西門子414—4H與414—5H冗余通訊在工控系統中的應用

陳濤 李博

摘 要：應用414-5H冗余系統本身自帶的PN接口，在不增加CP443的情況下實現與414-4H系統之間的無擾冗余切換。軟件使用SIMATIC Step7 5.5，在netpro組態界面中的CPU下添加S7-connection鏈接，且使用西門子自帶功能塊SFD14（READ）和SFD15（WRITE）兩個功能塊，通過對其組態編程，實現兩套冗余系統間數據的冗余交換。

關鍵詞：414-5H；414-4H；SFD14；SFD15；S7-connection；冗余通訊

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：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廣泛應用于工業控制領域，其安全穩定的表現和強大的處理能力與軟件上人性化的設計及與科技發展同步的更新與升級，使其在工控行業的應用也越來越廣泛。本文主要針對最新推出的414-5H與414-4H系統實現冗余數據交換進行說明。

1 系統介紹

（1）原始一套PLC系統結構說明，其系統配置主機架配置為：雙冗余電源（PS 407A）、冗余PLC（414-4H）和冗余以太網卡（CP443-1）。在此不再針對遠程IO進行贅述；

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

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

若兩套均配置冗余以太網卡的冗余控制系統間通訊，則有現成的資料參考，此文主要說明原來一套配置雙以太網卡的414-4H系統與新的未配置雙以太網卡的414-5H系統實現冗余通訊，且在現場經過長時間摸索與實驗后，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和工業以太網的一種優化的通訊協議。

（1）MPI網：MIP是Multi-Point-interface的縮寫，意為“多點接口”，MPI的使用基于PG/OP連接，即連接PG意為調試、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，進行S7通訊；

（2）PROFIBUS：現場總線，是開放的、獨立的通信系統，在SIMATIC網絡中，PFOFIBUS面向單元級和現場級。單元級PROFIBUS FMS用于對時間要求不嚴格對等的站點之間通訊。現場總線PROFIBUS DP用于對時間要求嚴格的主從站點間的循環數據交換通訊；

（3）工業以太網：是開放的、獨立的通訊系統，在SIMATIC中，工業以太網用于管理級和單元級。工業以太網的設計面向對時間要求不嚴格的大量數據的傳送。

2.2 實現步驟

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，其主要思路為將#2爐PLC做為主站，讀取和寫入數據值至#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S7 connection鏈接，首先將STEP7軟件中的netpro配置打開，點擊CPU在下面相應的對話框中建立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，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后默認的IP配置，無需更改，Partner欄中的address欄則為所要鏈接的遠程CPU IP地址，此項一定要配置正確；點擊address details欄，此項主要選擇其PLC所在機架和槽位配置，亦需按實際硬件配置填寫。

建立鏈接后，即需在相應的#2爐與#1爐分別建立兩個DB，其中一個DB用于將本機信號統一以BOOL量寫至相應的DBW字中，這樣方便于按字傳輸至遠程PLC中使用，提高通訊效率，另一DB用于存放接收到的遠程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區域地址空間，以DB9為需發送的信號存放的DB區域地址空間，其中以數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據所需區域地址后，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，相應的接口鏈接讀取遠程地址的地址區域號，再在相應的接口連接寫入本地信息存放的地址區域號，然后在相應的接口鏈接狀態字及狀態位。

再調用寫功能塊，用以將本地PLC數據寫入S7 connec tion鏈接配置中的遠程PLC，依照讀取數據功能塊的類型參數連接寫數據功能塊的相應接口，此項工作完成后，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爐在線監視需發送至#2爐DB數據塊，且此時實際信號未寫入相應DB，然后在#2爐在線監視接收DB數據塊，若#2爐接收到的數據與#1爐發送的數據相同，則證明成功，且可再在#1爐監視數據塊中的當前值中更改發送數據，然后在#2爐接收數據監視中監視查看接收到的數據是否與發送數據相同，若相同，說明已成功建立#2爐與#1爐間數據通訊。

3 實現#1爐414-4H系統（配置CP443以太網卡）與#2爐414-5H系統（未配置CP443以太網卡）間的冗余通訊

實現思路：建立兩組冗余PLC間的四組組合鏈接，在鏈接號上區分，并在通訊程序中針對不同的鏈接建立相應的讀寫程序，其中分為四組鏈接號，分別對應#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，且讀取和寫入數據存儲區域相同，有人擔心會出現重復寫報警，但其通訊不受此影響，且通過現場試驗證明數據準確無誤的主備傳輸，因其同一時刻僅有一個鏈接有效，因此不存在通訊堵塞或數據錯誤狀態。

此試驗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接口實現了與西門子冗余PLC414-4H的冗余CP卡不間斷冗余通訊，且其通訊完全自主，由冗余系統本身的主運行判斷其通訊的有效性和可靠性。

4 結 論

本文以現場實際應用成果為材料，具有現場可操作性，在不影響PLC本身功能及現場通訊功能，不額外增加配件情況下，使用414-5H自帶的PN接口實現了與另一套冗余414-4H系統的冗余以太網CP卡間的通訊，解決了現場兩套PLC間的數據交換，且減少了兩套CP以太網卡，節省了項目成本，又不影響其通訊質量，滿足了現場使用功能。

參考文獻：

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

[2] 西門子400系列產品手冊 [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，項目經理，學士學位。從事自動化行業，致力于自動化系統的智能信息化發展研究。