維修西門子Smart 1000IE觸摸屏
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1 簡介
軟件冗余是低成本的冗余解決方案，適用于對(duì)切換時(shí)間要求不是很高的場(chǎng)合，主備切換
時(shí)間為秒級(jí)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(hào)：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(duì)應(yīng)A站、B站和實(shí)際連接。
Conn_A對(duì)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(duì)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(hào)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(cè)試變量，用于測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(duì)
應(yīng)關(guān)系請(qǐng)參考表1。
| 操作 | CPUA狀態(tài) | CPUB狀態(tài) | CPUA狀態(tài)字 SwitchPLCA | CPUB狀態(tài)字 SwitchPLCB | 連接到 |
| 上電 | 主、Run | 備、Run | 0000 0101 (0x05) | 0000 1010 (0x0A) | Conn_A |
| A停機(jī) | 備、stop | 主、run | 0000 0101 (0x05) | 0010 1001 (0x29) | Conn_B |
| A啟動(dòng) | 備、run | 主、run | 0000 0110 (0x06) | 0000 1001 (0x09) | Conn_B |
| B停機(jī) | 主、run | 備、stop | 0010 0101 (0x25) | 0000 1001 (0x09) | Conn_A |
| B啟動(dòng) | 主、run | 備、run | 0000 0101 (0x05) | 0000 1010 (0x0A) | Conn_A |
| B從站斷開 | 主、run | 備、run | 0000 0101 (0x05) | 0000 1010 (0x0A) | Conn_A |
| B從站恢復(fù) | 主、run | 備、run | 0000 0101 (0x05) | 0000 1010 (0x0A) | Conn_A |
| A從站斷開 | 備、run | 主、run | 0000 0110 (0x06) | 0000 1001 (0x09) | Conn_B |
| A從站恢復(fù) | 備、run | 主、run | 0000 0110 (0x06) | 0000 1001 (0x09) | Conn_B |
表1
連接狀態(tài)變量conn_state_PLCA/B的值和連接的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表2。
| 變量conn_state_PLCA/B的值 | 連接狀態(tài) |
| 0 | 初始化 |
| 1~5 | 連接正常 |
| 6~10 | 連接中斷 |
| 11~20 | 故障 |
| 100 | 無效 |
表2
(6) 如果檢測(cè)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(cè)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(cè)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。
圖29
訂貨號(hào)
PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)部件：
網(wǎng)卡及電纜
6ES7 972-0CB20-0XA0
6ES7 972-0CB35-0XA0
6ES7 972-0CC35-0XA0
6GK1 561-1AA01
6GK1 551-2AA00
6GK1 561-3AA01
6GK1 561-3FA00
6GK1 561-4AA01
6GK1 561-4FA00
6GK1562-1AA00
6GK1571-1AA00
6FX800開頭
6XV1 840-2AH10
6FC5210-0DF22-2AA0
6XV1 830-0PBH30
6XV1 830-0EH10
6XV1 830-3EH10
6XV1 830-0AH10
6XV1 820-5AH10
6XV1 820-5BH50
6XV1 820-5BT10
6GK1 901-0DA20-0AA0
6ES7 901-0BF00-0AA0
6ES7 901-1BF00-0XA0
鏈接模板
6GK1 415-2AA01
6GK1 415-0AA01
6ES7 158-0AD01-0XA0
6ES7 157-0AC83-0XA0
6ES7 157-0AD82-0XA0
6XV1 830-5EH10
6XV1 830-5FH10
6ES7 195-7HF80-0XA0
6GK1 905-0AA00
6GK1 905-0AD00
6GK1 905-0AB10
6GK1 905-0AC00
總線連接器
6GK1 905-6AA00
6ES7 972-0BA50-0XA0
6ES7 972-0BB50-0XA0
6ES7 972-0BA12-0XA0
6ES7 972-0BB12-0XA0
6ES7 972-0BA41-0XA0
6ES7 972-0BB41-0XA0
6GK1 500-0EA02
6GK1 500-0FC00
網(wǎng)絡(luò)部件
6ES7 972-0AA01-0XA0
6ES7 972-0AB01-0XA0
6ES7 972-0DA00-0AA0
6ES7 972-4AA02-0XA0
6GK1 500-3AA00
6GK1 503-0AA00
6GK1 503-3CA00
6GK1 503-2CB00
6GK1 503-3CB00
6GK1 503-3CC00
6ES7 181-0AA01-0AA0
6ES7 193-8MA00-0AA0
6ES7 193-8LA00-0AA0
6ES7 193-8LB00-0AA0
軟件
6GK1 704-5CW64-3AA0
6GK1 704-5DW64-3AA0
6GK1 704-5SW64-3AA0
6GK1 713-5DB64-3AA0
6GK1 713-5FB64-3AA0
6GK1 713-5CB64-3AA0
工業(yè)以太網(wǎng)
網(wǎng)卡及電纜：
6GK1 161-3AA01
6GK1 161-2AA00
6GK1 161-6AA00
6GK1 151-2AA00
6GK1 151-5AA00
6GK1 611-0TA01-1DV0
6XV1 850-0AH10
6XV1 850-0BT10
6XV1 850-0BN15
6XV1 870-3QN10
6XV1 850-0BH20
6XV1 840-2AH10
6XV1 850-2LN10
6XV1 850-2GN10
6XV1 850-2JN10
6XV1 850-2HN10
6GK1 901-1FC00-0AA0
網(wǎng)絡(luò)部件
OSM/ESM
6GK1 105-2AA10
6GK1 105-2AB10
6GK1 105-2AE00
6GK1 105-4AA00
6GK1 105-3AA10
6GK1 105-3AB10
6GK1 105-3AC00
OMC/ELS
6GK1 100-2AB00
6GK1 100-2AC00
6GK1 102-6AA00
6GK1 102-6AB00
6GK1 102-7AA00
SCALANCE X005入門級(jí)交換機(jī)
6GK5 005-0BA00-1AA3
6GK5 005-0BA00-1CA3
SCALANCE X100非網(wǎng)管型交換機(jī)
6GK5 104-2BB00-2AA3
6GK5 106-1BB00-2AA3
6GK5 108-0BA00-2AA3
6GK5 112-2BB00-2AA3
6GK5 116-0BA00-2AA3
6GK5 124-0BA00-2AA3
SCALANCE X200網(wǎng)管型交換機(jī)
6GK5 204-2BB00-2AA3
6GK5 206-1BB10-2AA3
6GK5 208-0BA10-2AA3
6GK5 208-0HA00-2AA6
6GK5 216-0BA00-2AA3
6GK5 224-0BA00-2AA3
6GK5 204-0BA00-2BA3
6GK5 202-2BB00-2BA3
SCALANCE X300增強(qiáng)型可網(wǎng)管交換機(jī)
6GK5 308-2FL00-2AA3
6GK5 310-0FA00-2AA3
SCALANCE X400千兆模塊化交換機(jī)
6GK5 414-3FC00-2AA2
6GK5 408-2FD00-2AA2
6GK5 491-2AB00-8AA2
6GK5 491-2AC00-8AA2
6GK5 492-2AL00-8AA2
6GK5 492-2AM00-8AA2
6GK5 495-8BA00-8AA2
6GK5 496-4MA00-8AA2
軟件
6GK1 716-1CB64-3AA0
6GK1 716-1TB64-3AA0
6GK1 716-1PB62-3AA0
6GK1 716-0HB64-3AA0
6GK1 704-1CW64-3AA0
6GK1 704-1PW64-3AA0
6GK1 970-1BA10-0AA1
6GK1 970-5CA20-0AA1
6GK1 975-1AA00-3AA0
6GK1 500-0AA10
6GK1 500-0AB00
6GK1 500-0DA00
6GK1 901-0FB00-0AA0
6ES7901-4BD00-0XA0
6XV1831-2L
6XV1830-5GH10
6GK1 900-0HL00-0AA0
6SE7090-0XX84-0FF5
6SE7090-0XX84-0AB0
6SE7038-6GL84-1BG2
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