AB0

6ES7413-2XGxx-0AB0

CPU414-1

CPU414-2DP

CPU414-3DP

6ES7414-1XGxx-0AB0

6ES7414-2XGxx-0AB0

6ES7414-2XJxx-0AB0

6ES7414-3XJxx-0AB0

CPU416-1

CPU416-2DP

CPU416-3DP

CPU417-4

6ES7416-1XJxx-0AB0

6ES7416-2XKxx-0AB0

6ES7416-2XLxx-0AB0

6ES7416-3XLxx-0AB0

6ES7417-4XLxx-0AB0

CP通讯处理器系列（数据同步Redundant-backuplink）

CP342-5PROFIBUS通讯模块

6ES7342-5DA00-0XE0

6GK7342-5DA02-0XE0

CP343-1Ethernet通讯模块

6GK7343-1BA00-0XE0

6GK7343-1EX11-0XE0

CP443-5ExtendedPROFIBUS通讯模块

6EK7443-5DXxx-0XE0

CP443-1ISOEthernet通讯模块

6EK7443-1BXxx-0XE0

ET200系列

2xDPslaveinterfaceIM153-2

6ES7153-2AA02-0XB0

6ES7153-2AB01-0XB0

适于ET200M的所有数字量、模拟量I/O模板

参照S7-300选型样本和STEP7的硬件组态窗口中ET200文件夹中的I/O模块

S7-300模板手册的下载路径：

http:

//www4.ad.siemens.de/-snm-0135030360-1080199645-0000003727-0000002043-1080729745-enm-WW/view/en/8859629

CP341

6ES7341-1xH01-0AE0

串口通讯模板

FM350

6ES7350-1AH0x-0AE0

计数器功能模板

相关软件及附件

STEP7编程软件

6ES7870-5CC06-0YE0

软冗余软件包（SoftwareRedundancy）

6ES7862-0AC00-0YA0

包括冗余功能块的安装软件和授权

PROFIBUS标准电缆

6XV1830-0EH10

按米订货

RS485总线连接器

6ES7972-0BA12-0XA0

PROFIBUS网络连接头

CP5611通讯卡

6GK1561-1AA00

进行编程和上位机监控的通讯卡

表2

注：

1.只有S7-300315-2DP（除CPU314C-2DP、CPU313C-2DP）型号以上的PLC才支持软冗余功能，所有的S7-400都支持软冗余功能；

2.主系统与备用系统的CPU型号可以不同，如主系统采用一套S7-400系统，而备用系统采用一套S7-300系统；

软冗余系统的调试过程

在您的计算机上首先安装STEP75.x软件和软冗余软件包，软冗余软件光盘包括了冗余功能程序块库、不同系统结构的例子程序和软冗余使用手册。

I．不同系统结构方式下的功能块：

在安装完软冗余的软件后，您可以在STEP7当中找到例子程序和功能程序块库：

图5

图6

以上图5显示的是在STEP7中使用OPEN菜单打开软冗余的例子程序，例子程序中采用MPI链路实现数据的同步。

图6显示在安装完软冗余软件后，您可以在Libraries找到不同CPU以及不同链接方式下可以使用的功能块。

下面的两个表格分别说明了采用S7-300，S7-400进行软件冗余时，可采用的不同网络连接以及所需调用的程序功能块包。

表3

从以上的表格中可以看到，软冗余系统当中可以采用MPI、PROFIBUS、Ethernet三种网络实现主系统和备用系统之间的数据同步（Redundant-backuplink）。

采用BSEND_400包中的功能块进行数据同步时，无论数据同步的连接是什么方式，都需要在STEP7的NETPRO窗口中组态一个S7Connection。

除了BSEND_400中之外，使用其他功能库中的程序块：

∙采用MPI网络时，直接使用PLC的编程口进行数据同步，不需要进行连接（Connection）的组态，但MPI数据同步的效率低。

∙采用PROFIBUS网络时，需要使用一对CP通讯卡（CP342-5或CP443-5），在STEP7的NETPRO窗口中组态主系统和备用系统之间的FDL连接。

∙采用Ethernet网络时，需要使用一对CP通讯卡（CP343-1或CP443-1），在NETPRO窗口中组态主系统和备用系统之间的ISO连接。

冗余功能块说明：

名称

FC100‘SWR_START’

初始化程序块，定义系统运行的参数。

FB101‘SWR_ZYK’

循环调用的数据同步功能块，将主系统中的冗余数据复制到备用系统当中

FC102‘SWR_DIAG’

诊断功能块，在OB86中调用，将得到的诊断数据提供给FB101使用。

FB103‘SWR_SFCCOM’

在该块内部调用SFC65‘X_SEND’和SFC66‘X_RCV’功能块，实现采用MPI网络的数据同步。

FB104‘SWR_AG_COM’

在该块内部调用FC5‘AG_SEND’,FC6‘AG_RCV’，实现采用PROFIBUS或Ethernet网络的数据同步。

FB105‘SWR_SFBCOM’

在该块内部调用SFB12‘BSEND’andSFB13‘BRCV’功能块，实现MPI或PROFIBUS或Ethernet网络的数据同步，只能在S7-400中调用。

DB_WORK_NO

冗余软件块使用的数据区，用户不需要生成该数据块，也不使用该数据块中的数据；

DB_SEND_NO

用于主系统发送同步数据到备用系统的发送数据区（包括了主系统的M、T、C、DB等区域的数据），用户不需要生成该数据块，也不使用该数据块中的数据；

DB_RCV_NO

用于备用系统接收来自主系统的同步数据的接收数据区，用户不需要生成该数据块，也不使用该数据块中的数据；

DB_A_B_NO

从A站到B站，非冗余同步的数据的收发区；

DB_B_A_NO

从B站到A站，非冗余同步的数据的收发区；

DB_COM_NO

FB101的背景数据块，包括了数据同步链路的状态，控制等信息，用户需要生成该数据块，DBW8为状态字，DBW10为控制字，；

FC5‘AG_SEND’

PROFIBUS网络中，实现FDL链接，在FB104内部调用的发送块，用户需要生成该程序块，并下载到PLC当中。

FC6‘AG_RCV’

PROFIBUS网络中，实现FDL链接，在FB104内部调用的接收块，用户需要生成该程序块，并下载到PLC当中。

表4

1。

采用PROFIBUS或Ethernet方式进行数据同步时，需要在OB100当中调用FB101，而FB101内部调用了FB104、FC5、FC6，所以您必须手动地将FB104、FC5、FC6插入到项目当中，插入的方法是：

在程序中调用一次，再将这条语句删掉。

2.在OB100中调用FC100功能块时，PLC会自动创建一些与FC100参数相关的程序段和数据块，所以当你更改了FC100的参数时，应该对PLC进行Reset操作，再重新下载项目的软硬件到PLC当中。

II．创建一个应用实例：

附件中我们给出了一个例子项目，由两套315-2DP和一个ET200M从站组成，系统结构如下：

图7

除了实现冗余功能的3条PROFIBUS网络外，还有一条MPI网络用于上位机监视和控制程序的调试。

以下是生成该例子程序的步骤，您可以根据您系统的配置情况进行参照：

1．插入两个S7-300的站，A和B，在A站和B站的硬件组态窗口中，插入315-2DP时，要分别创建相互独立的PROFIBUS网络（如A站为Master_Line、B站为Reserve_Line），使用网络的默认参数，速率为1.5M，并都将站地址设定为2，A站和B站的PROFIBUSDP集成通讯口设定为主站模式（MasterMode）。

2．分别在A、B站中插入CP342-5模块，连接到同一个PROFIBUS网络上（Sychronization_Line），地址分别为4、5，将CP342-5设定为NoDP方式，并记录CP342-5的硬件地址256。

3．分别在A、B站的硬件组态窗口中插入一个ET200从站（一个IM153-2模块和一个16入/16出的数字量模板），DP的地址为3。

4．进入STEP7的网络组态窗口NETPRO中，选中A站的CPU点击鼠标右键，插入一个新的链接，选择FDLConnection，点击Apply，弹出链接属性窗口，记录链接的ID，设定LSAP为17，18，存盘编译网络组态。

系统的网络结构如下：

图8

以上网络结构中包括了4条链路：

▪用于上位机编程和监控的MPI链路；

▪A站与ET200从站MasterLinePROFIBUS链路；

▪B站与ET200从站ReserveLinePROFIBUS链路；

▪A站和B站之间进行数据同步的SynchronizationLinePROFIBUS链路。

您可以通过点击图中的状态读取按钮，获取当前FDL链接的状态，上图的左下角显示当前在线读取FDL的状态为OK。

5．在A站的Block中插入OB1（主循环程序块）、OB35（定时中断组织块）、OB100（暖启动调用程序块）、OB80（在主系统与备用系统切换时间超时时，调用该块）、OB82（DP-SlaveET200站上的IM153-2模块出错报警，调用该功能块）、OB83（DP从站的接口模块与主站链接断开或链接重新建立时调用该块）、OB85（程序运行出错或DP从站连接失败调用该块）、OB86（主从站通讯出错调用该块）、OB87（通讯失败调用该块）、OB122（外围设备访问出错调用该块）、OB121等组织块，并对其中的OB100、OB35、OB86进行编程。

6．在OB100中我们调用FC100‘SWR_START’进行软冗余的初始化，有几个参数需要特别注意，LADDR应当和CP342-5的硬件地址相一致，例子程序为256，VERB_ID必须和你在NETPRO中创建的FDL链路的ID号一致，例子程序为1，DB_COM_NO为系统中未使用的数据块，建议仍采用DB5。

如下表格给出了FC100功能块参数的说明和例子，供您编程参考：

参数名

数据类型

例子

AG_KENNUNG

字符型

A站应当填‘A’

B站应当填‘B’

‘A’

数据块名称

软冗余功能实现所需要使用的内部数据块，用户不用生成该块，也无需读写其中的数据

DB1

存放发送数据所使用的内部数据块，AB或BA，用户不用生成该块，也无需读写其中的数据

DB2

存放接收数据所使用的内部数据块，AB或BA，用户不用生成该块，也无需读写其中的数据

DB3

MPI_ADR

整型

对方站的MPI站地址，进行MPI网络数据同步时才有意义

2

LADDR

CP通讯处理器组态的硬件地址，采用PROFIBUS或Ethernet网络进行数据同步时才有意义

256

VERB_ID

网络链接的ID号，在NETPRO窗口中组态的链接的ID值，如FDLConnection、ISOConnection或S7Connection。

1

DP_MASTER_SYS_ID

DP主站网络的ID号，你可以在NETPRO窗口中双击链接ET200M从站紫色的PROFIBUS主从网络，获取该ID值。

FB101所用使用的背景数据块，需用户生成该块，并可以读取状态字DBW8和控制字DBW10，获取系统信息或手动切换主备系统

DB5

DP-KOMMUN

确定链接ET200从站的DP通讯口类型：

1．使用CPU上集成DP通讯口链接ET200从站；

2．使用CP通讯卡上的DP通讯口链接ET200从站；

ADR_MODUS

CPU分配I/O地址的矩阵的增量，不同CPU的地址矩阵不同：

1,ifbaseaddresses0,1,2,3...

4,ifbaseaddresses0,4,8,12...

PAA_FIRST

整数

ET200M站第一个输出字节的地址

PAA_LAST

ET200M站最后一个输出字节的地址，PAA_FIRST到

PAA_LAST的字节范围必须是ET200M站上连续定义的。

4

MB_NO

冗余的M数据区的起始字节地址

20

MB_LEN

冗余的M数据区的字节个数，如MB_NO为20，MB_LEN为30，则MB20－MB49这个数据段为冗余数据区；

30

IEC_NO

冗余的IEC定时器、IEC计数器所使用的起始背景数据块

111

IEC_LEN

冗余的IEC定时器、IEC计数器所使用的背景数据块的个数，如IEC_NO设为111，IEC_LEN设为7，则DB111－DB117为存放冗余同步定时器、计数器的背景数据去

7

DB_NO

冗余的起始数据块

8

DB_NO_LEN

冗余的数据块个数，如DB_NO为8，DB_NO_LEN为2，则DB8-DB9为冗余的数据块

SLAVE_NO

ET200从站的最低站地址

3

SLAVE_LEN

ET200从站的个数，如SLAVE_NO为3，SLAVE_LEN为2，则该软冗余系统连接了站号为3，4的两个ET200从站，站号必须连续。

SLAVE_DISTANCE

确定所链接ET200从站上IM153-2模块的PROFIBUSDP站地址：

1．2块IM153-2模块的DP口使用相同的站地址；

2．2块IM153-2模块的DP口的站地址为n和n+1；

通过数据同步链路（RedundencyLink），A、B站之间还能进行一些非冗余数据通讯，即2个PLC之间的普通数据交换，该参数即定义从A站到B站，交换的非冗余数据块。

DB11

DB_A_B_NO_LEN

WORD

A站到B站，非冗余数据块中交换的Word字数，如DB_A_B_NO设为DB11，DB_A_B_NO_LEN设为.W#16#64，则A站的DB11.DBW0-DB11.DBW198被复制到B站的DB11.DBW0-DB11.DBW198，因为W#16#64代表16进制64，即一共复制100个数据字。

W#16#64

该参数即定义从B站到A站，交换的非冗余数据块。

DB12

DB_B_A_NO_LEN

B站到A站，非冗余数据块中交换的Word字数，如DB_B_A_NO设为DB12，DB_B_A_NO_LEN设为.W#16#64，则B站的DB12.DBW0-DB12.DBW198被复制到A站的DB12.DBW0-DB12.DBW198，因为W#16#64代表16进制64，即一共复制100个数据字。

RETURN_VAL

调用FC100的返回值，为0代表正常，其他返回值您可以在错误代码表中找到对应的错误原因。

MW2

EXT_INFO

FC100中内部调用的一些功能块所返回的错误代码

MW4

表5

7．一般我们建议您将您的非冗余程序段编写在OB1当中，而将冗余程序段编写在OB35当中，我们这里使用的是OB35的默认属性，即每100ms中断触发一次，您可以根据实际的需要在CPU属性中修改中断的时间间隔。

在OB35里调用FB101‘SWR_ZYK’功能块，FB101块中封装了冗余功能的程序段，实现冗余功能。

调用FB101时，你可以在线地读出RETURN_VAL参数的数值,如果为0，说明冗余链接正常。

如果为8015说明数据同步的连接不成功，这是一个常见的错误，原因可能是CP342-5之间的FDL链接建立的不正确或物理链路不通，或者是FC100的VERB_ID参数与NETPRO中的链接ID号不一致。

当执行”SWR_START”程序块时，系统分配这些数据区，不能用S7的定时器和计数器，只能使用IEC标准的定时器和计数器。

你可以在软冗余手册的第三章第9节找到对应的诊断信息。

OB35中的程序可以分为4个部分，如下图所示：

A.在循环程序块（OB1或OB35）的开始调用FB101，并将CALL_POSITION置为TRUE

B.你可以在DB5中得到控制字（DBW10）和状态字DBW8的信息。

分析状态字中的信息，如果当前站为备用系统，则跳过冗余程序段。

C.冗余程序段。

该处为您的冗余程序段

D.在循环程序块（OB1或OB35）的结尾调用FB101，将CALL_POSITION置为FALSE，停止系统冗余程序段。

图9

第一步（A）启动系统的冗余数据同步功能

第二步（B）根据状态字判断是否为主系统,为主系统时才执行第三步，否则跳到第四步第三步（C）为冗余的程序段

第四步（D）停止系统的冗余数据同步。

通过对OB35中的程序在线监控，得知当前冗余功能成功与否，如下图所示：

图10

上图显示，FB101的返回值Return_VAL和Ext_INFO为0，说明冗余功能正常。

通过FB101