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如何實(shí)現(xiàn)Comfort Panel（精智面板）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 ......

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)包括兩個(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。
西門子的精智面板支持和軟冗余CPU通訊，如圖1的系統(tǒng)架構(gòu)，并且當(dāng)某個(gè)CPU連接
中斷，面板可以切換連接到另一個(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 V11組態(tài)的精智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
KP700 Comfort (6AV2124-1GC01-0AX0)
(C) Software
WinCC V11 SP2 upd2
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，如全
系列的Comfort Panel。

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)Comfort Panel和S7-300軟冗余系統(tǒng)的通訊

2.1 CPU組態(tài)
說明：本文描述的CPU組態(tài)是使用Step7 V5.5完成的，不涉及Step7 V11的使用。
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，這樣當(dāng)DP總線有時(shí)CPU可以實(shí)現(xiàn)主備切換，如圖9。

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 V11中組態(tài)Comfort Panel
在WinCC V11中插入一個(gè)HMI 設(shè)備，選擇設(shè)備類型為“SIMATIC精智面板 > KP700"，
如圖11所示。

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，如圖14。切換連接的腳本會根據(jù)切換條件給conn_real分配不同的參數(shù)。

圖14

2.2.2 組態(tài)變量
在Conn_A下建立變量，如圖15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15

在Conn_B下建立變量，如圖16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16

項(xiàng)目中的其他變量如圖17所示，test1和test2用于測試conn_real的連接狀態(tài)。

圖17

2.2.3 切換連接的腳本邏輯解釋
在變量trigger_PLCA的“事件—數(shù)值更改"中添加腳本conn_PLCA，實(shí)現(xiàn)切換連接到
conn_A，如圖18所示。腳本邏輯參見下文。

圖18

在變量trigger_PLCB的“事件—數(shù)值更改"中添加腳本conn_PLCB，實(shí)現(xiàn)切換連接到
conn_B，如圖19所示。腳本邏輯參見下文。

圖19

在項(xiàng)目樹下面的“計(jì)劃任務(wù)"中建立一個(gè)新任務(wù)，每分鐘執(zhí)行一次，在函數(shù)列表中添加
腳本conn_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20所示。

圖20

本文附件中包含三個(gè)腳本文件。在項(xiàng)目樹的“腳本 > VB腳本"下添加腳本
“conn_PLCA"，將附件中的conn_PLCA.txt文件內(nèi)容拷貝到conn_PLCA中，注意ChangeConnection的參數(shù)必須和conn_A的參數(shù)*，如圖21所示。

圖21

繼續(xù)添加腳本“conn_PLCB"，將附件中的conn_PLCB.txt文件內(nèi)容拷貝到
conn_PLCB中，注意ChangeConnection的參數(shù)必須和conn_B的參數(shù)*，如圖22所示。

圖22

繼續(xù)添加腳本“conn_lost"，將附件中的conn_lost.txt文件內(nèi)容拷貝到conn_lost中，
如圖23所示。

圖23

以conn_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)conn_PLCA動作；

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，表示連接正常；

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)系請參考表2。

表 2

6. 如果檢測到無連接的狀態(tài)，則切換到A站。

腳本conn_PLCB的邏輯和conn_PLCA基本相同，只是在第⑤步 的切換條件有不同，
具體描述如下。
(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conn_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24所示。
其中“當(dāng)前連接到"后面的IO域連接"connected_to"變量；“PLCA/PLCB connection
status"后面的IO域連接“conn_state_PLCA/PLCB"變量；“trigger_PLCA/PLCB"后面的IO域連接“trigger_PLCA/trigger_PLCB"變量；“test1"和“test2"后面的IO域連接“test1"和“test2"變量，用于測試conn_real連接狀態(tài)；“status of PLCA"后面的IO域連接“StatusOfPLCA"變量（DB5.DBW8）；“status of PLCB"后面的IO域連接“StatusOfPLCB"變量（DB5.DBW8）。

圖24

2.3 項(xiàng)目下載測試
組態(tài)后的項(xiàng)目編譯下載到KP700 Comfort中，在KP700和兩個(gè)CPU之間連好網(wǎng)線，由
于KP700有兩個(gè)以太網(wǎng)口，本身相當(dāng)于交換機(jī)，因此可以用兩個(gè)網(wǎng)口各連接一個(gè)CPU。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，
KP700默認(rèn)和A站連接。

圖25

(2) 手動停止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。

圖26

(3) 再次啟動A站，A為備、run，B為主、run。Conn_A恢復(fù)，trigger_PLCA在0/1變
化，conn_real保持和CPUB連接。

圖27

(4) 拔掉B和屏之間的網(wǎng)線，conn_B無效，trigger_PLCB無值，連接狀態(tài)變量
conn_state_PLCB為100，屏切換到和A連接。A為備、run，B為主、run。

圖28

(5) 再拔掉A和屏之間的網(wǎng)線，conn_A無效，trigger_PLCA也無值，連接狀態(tài)變量
conn_state_PLCA/B均為100，屏無法和任意一個(gè)CPU連接，因此屏上顯示“connection lost"。

圖29

(6) 連上屏和A站、B站之間的網(wǎng)線，conn_A和conn_B都恢復(fù)，trigger_PLCA/B的值
都在0/1變化，conn_real和B連接。因?yàn)锽為主、run，A為備、run。

圖3