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西门子S7-1500冗余PLC 1500R CPU使用详细说明

工控小生 2020-7-12 19:35:39 显示全部楼层 阅读模式
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本帖最后由 工控小生 于 2020-7-12 19:41 编辑

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本说明是参考西门子官方使用手册《S7-1500冗余PLC 1500R使用入门》结合自己组态的一个工程来展开详细说明的,其中列出了西门子官方使用手册中没有提出的一些经常出错的地方:
1 、S7-1500R冗余系统的理论说明
1.1 软件及硬件要求
SIMATIC S7-1500 R/H冗余PLC的冗余功能集成在冗余PLC操作系统中,不需要安装额外的冗余包。软件要求为STEP7 Professional V15.1。
S7-1500R有两个CPU型号,CPU1513R-1PN和CPU1515R-2PN。S7-1500R冗余PLC是通过电气接口PROFINET X1接口实现同步的,不需要额外的同步模块。
在S7-1500冗余PLC中,不支持本地机架模块的扩展组态,包括电源模块、通信模块、IO模块、工艺模块。对于电源模块因为本地机架没有扩展模块,不需要PS电源扩展背板电源,可以安装PM电源为PLC供电,但不能在博途项目中组态。
一个支持NAP S2冗余协议的PROFINET IO设备可以同时与两个PROFINET IO控制器建立通信关系(AR),区分主AP和备AR,同时只有主AR与IO设备进行正常的IO数据交换,当主AR因故障断开后备AR切换为主AR开始与IO设备进行正常的数据交换。
目前西门子支持NAP S2的分布式IO设备如下所示:
&#8226;ET 200SP IM 155-6 PN HF (6ES7155-6AU00-0CN0), 固件版本≥ V4.2
&#8226; ET 200SP IM 155-6 PN/2 HF (6ES7155-6AU01-0CN0), 固件版本≥ V4.2
&#8226; ET 200SP IM 155-6 PN/3 HF (6ES7155-6AU30-0CN0), 固件版本≥ V4.2
&#8226; ET 200MP IM 155-5 PN HF (6ES7155-5AA00-0AC0), 固件版本≥ V4.2

如果要与其它PROFINET IO控制器实现PROFINET通信,可通过下面支持NAP S2的PN\PN Coupler实现IO 控制器-IO控制器之间的通信:
&#8226; PN/PN Coupler (6ES7158-3AD10-0XA0), 固件版本≥ V4.2
1.2 网络结构
在S7-1500R冗余系统中,冗余PLC必须安装在MRP冗余环网中,这是实现冗余PLC 主备之间实现组态和程序同步的必要条件CPU1513R冗余PLC只有PROFINET X1接口,可将上图中连接交换机Switch2的PC、Panel、Standard PLC连接到交换机Switch1实现与冗余PLC的通信。对于S7-1500R冗余系统除了PROFINET分布式IO设备要支持NAP S2冗余协议之外,包括MRP环网中的其它网络设备(如交换机)还需要支持MRP和H-sync转发,H-sync转发功能用于在MRP环网内转发S7-1500R主备PLC之间的同步数据。
上面章节所提到的支持NAP S2的西门子分布式IO 设备同时也支持MRP(作为客户端)和H-sync转发。冗余PLC通过PROFINET X1接口的两个端口连接在MRP环网中,环网中除了可以连接ET200MP和ET200SP,还可以连接交换机,分配给S7-1500R系统的PROFINET IO也可不连接在环网中,而是通过连接环网中的交换机与冗余PLC通信,如图中交换机Switch1。PC、HMI以及标准PLC可通过连接交换机实现与冗余PLC的通信。
目前西门子支持NAP S2、MRP、H-sync的交换机有以下类型:
&#8226;SCALANCE XC-200,固件版本≥ V4.0
&#8226; SCALANCE XP-200,固件版本≥ V4.0
&#8226; SCALANCE XF-200BA,固件版本≥ V4.0

注意:为了保障S7-1500R冗余PLC之间的同步性能,在网络结构中要确保两个冗余PLC有端口直接连接。而在实际组态中必须组态两个R PLC之间的端口互联,默认情况下两个S7-1500R的PROFINET X1接口的端口P2组态了端口互联,具体参考下面项目实操说明介绍。

2 、S7-1500R冗余系统的项目实操说明
本章节以CPU 1515R扩展一个ET200SP为例演示S7-1500R冗余PLC的组态步骤。
操作系统版本:WIN 7 SP1  64位 专业版
软件版本:STEP7 Professional V15.1
硬件:
CPU:CPU 1515R-2PN  订货号:6ES7 515-2RM00-0AB0
子站:IM 155-6 PN HF  订货号:6ES7 155-6AU00-0CN0
交换机:Scalance XF204-2BA  订货号:6GK5 204-2AA00-2GF2
触摸屏:TP1200 精智面板    订货号:6AV2 124-0MC01-0AX0
2.1硬件组态步骤:
2.1.1、CPU组态步骤:
在设备组态中关于冗余系统的公共参数如系统IP地址只需要在一个PLC的设备组态中设置,另外一个PLC的相应参数会同时更改。而编程相关内容只有在第一个PLC中显示。即S7-1500R冗余系统中的CPU参数只要在主CPU中设置好之后,备CPU会自动同步,另外程序也只要在主CPU中编辑即可。
(1)、项目中添加CPU1515R



将生成一个冗余PLC站,包括两个CPU1515R,设备视图显示如下:

在拓扑视图中自动组态了两个R PLC之间的PROFINET X1 P2端口互联,如图所示:

注意:在上图组组态只要用鼠标点中相应通讯端口连接起来即可,另外在实际网络连接中要确保两个冗余 PLC之间的端口互联与组态一致,即网线的连接一定要是两个CPU的X1 P2端口互连。
(2)、设置PLC IP地址 。
说明:X1接口的系统IP是两个冗余PLC的X1接口的公共设置,当通信时通过系统IP 始终访问的是主PLC。
示例中:
PLC1 X1 IP: 172.16.134.106
PLC2 X1 IP: 172.16.134.107
X1 系统IP:172.16.134.109
PLC1 X2 IP: 192.168.0.1
PLC2 X2 IP: 192.168.0.2
X2 系统IP:172.16.134.109
ET200SP IO站IP: 172.16.134.110
交换机IP: 172.16.134.120

①:X1接口IP地址
②:冗余PLC的X1接口系统IP 地址
同样X2接口也可设置独立的PLC接口IP以及冗余PLC的系统IP地址。
注意:设置虚拟 MAC 地址时,需确保以太网广播域中存储的所有 MAC 地址唯一。特别是在包含由 VRRP 组成的第三方设备以及由多个 STEP 7 项目所组态的冗余系统组成的系统中。
(3)、冗余PLC MRP设置:冗余PLC的MRP默认设置为:管理员(自动),不需要修改。

(4)添加ET200SP :
IM155-6PN/3HF
在网络视图中从“硬件目录>分布式I/O>ET200SP>接口模块>PROFINET> IM 155-6 PN HF”中选择6ES7 155-6AU00-0CN0拖入到网络视图完成设备添加(如下图所示)











(5)、为ET200SP分配冗余PLC作为IO控制器
操作如下:

①:鼠标右击“未分配”
②:右键菜单中点击“分配给新IO控制器”
在弹出窗口中勾选两个冗余PLC:

显示如下:在ET200SP中蓝色显示为“多重分配”(因为Switch_2交换机已经根据上述方法配置好了所以也是显示多重分配):

(6)在ET200SP设备视图中添加IO模块
说明:服务器模块不需要组态,编译时会自动添加。


注意:如上图中。一个IO如果在IO参数里的电位组参数里选择启用新的点位组,则其接线插口会变成淡灰色,如果选择使用左侧模块的电位组(深色)则会变成深灰色。注意该选项需要根据实际来配置,否则IO模块会报错误。一般一个电位组可以带四个模块(含自身),实际接线中选择启用新的电位组的模块需要接24V电源。
(7)、ET200SP PN端口分配
添加完IM 155-6 PN HF后会自动分配一个BA 2xRJ45总线适配器,共两个RJ45端口,总线适配器BA 2xRJ451,端口1(X1P1 R),端口2(X1P2 R),这两个端口为冗余端口
(8)、将ET200SP 设置为MRP客户端

(9)、ET200SP PROFINET参数设置。
在IM155-6属性中选择“实时设定”窗口,设置PROFINET实时参数:
①:设置更新时间,默认为自动设置
②:设置看门狗时间因子(更新时间的倍数),当更新时间为2ms时,冗余系统要求IO设备的看门狗时间因子必须大于111:如设置为212

说明:冗余系统中IO设备的看门狗时间与更新时间的计算关系为
看门狗时间因子 > (1.1 x 200ms) / 更新时间 + 1
看门狗时间 = 接受的更新周期 x 更新时间
其中200ms为MRP网络最大重构时间。
看门狗时间:您可以为 PROFINET IO 设备组态看门狗时间。 如果在看门狗时间内 IO 控制器没有向 IO 设备提供输入或输出数据(IO 数据),则 IO 设备切换到安全状态。 不要直接输入看门狗时间,而是通过“当 IO 数据丢失时可接受的更新周期次数”(Accepted number of update cycles when IO data is missing) 进行设置。 由于更新时间根据 IO 设备的电源或设置可长可短,这样可以使设置更容易。 最终的看门狗时间由“当 IO 数据丢失时可接受的更新周期次数”(Accepted number of update cycles when IO data is missing) 自动计算而得。(这是西门子官方帮助文档里的说法,但时间长短的具体设置方法还不是很清楚。)
(10)交换机的配置说明:
在硬件配置的网络视图中在右侧的硬件目录处找到网络组件→工业以太网交换机→SCALANCE X-200 IRT 管理型→SCALANCE X-200 IRT→SCALANCE XF204-2 BA,然后将6GK5 204-2AA00-2BD2的交换机拖至网络视图中,即添加好了网络交换机,添加完网络交换机以后双击网络交换机设备进入网络交换机的设备视图,可以看到如左下图还有两个插槽,这是插总线适配器的插槽,在右侧的总线适配器硬件中选择BA2×RJ45,订货号6ES7 193-6AR00-0AA0,病将其拖至两个插槽中(如下图所示)

该交换机中需要根据实际需要配置好环网冗余,该实例中是使用的左侧两个以太网口作为环网冗余口,即P1.1和P1.2,其中P1.1为上面那个即进口,P1.2为下面那个即为出口。
另外该交换机也是需要配置一个以太网的IP的,该IP配置好之后需要和环网冗余参数一起下载至交换机,交换机是有账号和密码的默认的账号为admin密码为admin账号和密码可以更改(也可以用浏览器改),注意:交换机的配置也可以用博途先给交换机分配一个IP地址,分配好IP地址之后可以直接通过浏览器输入分配好的IP地址来登录交换机,将环网冗余参数配置好也是一样可以用的,用浏览器登录如果是第一次登录会提示更改登录名和登录密码。

(11)在编程软件中的网络组态连接的重点说明:


如上图所示:网络连接需要分清环网的进出端口,上图中的网络连接顺序是主CPUX1 P1R口→交换机P1.1口→交换机P1.2口→ET200SP IO站的X1 P1R端口→ET200SP IO站的X1 P2R端口→备CPU的X1 P1R端口。其中主和备之间的同步端口为主备间的X1 P2R端口,将这两个端口连接起来即可。以上的配置都可以在拓扑视图里面通过鼠标点中相应的端口拖至下一个端口即可连接。另外触摸屏可以连接到交换机右侧两个端口的任意一个端口即可访问。在现实的硬件中所有的网线及端口需要跟程序中的配置一样的走向连接,不能连错,否则会报错。

(12)触摸屏的连接及其组态说明。
在以前的PLC中如果涉及到冗余系统,在触摸屏程序中都需要组态2个CPU设备并通过脚切换IP来实现触摸屏的访问切换,但是在S7-1500R冗余系统是不需要的。因为在S7-1500R冗余系统中是有3个IP地址,其中一个IP地址即为系统IP地址,我们只要在触摸屏中选择这个系统IP进行访问即可。(如下图)


3、S7-1500R冗余PLC下载
S7-1500R冗余PLC通过PROFINET X1接口的网络连接后会自动确定主备关系,通过PLC上的DISPLAY显示面板可查看主备状态,CPU1515R与CPU1517H都是宽屏,显示相同,下面以CPU1517H为例图示如下:P表示Primary,为主PLC,B表示Backup,为备PLC
①:本PLC为主PLC
②:冗余伙伴PLC为备PLC
CPU1513R 使用窄屏DISPLAY面板,显示如下图所示:

下载时只能下载主PLC,备PLC只有在启动时将组态和程序从主PLC同步到备PLC。如图所示下载窗口中选择备PLC时,不能选择“下载”按钮:
注意:当冗余PLC系统处于冗余模式下不能执行下载。
冗余PLC第一次下载时,因为出厂无IP地址,在下载窗口不显示PLC的主备关系,只显示MAC地址,此时要根据冗余PLC上的DISPLAY面板查看主备关系,找到主PLC对应的MAC地址,下载时再根据MAC地址选择正确的主PLC执行下载,如果选择备PLC下载博途会显示”所选CPU不是基本CPU。该操作无法执行。” ,如下图所示:

最后为与ET200SP 建立PROFINET通信,需要为IM155-6分配设备名称,操作如下:


在“分配PROFINET设备名称”窗口执行分配操作


① :选择组态的设备
② :选择连接ET200SP所在网络的网卡
③ :点击“更新列表”搜索设备
④ :选择搜索到的所要分配设备名称的ET200SP
⑤ :点击“分配列表”执行设备名称分配
分配成功后显示状态如图:IO控制器将自动为ET200SP分配组态的IP地址




4、S7-1500R冗余PLC主备同步及切换
4.1 主备PLC同步
冗余系统主备PLC之间的同步分为两个阶段:
4.1.1 备PLC启动时的同步
组态和程序下载到主PLC后,此时冗余系统工作在单机模式(RUN-Solo),操作备PLC上的模式开关从STOP切换到RUN,将启动主PLC到备PLC的同步过程。实现主备PLC同步的前提条件是:
&#8226; 同步连接正常
&#8226; MRP环网处于闭环状态
下图反映了主备PLC的操作状态和冗余系统系统状态在执行同步(SYNCUP)前后的变化过程。

注意:须将PLC的最大循环监视时间设置为大于PLC实际循环时间的两倍,否则将会导致同步失败。
4.1.2 冗余系统工作在RUN-Redundant状态下的同步
当冗余系统工作在冗余模式(RUN-Redundant)时,主PLC将根据一定的同步机制将运行数据同步到备PLC,以确保冗余系统主备PLC切换时不影响系统的不间断运行。
4.2 主备PLC切换
冗余系统工作在冗余模式下时,当满足下面条件时将进行主备PLC切换,原备PLC切换为主PLC进行正常的程序处理和IO数据交换:
&#8226; 主PLC STOP
主PLC断电
主备PLC切换的同时冗余系统也将切换到单机模式(RUN-Solo)。
注意:在CPU运行时如果有一个CPU出现故障需要恢复时需要将出故障的CPU从STOP拨至RUN,拨过去之后在运行中的CPU会将数据分五步同步至故障站若程序较大其同步时间较长,同步好之后如果没有故障就会重新运行。
5 在线调试
冗余PLC可通过博途在线显示系统状态和调试程序。下面介绍相关操作和功能。
5.1 在线操作
将冗余系统转至在线操作如下:

①:选中项目中冗余系统,点击工具栏中的“转至在线”按钮,将冗余系统转至在线;
②:在冗余系统目录下的两个冗余PLC通过图标中的P和B显示主备状态,图中PLC_1显示B为备PLC,PLC_2显示P为主PLC;
③:在冗余系统的“在线和诊断”窗口中显示了冗余系统的系统状态的详细信息。包括:
&#8226; 系统状态
&#8226; 配对状态
&#8226; 主/备PLC 的操作状态
&#8226; 主备关系

在以上①中的操作是默认将主PLC转至在线,可以满足程序调试的需要。如果需要查看备PLC的诊断状态,可通过以下操作将备PLC转至在线:选择项目中冗余系统,点击鼠标右键,在右键菜单中选择“与备用PLC建立在线连接>转至在线”

注意:
在冗余系统处于SYNCUP同步状态时不能建立在线连接。

5.2 调试功能
冗余PLC在线后,可以通过以下在线功能实现程序和硬件的测试和调试:
&#8226; 程序块在线监视
&#8226; 数据块在线功能
&#8226; PLC变量表
&#8226; 监控表
&#8226; 强制表
&#8226; TRACE

这些功能的操作与标准PLC相同,这里就不做详细介绍了。
注意:对于TRACE功能
&#8226; R/H 冗余PLC 不支持在 SIMATIC 存储卡中存储测量值(设备中的测量值);
&#8226; 冗余系统在SYNCUP同步状态下不执行TRACE记录。

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123456825 2022-4-3 02:19:15 显示全部楼层
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球死禁严 2022-4-3 07:44:40 显示全部楼层
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群主713 2022-4-3 08:40:24 显示全部楼层
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