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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的参数一致，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的参数一致，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。
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；初始化。给”connected_to”变量赋值conn_a, 192.168.0.2。给a站的连接状态值conn_state_plca复位为1，表示连接正常；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；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。
操作 cpua状态 cpub状态 cpua状态字
switchplca cpub状态字
switchplcb 连接到
上电 主、run 备、run 0000 0101
(0x05)  0000 1010
(0x0a) conn_a
a停机 备、stop 主、run 0000 0101
(0x05) 0010 1001
(0x29) conn_b
a启动 备、run 主、run 0000 0110
(0x06) 0000 1001
(0x09) conn_b
b停机 主、run 备、stop 0010 0101
(0x25) 0000 1001
(0x09) conn_a
b启动 主、run 备、run 0000 0101
(0x05) 0000 1010
(0x0a) conn_a
b从站断开 主、run 备、run  0000 0101
(0x05) 0000 1010
(0x0a) conn_a
b从站恢复 主、run 备、run 0000 0101
(0x05) 0000 1010
(0x0a) conn_a
a从站断开 备、run 主、run 0000 0110
(0x06) 0000 1001
(0x09) conn_b
a从站恢复 备、run 主、run 0000 0110
(0x06) 0000 1001
(0x09) conn_b
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。
变量conn_state_plca/b的值 连接状态
0 初始化
1~5 连接正常
6~10 连接中断
11~20 故障
100 无效
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。
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；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；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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