淺談PROFINET 環(huán)網(wǎng)冗余功能在汽車工控領(lǐng)域的應(yīng)用

何軍，馬鍶海

（一汽-大眾汽車有限公司成都分公司，四川 成都 610000）

0 引言

隨著PROFINET 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在汽車工控領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，介質(zhì)環(huán)網(wǎng)冗余也在生產(chǎn)實(shí)際中普遍采用。本文系統(tǒng)介紹介質(zhì)環(huán)網(wǎng)冗余（MRP）在整車制造現(xiàn)實(shí)際應(yīng)用，首次提出介質(zhì)環(huán)網(wǎng)冗余(MRP)的“快換”屬性，進(jìn)一步明確了介質(zhì)環(huán)網(wǎng)冗余的特性和性能。

1 介質(zhì)環(huán)網(wǎng)冗余協(xié)議（MRP）介紹：

1.1 MRP 介質(zhì)冗余介紹

MRP 是介質(zhì)冗余協(xié)議（Media Redundancy Protocol）的縮寫(xiě)。它滿足IEC 61158 中類別10 “PROFINET”中介質(zhì)冗余協(xié)議（MRP）規(guī)定。冗余管理器“MRP Manage”在兩個(gè)環(huán)口上發(fā)出測(cè)試報(bào)文，只要測(cè)試報(bào)文每次都通過(guò)介質(zhì)冗余客戶端“MRP Client”順利到達(dá)另一個(gè)環(huán)口，冗余管理器就不會(huì)認(rèn)為環(huán)網(wǎng)故障[1-2]。

介質(zhì)冗余功用于確保網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)可用性。冗余傳輸路徑(環(huán)型拓?fù)?保證當(dāng)一個(gè)傳輸路徑失效時(shí)，冗余管理器重新接通堵塞端口，建立另一個(gè)有效路徑，并使所有節(jié)點(diǎn)之間實(shí)現(xiàn)完整連接。介質(zhì)冗余的環(huán)型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲校粋€(gè)設(shè)備作為冗余管理器，其他在環(huán)網(wǎng)中的設(shè)備都是冗余客戶端[3-4]。在環(huán)網(wǎng)中斷后，重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)時(shí)間最大為200ms

廣播風(fēng)暴：為防止在環(huán)網(wǎng)上無(wú)限循環(huán)的廣播數(shù)據(jù)，冗余管理器堵塞一個(gè)環(huán)口中除測(cè)試報(bào)文之外的所有報(bào)文，從而將環(huán)網(wǎng)轉(zhuǎn)換為線型網(wǎng)絡(luò)。在環(huán)型網(wǎng)絡(luò)上，為消除廣播風(fēng)暴，需按照環(huán)網(wǎng)冗余設(shè)置啟用環(huán)網(wǎng)功能[5]。

1.2 MRP 介質(zhì)冗余協(xié)議必須滿足的要求

MRP 最大支持50 個(gè)交換機(jī)，超過(guò)此數(shù)目可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)通訊的丟失；雙方傳輸介質(zhì)的連接設(shè)置必須設(shè)為全雙工，并且所有的環(huán)網(wǎng)口至少為100Mbps；采用MRP 的環(huán)網(wǎng)只能由支持此功能的設(shè)備組成(支持此功能的非西門(mén)子設(shè)備)。

1.3 MRP 介質(zhì)冗余的環(huán)網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中使用需滿足下列規(guī)則

在環(huán)網(wǎng)中所連接的設(shè)備都是同一冗余域的成員；在環(huán)網(wǎng)中的一個(gè)設(shè)備充當(dāng)冗余管理器，其它設(shè)備都是冗余客戶端；不兼容MRP 的設(shè)備通過(guò)SCALANCE X 交換機(jī)或帶CP1616 的計(jì)算機(jī)連接到環(huán)網(wǎng)[6-8]。

1.4 MRP 介質(zhì)冗余的設(shè)置

以下分步驟舉例說(shuō)明環(huán)網(wǎng)冗余設(shè)置。

Step.1 選 擇“PEOFINET-IO-System(100)” 總線，右鍵選擇：“PROFINET IO Domain Managemenet”網(wǎng)絡(luò)范圍管理。New 鍵：新建MRP 介質(zhì)冗余環(huán)網(wǎng)范圍“mrpdomain-X”；Delete 鍵：刪除MRP 冗余環(huán)網(wǎng)范圍；Edit 鍵：對(duì)新建的MRP 范圍進(jìn)行自命名。

Step.2 MRP 端口設(shè)置：選擇MRP domain，可選擇具備環(huán)網(wǎng)冗余的設(shè)備的端口。將可以作為冗余管理器的交換機(jī)設(shè)置成冗余管理器。其他在環(huán)網(wǎng)中的設(shè)備都是冗余客戶端。

Step.3 MRP 看門(mén)狗時(shí)間設(shè)置，更新時(shí)間：控制器與設(shè)備之間在該時(shí)間間隔內(nèi)，通過(guò)IO 系統(tǒng)循環(huán)交換數(shù)據(jù)；看門(mén)狗時(shí)間：控制器或設(shè)備允許的且不含接收IO 數(shù)據(jù)的時(shí)間；重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)：在環(huán)網(wǎng)中斷后，重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)最大為200ms，所以看門(mén)狗應(yīng)大于200ms。如果看門(mén)狗時(shí)間小于200ms，可能會(huì)導(dǎo)致調(diào)用OB86 并報(bào)告子站丟站?？稍黾痈聲r(shí)間和允許I/O 數(shù)據(jù)丟失的循環(huán)數(shù)量增加看門(mén)狗時(shí)間。

2 普通工位環(huán)網(wǎng)冗余功能應(yīng)用

圖2 是某整車制造車間一套CPU 所帶的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D。包含兩個(gè)MRP 介質(zhì)冗余環(huán)網(wǎng)，所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間均存在穩(wěn)定的連結(jié)方式，不存在“快換”網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)方式。此種連結(jié)是整車制造工位網(wǎng)絡(luò)普遍設(shè)置的方式，通用性強(qiáng)。

2.1 普通工位MRP 介質(zhì)環(huán)網(wǎng)冗余設(shè)置說(shuō)明

存在兩個(gè)環(huán)網(wǎng)冗余網(wǎng)絡(luò)“mrpdomain-1” 及“mrpdomain-2”（具體幾個(gè)環(huán)網(wǎng)冗余網(wǎng)絡(luò)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際設(shè)備數(shù)量及應(yīng)用方式而定）。

參數(shù)設(shè)置說(shuō)明：看門(mén)狗時(shí)間默認(rèn)一般小于200ms，若環(huán)網(wǎng)中某兩網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間網(wǎng)線損壞后，在復(fù)位后可正常使用，如圖3 所示。

2.2 普通工位環(huán)網(wǎng)冗余設(shè)置優(yōu)點(diǎn)

未設(shè)置環(huán)網(wǎng)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)整體是線型，某網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)故障時(shí)，其之后節(jié)點(diǎn)均報(bào)錯(cuò)[9-10]，不便于故障排除。環(huán)網(wǎng)冗余功能啟用后，只有此故障節(jié)點(diǎn)報(bào)錯(cuò)，其他網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)均正常。

3 特殊工位環(huán)網(wǎng)冗余功能應(yīng)用

圖4 是某整車制造車間一套CPU 所帶具有“快換”功能的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D。此工位帶有8 套快換夾具，可供4 種不同車型柔性化生產(chǎn)使用。

3.1 特殊“快換”工位MRP 介質(zhì)環(huán)網(wǎng)冗余設(shè)置說(shuō)明

存在“快換”連接方式，因生產(chǎn)車型切換，網(wǎng)絡(luò)連接方式也會(huì)切換。采用MRP 介質(zhì)環(huán)網(wǎng)冗余功能很好的實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的“快換”，保證大型夾具組順利切換時(shí)網(wǎng)絡(luò)正常通訊，實(shí)現(xiàn)無(wú)縫生產(chǎn)，如圖5 所示。

特殊“快換”工位存在多個(gè)環(huán)網(wǎng)冗余網(wǎng)絡(luò)。且有獨(dú)立“快換”相關(guān)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)為一個(gè)環(huán)網(wǎng)段。

所有“快換”屬性的網(wǎng)絡(luò)模塊看門(mén)狗時(shí)間必須設(shè)置成大于200ms，夾具組切換網(wǎng)絡(luò)正常。

3.2 特殊“快換”工位環(huán)網(wǎng)冗余設(shè)置優(yōu)點(diǎn)

MRP 網(wǎng)絡(luò)具有“快換”屬性，夾具組切換時(shí)，網(wǎng)絡(luò)也切換，在200ms 內(nèi)重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，通訊正常，保證設(shè)備正常運(yùn)行。

4 結(jié)語(yǔ)

MRP 介質(zhì)環(huán)網(wǎng)冗余功能有助于汽車工控領(lǐng)域多車型柔性化生產(chǎn)應(yīng)用：（1）環(huán)網(wǎng)冗余功能使生產(chǎn)設(shè)備故障分析及處理更便捷，設(shè)備網(wǎng)絡(luò)故障處理更精準(zhǔn)，提升了整車制造設(shè)備網(wǎng)絡(luò)的可靠性和穩(wěn)定性，提高生產(chǎn)效率；（2）環(huán)網(wǎng)冗余“快換”功能的使用，便于多車型共線生產(chǎn)，使設(shè)備柔性智能化切換。