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SIEMENS西門子上海朕鋅電氣設備有限公司

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1 簡介 軟件冗余是低成本的冗余解決方案，適用于對切換時間要求不是很高的場合，主備切換 ......

1 簡介
軟件冗余是低成本的冗余解決方案，適用于對切換時間要求不是很高的場合，主備切換
時間為秒級的控制系統。軟冗余系統包括兩個站，一個為主站，一個為備用站；主備站的數據通訊鏈路為標準西門子通訊協議 (MPI/Profibus/Ethernet)；冗余范圍內的I/O模板需通過Profibus-DP網絡連接到ET200M從站上；西門子的軟件冗余可以在S7-300或S7-400的標準系統中實現，只需調用軟冗余軟件包中的程序塊。
西門子的精智面板支持和軟冗余CPU通訊，如圖1的系統架構，并且當某個CPU連接
中斷，面板可以切換連接到另一個CPU；如果兩個CPU主備切換，面板可以切換到主CPU。

圖1

本文描述的是用WinCC V11組態的精智面板通過腳本的方式實現切換連接的方法；本文
只描述面板和CPU的集成PN口之間通過工業以太網通訊，面板和CPU之間通過其他通訊方式（如MPI/Profibus）連接也可以參考本文。

本文所使用的硬件和軟件如下：
(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

此方法只適用于支持三個以上連接，支持腳本及ChangeConnection函數的面板，如全
系列的Comfort Panel。

本文不介紹軟件冗余的原理及組態方法，詳細可以參考：
《SIEMENS PLC系統軟件冗余的說明與實現》
下載中心文檔編號：A0039
78604454

2 組態Comfort Panel和S7-300軟冗余系統的通訊

2.1 CPU組態
說明：本文描述的CPU組態是使用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站之間通過CP342-5建立連接，實現冗余數據同步。

2.1.1 Step7中的硬件組態
A站：在Step7中組態315-2PN/DP，在DP總線上添加IM153-2，如圖2所示。

圖2

在CPU的屬性中選擇Clock Memory，設置Memory byte為MB0，如圖3所示。

圖3

B站：在Step7中組態317F-2PN/DP，在DP總線上添加IM153-2，如圖4所示。

圖4

在CPU的屬性中選擇Clock Memory，設置Memory byte為MB0，如圖5所示。

圖5

2.1.2 Step7中的網絡組態
A站和B站之間通過CP342-5建立FDL連接，此連接為AB站之間的數據鏈路通道，打開
Netpro界面，新建一個FDL連接，如圖6所示。

圖6

2.1.3 Step7中的CPU編程
說明：本文描述的編程只涉及實現軟冗余功能的部分，其他功能的實現不予介紹。
A站：OB100中調用FC100，實現初始化，如圖7所示。

圖7

OB35中調用FB101，必須在執行冗余用戶程序的前/后分別調用FB101，如圖8所示，而FB101內部調用了FB104、FC5、FC6，必須裝載這三個塊。

圖8

OB86中調用FC102，這樣當DP總線有故障時CPU可以實現主備切換，如圖9。

圖9

B站：OB100中調用FC100，實現初始化，如圖10所示。

圖10

OB35和OB86中的編程和A站相同。
組態好的項目分別下載到CPUA和CPUB中，做好硬件接線。

2.2 在WinCC V11中組態Comfort Panel
在WinCC V11中插入一個HMI 設備，選擇設備類型為“SIMATIC精智面板 > KP700”，
如圖11所示。

圖11

2.2.1 組態連接
在項目中組態三個連接，分別對應A站、B站和實際連接。Conn_A對應A站，CPU的參數
是A站的參數，如圖12所示。

圖12

Conn_B對應B站，CPU的參數是B站的參數，如圖13所示。

圖13

建立Conn_real用于創建過程變量，通信驅動程序選擇“SIMATIC S7 300/400”，PLC
的地址參數默認設置為192.168.0.2，擴展插槽是2，機架號是0，如圖14。切換連接的腳本會根據切換條件給conn_real分配不同的參數。

圖14

2.2.2 組態變量
在Conn_A下建立變量，如圖15所示。其中trigger_PLCA的地址是M0.4，采集模式是
“循環連續”，采集周期是500ms。

圖15

在Conn_B下建立變量，如圖16所示。其中trigger_PLCB的地址是M0.4，采集模式是
“循環連續”，采集周期是500ms。

圖16

項目中的其他變量如圖17所示，test1和test2用于測試conn_real的連接狀態。

圖17

2.2.3 切換連接的腳本邏輯解釋
在變量trigger_PLCA的“事件—數值更改”中添加腳本conn_PLCA，實現切換連接到
conn_A，如圖18所示。腳本邏輯參見下文。

圖18

在變量trigger_PLCB的“事件—數值更改”中添加腳本conn_PLCB，實現切換連接到
conn_B，如圖19所示。腳本邏輯參見下文。

圖19

在項目樹下面的“計劃任務”中建立一個新任務，每分鐘執行一次，在函數列表中添加
腳本conn_lost，用于檢測是否和兩個CPU的連接都中斷，如果都中斷，提示“connection lost”，如圖20所示。

圖20

本文附件中包含三個腳本文件。在項目樹的“腳本 > VB腳本”下添加腳本
“conn_PLCA”，將附件中的conn_PLCA.txt文件內容拷貝到conn_PLCA中，注意ChangeConnection的參數必須和conn_A的參數*，如圖21所示。

圖21

繼續添加腳本“conn_PLCB”，將附件中的conn_PLCB.txt文件內容拷貝到
conn_PLCB中，注意ChangeConnection的參數必須和conn_B的參數*，如圖22所示。

西門子6AV6671-5AE01-0AX0
圖22

繼續添加腳本“conn_lost”，將附件中的conn_lost.txt文件內容拷貝到conn_lost中，
如圖23所示。

圖23

以conn_PLCA為例解釋腳本邏輯。

1. 觸發變量trigger_PLCA的地址M0.4，每0.8秒0/1變化一次，如果面板和CPU連接正常，能一直檢測到變量數值變化，即能觸發conn_PLCA動作；
2. 初始化。給”connected_to”變量賦值"Conn_A, 192.168.0.2"。
3. 給A站的連接狀態值"conn_state_PLCA"復位為1，表示連接正常；
4. 判斷B的連接狀態值"conn_state_PLCB"，如小于10則加1，如果檢測到B站斷開，則B的連接狀態值會加到11；
5. 切換連接。給出切換條件：

(A) 如果B的連接狀態值>=11，說明B站斷開；
(B) 如果B的連接狀態值<=5，即連接正常，但同時讀A站的軟冗余狀態字SwitchPLCA和B站的軟冗余狀態字SwitchPLCB，如果A狀態字=5同時B狀態字=10，說明A為主B為備；
(C) 如果B的連接狀態值<=5，即連接正常，但A站的軟冗余狀態字SwitchPLCA=0h25（十進制37），B站的軟冗余狀態字SwitchPLCB=9，說明A運行而B停機。
以上三個條件只要滿足一個，就可以切換連接到CPUA，因此三個條件做“或”運算。
CPU狀態與狀態字變量SwitchPLCA（DB5.DBB9）和SwitchPLCB（DB5.DBB9）的對
應關系請參考表1。

表 1

連接狀態變量conn_state_PLCA/B的值和連接的對應關系請參考表2。

表 2

    6. 如果檢測到無連接的狀態，則切換到A站。

腳本conn_PLCB的邏輯和conn_PLCA基本相同，只是在第⑤步 的切換條件有不同，
具體描述如下。
(A) 如果A的連接狀態值>=11，說明A站斷開；
(B) 如果A的連接狀態值<=5，即連接正常，但同時讀A站的軟冗余狀態字SwitchPLCA和B站的軟冗余狀態字SwitchPLCB，如果A狀態字=6同時B狀態字=9，說明B為主A為備；
(C) 如果A的連接狀態值<=5，即連接正常，但A站的軟冗余狀態字SwitchPLCA=5，B站的軟冗余狀態字SwitchPLCB=0h29（十進制41），說明B運行而A停機。
以上三個條件只要滿足一個，即切換連接到CPUB。

腳本conn_lost的邏輯如下。

1. 每分鐘讀一次兩個連接的狀態變量，如果連接正常，將連接變量conn_state_PLCA/B設為5；
2. 如果讀到連接狀態變量的值大于等于5，則設為100，表明連接無效；
3. 如果兩個連接的狀態變量值均為100，說明兩個連接都無效，顯示“connection lost”。

2.2.4組態畫面
組態一個畫面，如圖24所示。
其中“當前連接到”后面的IO域連接”connected_to”變量；“PLCA/PLCB connection
status”后面的IO域連接“conn_state_PLCA/PLCB”變量；“trigger_PLCA/PLCB”后面的IO域連接“trigger_PLCA/trigger_PLCB”變量；“test1”和“test2”后面的IO域連接“test1”和“test2”變量，用于測試conn_real連接狀態；“status of PLCA”后面的IO域連接“StatusOfPLCA”變量（DB5.DBW8）；“status of PLCB”后面的IO域連接“StatusOfPLCB”變量（DB5.DBW8）。

圖24

2.3 項目下載測試
組態后的項目編譯下載到KP700 Comfort中，在KP700和兩個CPU之間連好網線，由
于KP700有兩個以太網口，本身相當于交換機，因此可以用兩個網口各連接一個CPU。做
如下調試。

(1) 上電初始化，A為主站、run，B為備站、run，變量trigger_PLCA/B都在0/1變化，
KP700默認和A站連接。

圖25

(2) 手動停止CPUA，A站為stop狀態，B站為主、run。Conn_A無效，變量
trigger_PLCA無效，連接變量conn_state_PLCA為100，連接conn_real切換到CPUB。

圖26

(3) 再次啟動A站，A為備、run，B為主、run。Conn_A恢復，trigger_PLCA在0/1變
化，conn_real保持和CPUB連接。

圖27

(4) 拔掉B和屏之間的網線，conn_B無效，trigger_PLCB無值，連接狀態變量
conn_state_PLCB為100，屏切換到和A連接。A為備、run，B為主、run。

圖28

(5) 再拔掉A和屏之間的網線，conn_A無效，trigger_PLCA也無值，連接狀態變量
conn_state_PLCA/B均為100，屏無法和任意一個CPU連接，因此屏上顯示“connection lost”。

圖29

(6) 連上屏和A站、B站之間的網線，conn_A和conn_B都恢復，trigger_PLCA/B的值
都在0/1變化，conn_real和B連接。因為B為主、run，A為備、run。

圖30

1系統存儲卡介紹
系統存儲卡是精智面板服務方案的一部分。激活服務方案時，可以將設備內存上的所有數據傳輸至系統存儲卡。這些數據包括：操作系統、項目文件、許可證密鑰、 用戶管理和配方。其中為了將配方保存在內存上，組態時應該選擇“Flash”作為存儲路徑。另外精智面板內置的斷電保護機制，能夠保證在設備意外斷電 時系統存儲卡中的過程數據不會丟失。因此當設備出現故障時，將系統存儲卡插入新的相同型號的設備。就可以實現系統的恢復。
系統存儲卡的訂貨號為：6AV2181-8XP00-0AX0。如下圖所示：

圖1系統存儲卡

系統存儲卡在設備的操作界面中不可見。必須將它插入規定的插槽內，操作設備才能識別。精智面板存儲卡插槽的位置如下圖所示（其中②為系統存儲卡的位置）：

圖2存儲卡插槽的位置

2 測試環境
軟件：WinCC Professional V11 sp2 update5  簡稱 V11
            WinCC Profressional V12 sp1 ypdate4 簡稱 V12
            WinCC Profressional V13 簡稱 V13
硬件：TP900&KTP700、系統存儲卡(格式為FAT32)

3 如何備份
首先放置系統存儲卡到設備的相應插槽，如果使用的軟件版本是 V11,請在設備控制面板的“OP Properties”選項卡“System Card”中激活服務方案。如下圖所示：

圖3激活服務方案

如果使用的軟件版本是 V12或 V13，請在設備控制面板的“Service & Commissioning”選項卡“Automatic Backup”中激活服務方案。如下圖所示：

圖4激活服務方案

當插入系統存儲卡后，激活服務方案。設備會彈出如下界面：

圖5使用系統卡

點擊“Continue”執行備份，會彈出備份過程畫面。如下圖所示：

圖6 備份

該進度執行完后，設備會自動重新啟動。至此完成了程序的*備份。并且設備的服務方案處于激活狀態，系統存儲卡上的數據會連續自動更新。用戶可以在設備控制面板中查看狀態。如下圖所示：

圖7 系統存儲卡狀態（V11）

圖8系統存儲卡狀態（V12或V13）

如果要取出系統存儲卡，請首先點擊圖7或圖8中的“Safely remove”按鈕。當出現如下提示時再取出系統存儲卡。
此時系統存儲卡上已經包含了備份的信息。

圖9安全取出存儲卡

4 如何恢復
執行恢復操作之前請確保新設備上的服務方案已經激活。參照圖3或圖4所示。當把包含有程序備份的系統存儲卡插入新設備后，
如果新設備上沒有運行程序，啟動設備會出現如下提示界面：

圖10 備份界面

如果新設備上有已經運行的程序，系統會提醒是否執行對當前設備上程序的備份。在此處可以選擇把當前運行的程序備份到
另外的卡上（X51插槽或 USB接口上的存儲卡）。如果想備份當前的程序，激活“Start Backup”后系統會列出當前可用的存儲卡。
選擇相應的存儲卡，然后點擊“Continue”按鈕，系統會先備份當前設備上的程序，然后再接著執行恢復。如下圖所示：

圖11 備份界面

如果不想備份當前設備上運行的程序，直接點擊上述界面的“Continue”按鈕，系統就會執行恢復?；謴徒缑嫒缦聢D所示：

圖12 恢復

恢復完成后，系統會重新啟動。重啟后設備上運行的就是從系統存儲卡上恢復過來的程序。

5 注意事項
只能使用SIMATIC HMI存儲卡作為系統存儲卡。其它所有存儲卡都不能被操作設備識別為系統存儲卡。在激活服務方案的情況下，不論是插入還是拔下系統存儲卡，項目都會自動結 束并切換為相應的提示狀態。完成項目備份或者恢復后，在服務方案激活的情況下，設備中系統存儲卡上的數據會連續自動更新，實現和設備內存數據的同步。
更多關于精智面板備份/恢復的信息，請參考以下鏈接：

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