西门子S7-1500冗余网络组态方式及案例分析

组态篇：

首先要强调的重点！1500系列PLC能够支持冗余组态的目前有以下几款PLC，分别是：

●    CPU1517H-3PN 订货号：6ES7517-3HP00-0AB0

●    CPU1515R-2PN 订货号：6ES7515-2RM00-0AB0

●    CPU1513R-1PN 订货号：6ES7513-1RL00-0AB0

还有一点要记住的是！在所有组态方式中都必须使用 PROFINET 环网。

在 S7-1500R/H 系统的各种组态方式中，以下组件可进行冗余：

●    R/H-CPU

●     同步接口

●     PROFINET环网中的介质

在组态篇中，将介绍可使用的组态方式及其优势。

PROFINET 环网中连接了 IO 设备的 S7-1500R/H 组态

优势：

●   使用 S2系统冗余的 IO设备可在 CPU 出现故障时与 S7-1500R/H冗余系统进行不间断的过程数据交换。

●    PROFINET环网中的任何位置出现电缆中断的情况，冗余系统仍可继续运行。

S7-1500R组态：

 

①	CPU 1
②	CPU 2
③	PROFINET 电缆（冗余连接，PROFINET 环网）
④	IO 设备 ET 200MP（使用系统冗余 S2）
⑤	IO 设备 ET 200SP（使用系统冗余 S2）

 

S7-1500H组态：

 

①	CPU 1
②	CPU 2
③	两根光纤电缆（冗余连接）
④	IO 设备 ET 200SP（使用系统冗余 S2）
⑤	IO 设备 ET 200MP（使用系统冗余 S2）
⑥	标准 IO  设备 ET  200SP
⑦	标准 IO  设备 ET  200MP
⑧	PROFINET 电缆（PROFINET 环网）

 

采用交换机和线性拓扑的 S7-1500R/H 组态

优势：

●   可使用交换机将其它线性拓扑添加到 PROFINET环网。与 PROFINET环网不同，线性拓扑不是冗余的。

●     PROFINETIO设备可位于 PROFINET环网中，也可通过交换机分开。

S7-1500R组态：

 

①	CPU 1
②	CPU 2
③	PROFINET 电缆（冗余连接，PROFINET 环网）
④	IO 设备 ET 200SP（使用系统冗余 S2）
⑤	IO 设备 ET 200MP（使用系统冗余 S2）
⑥	交换机
⑦	标准 IO  设备 ET  200SP
⑧	HMI 设备

 

S7-1500H组态：

 

①	CPU 1
②	CPU 2
③	两根光纤电缆（冗余连接）
④	IO 设备 ET 200MP（使用系统冗余 S2）
⑤	IO 设备 ET 200SP（使用系统冗余 S2）
⑥	标准 IO  设备 ET  200MP
⑦	标准 IO  设备 ET  200SP
⑧	PROFINET 电缆（PROFINET 环网）
⑨	交换机
⑩	HMI 设备

 

冗余案例分析：

在篇中，将基于不同的组态方式介绍各种可能的冗余案例。冗余应用不会导致过程受限。在以下示例中，该冗余系统支持容错功能。

主CPU故障：

 

①	主 CPU → 故障
②	备用 CPU → 成为新的主 CPU
③	PROFINET 电缆（冗余连接，PROFINET 环网）
④	IO 设备 ET 200MP（使用系统冗余 S2）
⑤	IO 设备 ET 200SP（使用系统冗余 S2）
⑥	交换机
⑦	标准 IO  设备 ET  200SP

 

事件顺序：

1.  冗余系统的主 CPU 在 RUN-Redundant系统状态下发生故障。

2.  冗余系统切换为备用 CPU。备用 CPU 成为新的主 CPU。冗余系统切换为 RUN-Solo 系统状态。

3.  新的主 CPU会与 IO设备交换过程数据。

说明：

主 CPU 发生故障时暂时隔离标准IO设备

如果主 CPU 出现故障，标准 IO 设备将暂时与 S7-1500R/H 冗余系统隔离。在此期间，组态的替换值行为适用于标准 IO 设备的模块。

新的主 CPU 再次建立与标准 IO 设备的连接。短时间过后，主 CPU 恢复与标准 IO 设备交换过程数据。 

4.  系统冗余受到限制。此限制对过程没有任何影响。

如果另一系统组件或另一网段发生故障，可能导致S7-1500R/H 冗余系统故障。

诊断：

主-备用切换后的系统状态、操作状态和错误显示：

●     冗余系统 → RUN-Solo系统状态

●    主 CPU（之前的备用 CPU）→ RUN 操作状态

– MAINT LED 指示灯 → 黄色点亮：R/H 系统未处于 RUN-Redundant 系统状态。冗余系统中未找到伙伴 CPU。PROFINET环网断开。

●    备用 CPU（之前的主 CPU）→ 故障

说明：

如需了解详细的诊断信息，请查看诊断缓冲区。

解决方法： 更换故障的CPU。

备用CPU故障：

 

①	主 CPU
②	备用 CPU → 故障
③	PROFINET 电缆（冗余连接，PROFINET 环网）
④	IO 设备 ET 200MP
⑤	IO 设备 ET 200SP

 

事件顺序：

1.  冗余系统的备用CPU在 RUN-Redundant系统状态下发生故障。

2.  冗余系统切换为RUN-Solo 系统状态。

3.  主 CPU继续与 IO设备（和标准 IO设备）进行过程数据交换。

4.  系统冗余受到限制。此限制对过程没有任何影响。

如果另一系统组件或另一网段发生故障，可能导致S7-1500R/H 冗余系统故障。

诊断：

主-备用切换后的系统状态、操作状态和错误显示：

●     冗余系统 → RUN-Solo系统状态

●    主 CPU → RUN操作状态

– MAINTLED指示灯→ 黄色点亮：R/H系统未处于RUN-Redundant 系统状态。冗余系统中未找到伙伴 CPU。PROFINET环网断开。

●    备用 CPU → 故障

说明：

如需了解详细的诊断信息，请查看诊断缓冲区。

解决方法： 更换故障的CPU。

PROFINET环网中的PROFINET电缆故障：

 

①	主 CPU
②	备用 CPU
③	PROFINET 电缆（冗余连接，PROFINET 环网）→ 中断
④	IO 设备 ET 200MP
⑤	IO 设备 ET 200SP

 

事件顺序：

1.   PROFINET 电缆发生故障或断开连接，将导致冗余系统的PROFINET 环网断开。

2.  冗余系统将保持为 RUN-Redundant系统状态。主 CPU和备用 CPU保持为 RUN- Redundant操作状态。

3.  冗余系统将通过备用连接，与备用CPU进行连接。这样，冗余系统即可重新访问

PROFINET 环网中的所有 IO 设备。

4.  系统冗余受到限制。但该限制对此过程无影响。

如果另一系统组件或另一网段发生故障，可能导致 S7-1500R/H 冗余系统故障。

–   如果 PROFINET电缆在另一点也中断，PROFINET环网中的 IO设备可能发生故障，具体视中断位置而定。

诊断：

PROFINET 电缆故障后的系统状态、操作状态和错误显示：

●     冗余系统 → RUN-Redundant系统状态

●    主 CPU → RUN-Redundant操作状态

–   MAINTLED指示灯 → 黄色点亮：PROFINET环网断开。冗余系统中只剩余一个冗余连接。

●    备用 CPU → RUN-Redundant操作状态

–   MAINTLED指示灯 → 黄色点亮：PROFINET环网断开。冗余系统中只剩余一个冗余连接。

 

警告

S7-1500R 冗余系统故障 如果除PROFINET 电缆之外，主CPU 也发生故障，备用CPU 会切换为STOP 操作状态。

说明 如需了解详细的诊断信息，请查看诊断缓冲区。

 

解决方法：

更换故障的 PROFINET 电或重新连接断开的 PROFINET 电缆。

审核编辑：黄飞