西门子414—4H与414—5H冗余通讯在工控系统中的应用

陈涛 李博

摘 要：应用414-5H冗余系统本身自带的PN接口，在不增加CP443的情况下实现与414-4H系统之间的无扰冗余切换。软件使用SIMATIC Step7 5.5，在netpro组态界面中的CPU下添加S7-connection链接，且使用西门子自带功能块SFD14（READ）和SFD15（WRITE）两个功能块，通过对其组态编程，实现两套冗余系统间数据的冗余交换。

关键词：414-5H；414-4H；SFD14；SFD15；S7-connection；冗余通讯

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：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广泛应用于工业控制领域，其安全稳定的表现和强大的处理能力与软件上人性化的设计及与科技发展同步的更新与升级，使其在工控行业的应用也越来越广泛。本文主要针对最新推出的414-5H与414-4H系统实现冗余数据交换进行说明。

1 系统介绍

（1）原始一套PLC系统结构说明，其系统配置主机架配置为：双冗余电源（PS 407A）、冗余PLC（414-4H）和冗余以太网卡（CP443-1）。在此不再针对远程IO进行赘述；

（2）新增一套西门子控制系统，其系统配置主机架配置为：双冗余电源（PS 407A）和冗余PLC（414-5H），在此不再对远程IO机架进行叙述；

（3）需解决的问题说明：因其两套系统中存在一套公用的就地设备，无论在逻辑还是在实际硬件中，都不可能单独为每套系统配置此公用设备，因此需在硬件方面使两套控制系统与公用系统间留有一套不悖的输入输出接口；实现方面，此硬接口预留至原来的414-4H系统，还是新的414-5H系统，可根据现场实际情况来定，从功能和实现方法上讲基本相同。本文中公用设备暂以一套电机与出口门为例。

若两套均配置冗余以太网卡的冗余控制系统间通讯，则有现成的资料参考，此文主要说明原来一套配置双以太网卡的414-4H系统与新的未配置双以太网卡的414-5H系统实现冗余通讯，且在现场经过长时间摸索与实验后，最终问题成功得以解决。

2 解决方法

2.1 S7-connection链接说明

S7通讯（S7-communication）主要用于S7-400/400、 S7400/300PLC之间的通讯，是S7系列PLC基于MPI、PROFIBUS和工业以太网的一种优化的通讯协议。

（1）MPI网：MIP是Multi-Point-interface的缩写，意为“多点接口”，MPI的使用基于PG/OP连接，即连接PG意为调试、测试，OP意为操作员面板。此外，MPI接口还可用于挂接多台PLC并组网，进行S7通讯；

（2）PROFIBUS：现场总线，是开放的、独立的通信系统，在SIMATIC网络中，PFOFIBUS面向单元级和现场级。单元级PROFIBUS FMS用于对时间要求不严格对等的站点之间通讯。现场总线PROFIBUS DP用于对时间要求严格的主从站点间的循环数据交换通讯；

（3）工业以太网：是开放的、独立的通讯系统，在SIMATIC中，工业以太网用于管理级和单元级。工业以太网的设计面向对时间要求不严格的大量数据的传送。

2.2 实现步骤

2.2.1 硬件配置

硬件配置如图1所示。

2.2.2 软件配置

在西门子软件STEP7 V5.5中做如下组态，其主要思路为将#2炉PLC做为主站，读取和写入数据值至#1炉PLC，因此主要配置是在#2炉中，#1炉中只需参考#2炉，如图2所示，建立两个S7 connection链接，首先将STEP7软件中的netpro配置打开，点击CPU在下面相应的对话框中建立S7 connection，先在主CPU上建立由#2炉主CPU→#1炉主CPU，再建立#2炉主CPU→#1备CPU，同理建立由#2炉备CPU上分别至#1炉主、备CPU的S7链接。

建立链接时，注意Local ID此为链接唯一识别码，并勾选Establish an active connection，这意味着建立此激活链接，其中connection Path栏中的Partner选项为所起链接名称，其链接要有效建立，最主要的是address栏，本地地址为选择CPU后默认的IP配置，无需更改，Partner栏中的address栏则为所要链接的远程CPU IP地址，此项一定要配置正确；点击address details栏，此项主要选择其PLC所在机架和槽位配置，亦需按实际硬件配置填写。

建立链接后，即需在相应的#2炉与#1炉分别建立两个DB，其中一个DB用于将本机信号统一以BOOL量写至相应的DBW字中，这样方便于按字传输至远程PLC中使用，提高通讯效率，另一DB用于存放接收到的远程PLC字信号，然后编写程序，读取字信号中的每一位信号在本地使用，本例中以DB8为接收信号存放的DB区域地址空间，以DB9为需发送的信号存放的DB区域地址空间，其中以数组指针方式建立存储空间，如图3所示。

建立上述链接和存放数据所需区域地址后，即可增加通讯所需功能块和程序，如图4所示，使用S7 connection链接1，以链接1为通讯ID，即W#16#1，相应的接口链接读取远程地址的地址区域号，再在相应的接口连接写入本地信息存放的地址区域号，然后在相应的接口链接状态字及状态位。

再调用写功能块，用以将本地PLC数据写入S7 connec tion链接配置中的远程PLC，依照读取数据功能块的类型参数连接写数据功能块的相应接口，此项工作完成后，将所建立的DB块，及用于通讯的程序块和netpro分别下载至PLC中，然后在#1炉在线监视需发送至#2炉DB數据块，且此时实际信号未写入相应DB，然后在#2炉在线监视接收DB数据块，若#2炉接收到的数据与#1炉发送的数据相同，则证明成功，且可再在#1炉监视数据块中的当前值中更改发送数据，然后在#2炉接收数据监视中监视查看接收到的数据是否与发送数据相同，若相同，说明已成功建立#2炉与#1炉间数据通讯。

3 实现#1炉414-4H系统（配置CP443以太网卡）与#2炉414-5H系统（未配置CP443以太网卡）间的冗余通讯

实现思路：建立两组冗余PLC间的四组组合链接，在链接号上区分，并在通讯程序中针对不同的链接建立相应的读写程序，其中分为四组链接号，分别对应#2炉主→#1炉主、#2炉备→#1炉备、#2炉备→#1炉主、#2炉备→#1炉备链接，且读取和写入数据存储区域相同，有人担心会出现重复写报警，但其通讯不受此影响，且通过现场试验证明数据准确无误的主备传输，因其同一时刻仅有一个链接有效，因此不存在通讯堵塞或数据错误状态。

此试验很好地证明了西门子最新的冗余PLC414-5H，通过其本身自带的PN接口实现了与西门子冗余PLC414-4H的冗余CP卡不间断冗余通讯，且其通讯完全自主，由冗余系统本身的主运行判断其通讯的有效性和可靠性。

4 结 论

本文以现场实际应用成果为材料，具有现场可操作性，在不影响PLC本身功能及现场通讯功能，不额外增加配件情况下，使用414-5H自带的PN接口实现了与另一套冗余414-4H系统的冗余以太网CP卡间的通讯，解决了现场两套PLC间的数据交换，且减少了两套CP以太网卡，节省了项目成本，又不影响其通讯质量，满足了现场使用功能。

参考文献：

[1] 西门子官方网站 [OL].[2018-06-03].https：//www.siemens.com/cn/zh/home.html.

[2] 西门子400系列产品手册 [OL].[2018-06-03].http：//www.doc88.com/p-9095750398413.html.

[3] Siemens Step7软件帮助.

作者简介：陈涛（1984.07-），男，陕西富平人，项目经理，学士学位。从事自动化行业，致力于自动化系统的智能信息化发展研究。