PROFINET介质冗余性的方法和规则分析

介质冗余性（环形拓扑）

为了提高具有光纤或电气线形总线型拓扑结构的工业以太网的网络可用性，可以通过将终端设备连接在一起，将线性总线形拓扑转换为环形拓扑。

环型拓扑中的介质冗余性  

环形拓扑结构中的设备可以是  IO  设备、IO  控制器、外部交换机和/ 或通信模块的集成交换机。

若要建立具有介质冗余性的环形拓扑结构，需要在一个设备中将线形总线型拓扑结构的两个自由端接在一起。将线形总线型拓扑结构闭合以形成一个环型网络可通过环网中某个设备的两个端口（环网端口）来完成。生成的环网中的一个设备将承担冗余管理器的角色。环网中的所有其它设备均为冗余客户端。 

①  冗余管理器

②  测试帧

③  冗余客户端

设备的环网端口用于建立与环形拓扑结构中两个相邻设备的连接。可在相关设备的组态中来选择和设置环网端口（如果可能，也可以预设）。

在环网拓扑中如何实现介质冗余

如果环网中任何一点断开，则将自动对各个设备之间的数据路径重新组态。重新组态之后，设备可以再次使用。

在冗余管理器中，两个环网端口之一将被阻止为正常通信而进行的不间断网络运行，这样就不会将数据帧循环。对于数据传输而言，该环型拓扑就是一种线形总线型拓扑。冗余管理器监视环网中有无中断。为此，测试帧不仅只从环网端口  1  中发出，同时也会从环网端口  2  中发出。测试帧将在环网的两个方向上同时传输，直到到达冗余管理器的另一个环网端口。

两个设备之间的连接断开或环网中的某个设备发生故障，都会引起环网中断。

如果冗余管理器的测试帧在环网中断期间不再能到达另一个环网端口，冗余管理器就会连接它的两个环网端口。这个替代路径以线形总线型拓扑结构的形式再次恢复所有其余设备之间的正常连接。

从环网中断到恢复正常运行的线形总线型拓扑结构的时间称为重新组态时间。

中断消除后，冗余管理器将再次禁用其中一个环网端口。冗余客户端将收到更改通知，并重新使用连接其它设备的原路径。

介质冗余方法

SIMATIC 中采用的标准介质冗余机制为  MRP（介质冗余协议，典型重新组态时间为  200

ms。每个环网最多支持  50 个设备。  此外，还支持实时介质冗余进程  MRPD .

组态介质冗余

要在  STEP 7  中创建带有 MRP 功能的 PROFINET IO 组态，请按以下步骤操作：

1.   在拓扑视图中，通过端口互连构建一个环网。首先将设备互连到一个线形拓扑结构中。连接线形拓扑结构中最后一个设备中未分配的端口与第一个设备中未分配的端口。

以下示例显示了一个  CPU 1516-3 PN/DP 和两个接口模块  IM 155-6 PN  HF，并在 STEP  7  的拓扑视图中互连为一个环网。

2.   在网络视图中，选择  PROFINET IO 系统。

3.   在巡视窗口中，浏览到“环网互连”(Ring interconnections)  域中的“属性  >  常规  >

PROFINET > 环网互连  > MRP 域”(Properties > General > PROFINET > MRP domains)。

该域显示了  IO  系统中的所有拓扑环网和相关  MRP 域。

4.   在“环网互连” (Ring interconnections)  域中，选择生成的环网。

下表列出了环网中的所有  PROFINET 设备。

5.   在  MRP 角色列中，为  PROFINET 设备设置介质冗余角色。

“ 介质冗余”设置选项  

介质冗余角色

根据所用的设备，可使用“管理器”(Manager) 、“ 管理器（自动）”(Manager (Auto)) 、“ 客户端”(Client)  或“环网中无设备”(Not device in the ring)  角色。 

规则： 

●  环网必须刚好具有一个“管理器”(Manager)  角色的设备。不再允许有其它设备具有“管理器”(Manager)  或“管理器（自动）”(Manager (Auto))  角色。其它所有设备只能具有“客户端”(Client)  角色。

●  如果环网中没有设备具有“管理器”(Manager)  角色，则环网必须至少有一个设备具有“管理器（自动）”(Manager (Auto))  角色。“ 客户端” (Client)  角色的设备数量不受限制。

●  MRP 域的管理器和客户端可在不同的项目中组态。在不带管理器的项目中，为确保组

态可编译，则需选择“项目外的冗余管理器”(Redundancy manager outside the project) 选项。在多环网组态中，各  MRP 域的选项设置需相同。

环网端口  1/ 环网端口  2  

一次选择一个要组态为环网端口  1  或环网端口  2  的端口。在下拉列表框中，显示了各种设备类型可选择的端口。如果在出厂前设置了端口，此域将不可用。如果要使用单步调试模式，则需在  STEP 7  中使用预设的环网端口。

诊断中断

如果  MRP 状态的诊断中断将在本地  CPU 中输出，请选中“诊断中断”(Diagnostic interrupts)  复选框。可组态以下诊断中断：

●  布线或端口错误

环网端口的以下错误会产生诊断中断：

–   相邻的环网端口不支持  MRP。

–   环网端口连接到非环网端口。

–   环网端口将连接到其它  MRP 域的环网端口。

●  中断/ 恢复（仅冗余管理器）

如果环网中断后再恢复原始组态，将产生一个诊断中断。如果在  0.2  秒内发生了这两种中断，则表明环网中断。 

可通过对诊断错误中断  OB (OB  82)  内的对应响应进行编程，以响应用户程序中的这些事件。

多环网示例

下图显示了一个多环网示例组态。

在该示例中，交换机  1  属于两个  MRP 环网。环网  1  由交换机  1  和  PLC 1 构成，环网  2 由交换机  1  和  IO  设备  1  构成。

STEP 7  将自动为该交换机分配“管理器”(Manager)  角色。其它设备将作为“客户端”(Client) 角色。

该管理器位于环网  1  和 2  的交叉处。该管理器将分别监视两个环网。为此，需要使用两个  MRP 实例。 

一个  MRP 实例检查环网  1  中可访问的所有设备；另一个实例则监视环网  2  中的所有设备是否可访问（在本示例中，每个环网中仅一台设备）。

可分别组态各自的  MRP 实例。

下图显示了管理器中的两个  MRP 实例（交换机的  PROFINET 接口）。在本示例中，MRP 实例  1  检查  MRP 域“mrpdomain-1”中的设备是否可访问。MRP 实例 2  监视  MRP 域中“mrpdomain-2”的设备。

下图显示了环网  1 (mrpdomain- 1) 。在  mrpdomain-1  中，使用  CPU 的  PROFINET 接口作为“客户端” ，使用交换机  PROFINET 接口的  MRP 接口  1  作为“管理器”。

下图显示了环网  2 (mrpdomain- 2) 。在  mrpdomain-2  中，使用  IO  设备的 PROFINET 接口作为“客户端”，使用交换机  PROFINET 接口的 MRP 接口  2  作为“管理器” 。

审核编辑：郭婷