S軟冗余系統(tǒng)調(diào)試心得

1、S7-300軟冗余系統(tǒng)調(diào)試心得集成工程部 張宏偉1基本結(jié)構(gòu)及工作原理1.1 基本結(jié)構(gòu)硬件結(jié)構(gòu)包括一對(duì) S7-300控制器及I/O、ET200從站（每個(gè)從站必須包括 2個(gè)IM153-2和對(duì)應(yīng)的I/O 模塊，必須采用有源端子板） 及3個(gè)通訊（A站對(duì)分布式IO PROFIBUS-A、B站對(duì)分布式IO PROFIBUS-B、 A 站B 站數(shù)據(jù)同步（MPIPROFIBUSEthernet ）。軟件需要STEP7 V5.x及軟冗余軟件包 V1.x基本結(jié)構(gòu)如下圖所示：圖1.1 S7-300軟冗余基本結(jié)構(gòu)由上圖可以看出，軟冗余可以實(shí)現(xiàn)的冗余有?主機(jī)架電源及總線冗余?控制器冗余?現(xiàn)場總線冗余1.2 工作原理在軟

2、冗余系統(tǒng)進(jìn)行工作時(shí)， A、B控制系統(tǒng)（CPU、通訊、I/O）獨(dú)立運(yùn)行，有主系統(tǒng)的 PLC掌握對(duì) ET200從站的I/O控制權(quán)。A、B系統(tǒng)中的PLC程序有非冗余用戶程序段和冗余用戶程序段組成，CPU在執(zhí)行冗余程序段之前會(huì)讀取系統(tǒng)白冗余狀況，若為主系統(tǒng)則PLC執(zhí)行全部程序，若為備用系統(tǒng)則跳過冗余程序段只執(zhí)行非冗余用戶程序。圖1.2軟冗余工作流程1.3 程序結(jié)構(gòu)對(duì)于硬件組態(tài)，可采用西門子提供的冗余模板，修改 CPU信號(hào)并添加ET200從站，比較簡單，沒有 什么特別的地方，這里就不再贅述。S7-300軟冗余系統(tǒng)的用戶程序包括非冗余程序段、用戶程序段、系統(tǒng)診斷功能塊、站間冗余數(shù)據(jù)備份等組成，一般建議將非

3、冗余程序段寫到OB1中，而冗余程序段寫在 OB35中。非冗余程序段和冗余程序段與普通系統(tǒng)的寫法一樣，區(qū)別只是放置的位置不同。在編制冗余程序的時(shí)候需要先調(diào)用FB 101功能塊，用來判斷整個(gè)系統(tǒng)的冗余狀況，在 FB101的背景DB塊中可以讀取到冗余連接狀況和標(biāo)志位。利用冗余標(biāo)志位來選擇執(zhí)行或者不執(zhí)行冗余程序段。因此編制冗余程序可分為4部分，如下圖所示：圖1.3軟冗余程序結(jié)構(gòu)首先啟動(dòng)系統(tǒng)冗余數(shù)據(jù)同步功能，根據(jù)狀態(tài)字判斷是否為主控制器，是否需要執(zhí)行冗余程序段，若 為主控制器執(zhí)行冗余程序段，否則停止系統(tǒng)冗余程序段。在線監(jiān)控中，F(xiàn)B 101的RETURN_VAL若為0,則說明系統(tǒng)冗余正常，若為 8015則

4、說明數(shù)據(jù)同步不 成功。冗余系統(tǒng)控制字和狀態(tài)字如下圖所示圖1.4軟冗余狀態(tài)字圖1.5軟冗余控制字表1軟冗余系統(tǒng)用到的一些功能塊注意1:冗余程序段中不能使用 S7的定時(shí)器和計(jì)數(shù)器，只能使用 IEC定時(shí)器，原因是在冗余數(shù)據(jù)同步的時(shí)候無法對(duì) S7的定時(shí)器和計(jì)數(shù)器進(jìn)行同步，從而導(dǎo)致系統(tǒng)執(zhí)行時(shí)存在問題。注意2:可以通過寫控制字的對(duì)應(yīng)位，對(duì)冗余系統(tǒng)進(jìn)行手動(dòng)切換，方便調(diào)試。注意3:由于S7-300軟冗余系統(tǒng)控制器切換時(shí)間遠(yuǎn)小于操作站通訊卡的切換時(shí)間，導(dǎo)致現(xiàn)場會(huì)發(fā)生控制器切換但通訊未切換的問題，用戶將只能看到而無法操作數(shù)據(jù)，在發(fā)生緊急狀況時(shí)造成不良后果， 因此可以提取狀態(tài)字并在畫面中顯示提示用戶做通訊卡切換。2

5、調(diào)試心得及注意事項(xiàng)軟冗余的調(diào)試中有很多陷阱，容易誤導(dǎo)、犯錯(cuò)， ，導(dǎo)致系統(tǒng)無法運(yùn)行，下面將結(jié)合西山煤電項(xiàng)目調(diào)試過程中出現(xiàn)的一些調(diào)試問題，一一列舉。3.1冗余數(shù)據(jù)定義在FC100 "SWR_START”功能塊中定義了冗余同步數(shù)據(jù)區(qū)包括：過程映像輸出區(qū)/DB/IEC/M ;非冗余數(shù)據(jù)區(qū)包括：DB。冗余數(shù)據(jù)區(qū)，主站的數(shù)據(jù)會(huì)通過冗余鏈路覆蓋到備用站，保證主備之間數(shù)據(jù)同步； 非冗余DB區(qū)，不要手動(dòng)創(chuàng)建，程序自動(dòng)生成；無論主備，數(shù)據(jù)按照定義的A-B B-A方向傳遞。注意1:無論冗余數(shù)據(jù)區(qū)還是非冗余數(shù)據(jù)區(qū)，A、B站點(diǎn)的長度必須一致。如果不需要使用，長度定義為0。注意2:冗余數(shù)據(jù)區(qū)DB塊定義可以不連續(xù)

6、，但是只要定義了，單個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)的長度必須大于2 （默認(rèn)空DB塊長度為1個(gè)INT=2 ）注意3:非冗余數(shù)據(jù)區(qū) A-B B-A的DB必須同時(shí)使用，不能只有一個(gè)方向的（ A-B 0 BYTE ,B-A 100BYTE B STOP ; B-A 0 BYTE ,A-B 100BYTE A STOP）。否則,CPU 停機(jī)。注意4:非冗余數(shù)據(jù)區(qū)創(chuàng)建的長度必須是偶數(shù)字節(jié)，不能是奇數(shù)字節(jié)， A、 B站點(diǎn)長度一致。否則， CPU停機(jī)。圖2.1數(shù)據(jù)冗余設(shè)置3.2 數(shù)據(jù)同步用的特殊 DB塊軟冗余工作 DB （DB1、DB2、DB3 ）,程序會(huì)自動(dòng)生成，不要在項(xiàng)目中手動(dòng)添加。FB101 "SWR_ZYK ”的

7、背景數(shù)據(jù)塊 DB5,注意生成 DB5的長度。正常 MPI同步-194字節(jié)；以太網(wǎng) /PROFIBUS 同步-358 字節(jié)。由于冗余系統(tǒng)一旦啟動(dòng)就會(huì)自動(dòng)生成工作DB塊（DB1、DB2、DB3、DB5 ）, DB5存儲(chǔ)在EPROM中，因此在之后的運(yùn)行中這些信息將不會(huì)被改變（包括程序下載后再次重啟過程），因此修改參數(shù)后必須刪除已生成舊的 DB塊，否則會(huì)導(dǎo)致 CPU故障。方法如下：第一種方法:1 .打開項(xiàng)目在線窗口一一 >2.刪除所有程序塊，一一 >3.重新下載塊一一>4.對(duì)CPU進(jìn)行存儲(chǔ)器復(fù)位 操作。第二種方法：選中 “程序塊”,選擇菜單"PLC>Download

8、User Program to Memory Card”選項(xiàng)進(jìn)行下載（刪除MMC卡中所有的塊，并把新的程序?qū)懙娇ㄖ校瑫r(shí)對(duì) CPU RAM進(jìn)行一次復(fù)位）3.3 數(shù)據(jù)同步方式從前面我們可以了解到 S7-300軟冗余的同步以通訊方式來分有三種，分別為 MPI、PROFIBUS DP、 Ethernet,根據(jù)不同的同步方式在 FC100 "SWR_START”的參數(shù)設(shè)置也是不一樣的，如下圖所示圖2.2同步方式信道設(shè)置圖中：“MPI_ADR ”表示對(duì)方的 MPI地址，對(duì)于 MPI同步有效；"LADDR ”“VERB_ID ”對(duì)于PROFIBUS/ETHERENT 同步有效，分別代表

9、同步CP的硬件地址和連接號(hào)。圖2.3 LADDR獲得方式注意：選才i MPI同步，冗余程序塊會(huì)調(diào)用 SFC65 "X_SEND”和SFC66 "X_REV ”進(jìn)行數(shù)據(jù)同步， 占用S7-300 CPU的2個(gè)“S7 basic communication ”連接資源，要確保在組態(tài)中預(yù)留足夠的資源，否則 會(huì)因?yàn)檫B接資源不夠影響同步鏈路的通訊。圖2.4 "S7 basic communication”連接資源設(shè)置方法注意 僅在啟動(dòng)時(shí)，由FC 100 'SWR_START' 按照所需長度一次性生成上述數(shù)據(jù)塊（DB_COM_NO除外）。完成對(duì) FC 100 &

10、#39;SWR_START'參數(shù)的修改之后，通常也需要編輯此數(shù)據(jù)塊。更改FC100'SWR_START'的參數(shù)設(shè)置后，必須重新啟動(dòng) CPU,因?yàn)槿绻牧藚^(qū)域長度，發(fā)送DB和接收DB將 有新的長度，因此必須重新生成。注意：ET200M的兩個(gè)IM153同時(shí)掉電，兩個(gè) CPU者B處于PROFIBUS故障狀態(tài)，系統(tǒng)無法識(shí)別此時(shí)的主站，軟冗余系統(tǒng)會(huì)處于 錯(cuò)誤狀態(tài)，所以 建議兩個(gè)IM153模塊使用不同的電源供電 。首先，我們一起來看一個(gè)現(xiàn)象，如圖 1所示，此時(shí)冗余系統(tǒng) A為主站，B為備用站，通過狀態(tài)字可以 看到此時(shí)冗余系統(tǒng)正常，CPU停止/運(yùn)行測試，狀態(tài)字也可以切換，ET200M

11、 狀態(tài)如圖2。圖1圖2此時(shí)，如果人為模擬 DP總線故障（比如拔掉一側(cè)的電纜），我們首先來看 ET200M的狀態(tài)，如圖3 圖3可以看到，“ACT的燈順禾1J的切到了 B站，此時(shí)給人的印象就是當(dāng)DP出現(xiàn)故障時(shí)系統(tǒng)能夠自動(dòng)切換到了另一側(cè)，調(diào)試大功告成了！可是，此時(shí)的現(xiàn)象恰恰是一種假象，我們來看此時(shí)系統(tǒng)的狀態(tài)字，如圖4, 狀態(tài)字并沒有切換，仍然認(rèn)為B是主站，所以此時(shí)硬件雖然切換了，但是實(shí)際的控制并沒有切換。此時(shí)冗余系統(tǒng)處于一種混亂的狀態(tài)。圖4所以說，這就是 OB86中的FC102的重要作用，見圖 5, DP網(wǎng)絡(luò)的故障是通過 FC102監(jiān)測到的，如 果一時(shí)粗心沒有在 OB86中調(diào)用它，那很自然就會(huì)出現(xiàn)上面那種問題！圖5最后總結(jié)一下，軟冗余調(diào)試，不要僅僅通過IM153外部的“ACT指示燈判斷是否切換成功，一定要同時(shí)結(jié)合系統(tǒng)的狀態(tài)字！3總結(jié)在西山煤電輸煤項(xiàng)目上出現(xiàn)過的上述問題有：? 下載方式錯(cuò)誤，沒有清空程序；? 連接資源問題 "S7 basic communication ”只有一個(gè)；? OB100中調(diào)用的FC100, AB站標(biāo)識(shí)錯(cuò)誤，修改參數(shù)后沒有重新生成DB塊；? 冗余DB塊部分長度沒有更改只有