西門子414—4H與414—5H冗余通訊在工控系統(tǒng)中的應(yīng)用

陳濤 李博

摘 要：應(yīng)用414-5H冗余系統(tǒng)本身自帶的PN接口，在不增加CP443的情況下實(shí)現(xiàn)與414-4H系統(tǒng)之間的無擾冗余切換。軟件使用SIMATIC Step7 5.5，在netpro組態(tài)界面中的CPU下添加S7-connection鏈接，且使用西門子自帶功能塊SFD14（READ）和SFD15（WRITE）兩個(gè)功能塊，通過對其組態(tài)編程，實(shí)現(xiàn)兩套冗余系統(tǒng)間數(shù)據(jù)的冗余交換。

關(guān)鍵詞：414-5H；414-4H；SFD14；SFD15；S7-connection；冗余通訊

中圖分類號：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2018）08-0170-03

Abstract：The PN interface with 414-5H redundant system is used to achieve non disturbance redundancy switching between 414-4H system but without adding CP443. The software uses SIMATIC Step7 5.5 to add S7-connection links under CPU in the netpro configuration interface，and uses two functional blocks of SIEMENSs functional block SFD14（READ）and SFD15（WRITE）. By configuration programming，the data redundancy exchange between two sets of redundant systems is realized.

Keywords：414-5H；414-4H；SFD14；SFD15；S7-connection；redundant communication

0 引 言

西門子PLC廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域，其安全穩(wěn)定的表現(xiàn)和強(qiáng)大的處理能力與軟件上人性化的設(shè)計(jì)及與科技發(fā)展同步的更新與升級，使其在工控行業(yè)的應(yīng)用也越來越廣泛。本文主要針對最新推出的414-5H與414-4H系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)冗余數(shù)據(jù)交換進(jìn)行說明。

1 系統(tǒng)介紹

（1）原始一套PLC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)說明，其系統(tǒng)配置主機(jī)架配置為：雙冗余電源（PS 407A）、冗余PLC（414-4H）和冗余以太網(wǎng)卡（CP443-1）。在此不再針對遠(yuǎn)程IO進(jìn)行贅述；

（2）新增一套西門子控制系統(tǒng)，其系統(tǒng)配置主機(jī)架配置為：雙冗余電源（PS 407A）和冗余PLC（414-5H），在此不再對遠(yuǎn)程IO機(jī)架進(jìn)行敘述；

（3）需解決的問題說明：因其兩套系統(tǒng)中存在一套公用的就地設(shè)備，無論在邏輯還是在實(shí)際硬件中，都不可能單獨(dú)為每套系統(tǒng)配置此公用設(shè)備，因此需在硬件方面使兩套控制系統(tǒng)與公用系統(tǒng)間留有一套不悖的輸入輸出接口；實(shí)現(xiàn)方面，此硬接口預(yù)留至原來的414-4H系統(tǒng)，還是新的414-5H系統(tǒng)，可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況來定，從功能和實(shí)現(xiàn)方法上講基本相同。本文中公用設(shè)備暫以一套電機(jī)與出口門為例。

若兩套均配置冗余以太網(wǎng)卡的冗余控制系統(tǒng)間通訊，則有現(xiàn)成的資料參考，此文主要說明原來一套配置雙以太網(wǎng)卡的414-4H系統(tǒng)與新的未配置雙以太網(wǎng)卡的414-5H系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)冗余通訊，且在現(xiàn)場經(jīng)過長時(shí)間摸索與實(shí)驗(yàn)后，最終問題成功得以解決。

2 解決方法

2.1 S7-connection鏈接說明

S7通訊（S7-communication）主要用于S7-400/400、 S7400/300PLC之間的通訊，是S7系列PLC基于MPI、PROFIBUS和工業(yè)以太網(wǎng)的一種優(yōu)化的通訊協(xié)議。

（1）MPI網(wǎng)：MIP是Multi-Point-interface的縮寫，意為“多點(diǎn)接口”，MPI的使用基于PG/OP連接，即連接PG意為調(diào)試、測試，OP意為操作員面板。此外，MPI接口還可用于掛接多臺PLC并組網(wǎng)，進(jìn)行S7通訊；

（2）PROFIBUS：現(xiàn)場總線，是開放的、獨(dú)立的通信系統(tǒng)，在SIMATIC網(wǎng)絡(luò)中，PFOFIBUS面向單元級和現(xiàn)場級。單元級PROFIBUS FMS用于對時(shí)間要求不嚴(yán)格對等的站點(diǎn)之間通訊?，F(xiàn)場總線PROFIBUS DP用于對時(shí)間要求嚴(yán)格的主從站點(diǎn)間的循環(huán)數(shù)據(jù)交換通訊；

（3）工業(yè)以太網(wǎng)：是開放的、獨(dú)立的通訊系統(tǒng)，在SIMATIC中，工業(yè)以太網(wǎng)用于管理級和單元級。工業(yè)以太網(wǎng)的設(shè)計(jì)面向?qū)r(shí)間要求不嚴(yán)格的大量數(shù)據(jù)的傳送。

2.2 實(shí)現(xiàn)步驟

2.2.1 硬件配置

硬件配置如圖1所示。

2.2.2 軟件配置

在西門子軟件STEP7 V5.5中做如下組態(tài)，其主要思路為將#2爐PLC做為主站，讀取和寫入數(shù)據(jù)值至#1爐PLC，因此主要配置是在#2爐中，#1爐中只需參考#2爐，如圖2所示，建立兩個(gè)S7 connection鏈接，首先將STEP7軟件中的netpro配置打開，點(diǎn)擊CPU在下面相應(yīng)的對話框中建立S7 connection，先在主CPU上建立由#2爐主CPU→#1爐主CPU，再建立#2爐主CPU→#1備CPU，同理建立由#2爐備CPU上分別至#1爐主、備CPU的S7鏈接。

建立鏈接時(shí)，注意Local ID此為鏈接唯一識別碼，并勾選Establish an active connection，這意味著建立此激活鏈接，其中connection Path欄中的Partner選項(xiàng)為所起鏈接名稱，其鏈接要有效建立，最主要的是address欄，本地地址為選擇CPU后默認(rèn)的IP配置，無需更改，Partner欄中的address欄則為所要鏈接的遠(yuǎn)程CPU IP地址，此項(xiàng)一定要配置正確；點(diǎn)擊address details欄，此項(xiàng)主要選擇其PLC所在機(jī)架和槽位配置，亦需按實(shí)際硬件配置填寫。

建立鏈接后，即需在相應(yīng)的#2爐與#1爐分別建立兩個(gè)DB，其中一個(gè)DB用于將本機(jī)信號統(tǒng)一以BOOL量寫至相應(yīng)的DBW字中，這樣方便于按字傳輸至遠(yuǎn)程PLC中使用，提高通訊效率，另一DB用于存放接收到的遠(yuǎn)程PLC字信號，然后編寫程序，讀取字信號中的每一位信號在本地使用，本例中以DB8為接收信號存放的DB區(qū)域地址空間，以DB9為需發(fā)送的信號存放的DB區(qū)域地址空間，其中以數(shù)組指針方式建立存儲空間，如圖3所示。

建立上述鏈接和存放數(shù)據(jù)所需區(qū)域地址后，即可增加通訊所需功能塊和程序，如圖4所示，使用S7 connection鏈接1，以鏈接1為通訊ID，即W#16#1，相應(yīng)的接口鏈接讀取遠(yuǎn)程地址的地址區(qū)域號，再在相應(yīng)的接口連接寫入本地信息存放的地址區(qū)域號，然后在相應(yīng)的接口鏈接狀態(tài)字及狀態(tài)位。

再調(diào)用寫功能塊，用以將本地PLC數(shù)據(jù)寫入S7 connec tion鏈接配置中的遠(yuǎn)程PLC，依照讀取數(shù)據(jù)功能塊的類型參數(shù)連接寫數(shù)據(jù)功能塊的相應(yīng)接口，此項(xiàng)工作完成后，將所建立的DB塊，及用于通訊的程序塊和netpro分別下載至PLC中，然后在#1爐在線監(jiān)視需發(fā)送至#2爐DB數(shù)據(jù)塊，且此時(shí)實(shí)際信號未寫入相應(yīng)DB，然后在#2爐在線監(jiān)視接收DB數(shù)據(jù)塊，若#2爐接收到的數(shù)據(jù)與#1爐發(fā)送的數(shù)據(jù)相同，則證明成功，且可再在#1爐監(jiān)視數(shù)據(jù)塊中的當(dāng)前值中更改發(fā)送數(shù)據(jù)，然后在#2爐接收數(shù)據(jù)監(jiān)視中監(jiān)視查看接收到的數(shù)據(jù)是否與發(fā)送數(shù)據(jù)相同，若相同，說明已成功建立#2爐與#1爐間數(shù)據(jù)通訊。

3 實(shí)現(xiàn)#1爐414-4H系統(tǒng)（配置CP443以太網(wǎng)卡）與#2爐414-5H系統(tǒng)（未配置CP443以太網(wǎng)卡）間的冗余通訊

實(shí)現(xiàn)思路：建立兩組冗余PLC間的四組組合鏈接，在鏈接號上區(qū)分，并在通訊程序中針對不同的鏈接建立相應(yīng)的讀寫程序，其中分為四組鏈接號，分別對應(yīng)#2爐主→#1爐主、#2爐備→#1爐備、#2爐備→#1爐主、#2爐備→#1爐備鏈接，且讀取和寫入數(shù)據(jù)存儲區(qū)域相同，有人擔(dān)心會出現(xiàn)重復(fù)寫報(bào)警，但其通訊不受此影響，且通過現(xiàn)場試驗(yàn)證明數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無誤的主備傳輸，因其同一時(shí)刻僅有一個(gè)鏈接有效，因此不存在通訊堵塞或數(shù)據(jù)錯(cuò)誤狀態(tài)。

此試驗(yàn)很好地證明了西門子最新的冗余PLC414-5H，通過其本身自帶的PN接口實(shí)現(xiàn)了與西門子冗余PLC414-4H的冗余CP卡不間斷冗余通訊，且其通訊完全自主，由冗余系統(tǒng)本身的主運(yùn)行判斷其通訊的有效性和可靠性。

4 結(jié) 論

本文以現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用成果為材料，具有現(xiàn)場可操作性，在不影響PLC本身功能及現(xiàn)場通訊功能，不額外增加配件情況下，使用414-5H自帶的PN接口實(shí)現(xiàn)了與另一套冗余414-4H系統(tǒng)的冗余以太網(wǎng)CP卡間的通訊，解決了現(xiàn)場兩套PLC間的數(shù)據(jù)交換，且減少了兩套CP以太網(wǎng)卡，節(jié)省了項(xiàng)目成本，又不影響其通訊質(zhì)量，滿足了現(xiàn)場使用功能。

參考文獻(xiàn)：

[1] 西門子官方網(wǎng)站 [OL].[2018-06-03].https：//www.siemens.com/cn/zh/home.html.

[2] 西門子400系列產(chǎn)品手冊 [OL].[2018-06-03].http：//www.doc88.com/p-9095750398413.html.

[3] Siemens Step7軟件幫助.

作者簡介：陳濤（1984.07-），男，陜西富平人，項(xiàng)目經(jīng)理，學(xué)士學(xué)位。從事自動(dòng)化行業(yè)，致力于自動(dòng)化系統(tǒng)的智能信息化發(fā)展研究。