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如何实现Comfort Panel（精智面板）和 S7-300软冗余系统的工业以太网通讯

1 简介 软件冗余是低成本的冗余解决方案，适用于对切换时间要求不是很高的场合，主备切换 ......

1 简介
软件冗余是低成本的冗余解决方案，适用于对切换时间要求不是很高的场合，主备切换
时间为秒级的控制系统。软冗余系统包括两个站，一个为主站，一个为备用站；主备站的数据通讯链路为标准西门子通讯协议 (MPI/Profibus/Ethernet)；冗余范围内的I/O模板需通过Profibus-DP网络连接到ET200M从站上；西门子的软件冗余可以在S7-300或S7-400的标准系统中实现，只需调用软冗余软件包中的程序块。
西门子的精智面板支持和软冗余CPU通讯，如图1的系统架构，并且当某个CPU连接
中断，面板可以切换连接到另一个CPU；如果两个CPU主备切换，面板可以切换到主CPU。

图1

本文描述的是用WinCC V11组态的精智面板通过脚本的方式实现切换连接的方法；本文
只描述面板和CPU的集成PN口之间通过工业以太网通讯，面板和CPU之间通过其他通讯方式（如MPI/Profibus）连接也可以参考本文。

本文所使用的硬件和软件如下：
(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

此方法只适用于支持三个以上连接，支持脚本及ChangeConnection函数的面板，如全
系列的Comfort Panel。

本文不介绍软件冗余的原理及组态方法，详细可以参考：
《SIEMENS PLC系统软件冗余的说明与实现》
下载中心文档编号：A0039
78604454

2 组态Comfort Panel和S7-300软冗余系统的通讯

2.1 CPU组态
说明：本文描述的CPU组态是使用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站之间通过CP342-5建立连接，实现冗余数据同步。

2.1.1 Step7中的硬件组态
A站：在Step7中组态315-2PN/DP，在DP总线上添加IM153-2，如图2所示。

图2

在CPU的属性中选择Clock Memory，设置Memory byte为MB0，如图3所示。

图3

B站：在Step7中组态317F-2PN/DP，在DP总线上添加IM153-2，如图4所示。

图4

在CPU的属性中选择Clock Memory，设置Memory byte为MB0，如图5所示。

图5

2.1.2 Step7中的网络组态
A站和B站之间通过CP342-5建立FDL连接，此连接为AB站之间的数据链路通道，打开
Netpro界面，新建一个FDL连接，如图6所示。

图6

2.1.3 Step7中的CPU编程
说明：本文描述的编程只涉及实现软冗余功能的部分，其他功能的实现不予介绍。
A站：OB100中调用FC100，实现初始化，如图7所示。

图7

OB35中调用FB101，必须在执行冗余用户程序的前/后分别调用FB101，如图8所示，而FB101内部调用了FB104、FC5、FC6，必须装载这三个块。

图8

OB86中调用FC102，这样当DP总线有故障时CPU可以实现主备切换，如图9。

图9

B站：OB100中调用FC100，实现初始化，如图10所示。

图10

OB35和OB86中的编程和A站相同。
组态好的项目分别下载到CPUA和CPUB中，做好硬件接线。

2.2 在WinCC V11中组态Comfort Panel
在WinCC V11中插入一个HMI 设备，选择设备类型为“SIMATIC精智面板 > KP700”，
如图11所示。

图11

2.2.1 组态连接
在项目中组态三个连接，分别对应A站、B站和实际连接。Conn_A对应A站，CPU的参数
是A站的参数，如图12所示。

图12

Conn_B对应B站，CPU的参数是B站的参数，如图13所示。

图13

建立Conn_real用于创建过程变量，通信驱动程序选择“SIMATIC S7 300/400”，PLC
的地址参数默认设置为192.168.0.2，扩展插槽是2，机架号是0，如图14。切换连接的脚本会根据切换条件给conn_real分配不同的参数。

图14

2.2.2 组态变量
在Conn_A下建立变量，如图15所示。其中trigger_PLCA的地址是M0.4，采集模式是
“循环连续”，采集周期是500ms。

图15

在Conn_B下建立变量，如图16所示。其中trigger_PLCB的地址是M0.4，采集模式是
“循环连续”，采集周期是500ms。

图16

项目中的其他变量如图17所示，test1和test2用于测试conn_real的连接状态。

图17

2.2.3 切换连接的脚本逻辑解释
在变量trigger_PLCA的“事件—数值更改”中添加脚本conn_PLCA，实现切换连接到
conn_A，如图18所示。脚本逻辑参见下文。

图18

在变量trigger_PLCB的“事件—数值更改”中添加脚本conn_PLCB，实现切换连接到
conn_B，如图19所示。脚本逻辑参见下文。

图19

在项目树下面的“计划任务”中建立一个新任务，每分钟执行一次，在函数列表中添加
脚本conn_lost，用于检测是否和两个CPU的连接都中断，如果都中断，提示“connection lost”，如图20所示。

图20

本文附件中包含三个脚本文件。在项目树的“脚本 > VB脚本”下添加脚本
“conn_PLCA”，将附件中的conn_PLCA.txt文件内容拷贝到conn_PLCA中，注意ChangeConnection的参数必须和conn_A的参数*，如图21所示。

图21

继续添加脚本“conn_PLCB”，将附件中的conn_PLCB.txt文件内容拷贝到
conn_PLCB中，注意ChangeConnection的参数必须和conn_B的参数*，如图22所示。

图22

继续添加脚本“conn_lost”，将附件中的conn_lost.txt文件内容拷贝到conn_lost中，
如图23所示。

图23

以conn_PLCA为例解释脚本逻辑。

1. 触发变量trigger_PLCA的地址M0.4，每0.8秒0/1变化一次，如果面板和CPU连接正常，能一直检测到变量数值变化，即能触发conn_PLCA动作；
2. 初始化。给”connected_to”变量赋值"Conn_A, 192.168.0.2"。
3. 给A站的连接状态值"conn_state_PLCA"复位为1，表示连接正常；
4. 判断B的连接状态值"conn_state_PLCB"，如小于10则加1，如果检测到B站断开，则B的连接状态值会加到11；
5. 切换连接。给出切换条件：

(A) 如果B的连接状态值>=11，说明B站断开；
(B) 如果B的连接状态值<=5，即连接正常，但同时读A站的软冗余状态字SwitchPLCA和B站的软冗余状态字SwitchPLCB，如果A状态字=5同时B状态字=10，说明A为主B为备；
(C) 如果B的连接状态值<=5，即连接正常，但A站的软冗余状态字SwitchPLCA=0h25（十进制37），B站的软冗余状态字SwitchPLCB=9，说明A运行而B停机。
以上三个条件只要满足一个，就可以切换连接到CPUA，因此三个条件做“或”运算。
CPU状态与状态字变量SwitchPLCA（DB5.DBB9）和SwitchPLCB（DB5.DBB9）的对
应关系请参考表1。

表 1

连接状态变量conn_state_PLCA/B的值和连接的对应关系请参考表2。

表 2

    6. 如果检测到无连接的状态，则切换到A站。

脚本conn_PLCB的逻辑和conn_PLCA基本相同，只是在第⑤步 的切换条件有不同，
具体描述如下。
(A) 如果A的连接状态值>=11，说明A站断开；
(B) 如果A的连接状态值<=5，即连接正常，但同时读A站的软冗余状态字SwitchPLCA和B站的软冗余状态字SwitchPLCB，如果A状态字=6同时B状态字=9，说明B为主A为备；
(C) 如果A的连接状态值<=5，即连接正常，但A站的软冗余状态字SwitchPLCA=5，B站的软冗余状态字SwitchPLCB=0h29（十进制41），说明B运行而A停机。
以上三个条件只要满足一个，即切换连接到CPUB。

脚本conn_lost的逻辑如下。

1. 每分钟读一次两个连接的状态变量，如果连接正常，将连接变量conn_state_PLCA/B设为5；
2. 如果读到连接状态变量的值大于等于5，则设为100，表明连接无效；
3. 如果两个连接的状态变量值均为100，说明两个连接都无效，显示“connection lost”。

2.2.4组态画面
组态一个画面，如图24所示。
其中“当前连接到”后面的IO域连接”connected_to”变量；“PLCA/PLCB connection
status”后面的IO域连接“conn_state_PLCA/PLCB”变量；“trigger_PLCA/PLCB”后面的IO域连接“trigger_PLCA/trigger_PLCB”变量；“test1”和“test2”后面的IO域连接“test1”和“test2”变量，用于测试conn_real连接状态；“status of PLCA”后面的IO域连接“StatusOfPLCA”变量（DB5.DBW8）；“status of PLCB”后面的IO域连接“StatusOfPLCB”变量（DB5.DBW8）。

图24

2.3 项目下载测试
组态后的项目编译下载到KP700 Comfort中，在KP700和两个CPU之间连好网线，由
于KP700有两个以太网口，本身相当于交换机，因此可以用两个网口各连接一个CPU。做
如下调试。

(1) 上电初始化，A为主站、run，B为备站、run，变量trigger_PLCA/B都在0/1变化，
KP700默认和A站连接。

图25

(2) 手动停止CPUA，A站为stop状态，B站为主、run。Conn_A无效，变量
trigger_PLCA无效，连接变量conn_state_PLCA为100，连接conn_real切换到CPUB。

图26

(3) 再次启动A站，A为备、run，B为主、run。Conn_A恢复，trigger_PLCA在0/1变
化，conn_real保持和CPUB连接。

图27

(4) 拔掉B和屏之间的网线，conn_B无效，trigger_PLCB无值，连接状态变量
conn_state_PLCB为100，屏切换到和A连接。A为备、run，B为主、run。

图28

(5) 再拔掉A和屏之间的网线，conn_A无效，trigger_PLCA也无值，连接状态变量
conn_state_PLCA/B均为100，屏无法和任意一个CPU连接，因此屏上显示“connection lost”。

图29

(6) 连上屏和A站、B站之间的网线，conn_A和conn_B都恢复，trigger_PLCA/B的值
都在0/1变化，conn_real和B连接。因为B为主、run，A为备、run。

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