什么是冗余系统—记1515R冗余编程组态调试
写在面前
大家好
只要是熟悉西家PLC系列的朋友都知道，西家PLC有标准型，容错型和故障安全型，前面我们对故障安全进行了一些基本介绍，在今天的1515R冗余调试讲解之前，为了让大家有一个比较系统的认识，首先回答以下几个问题~
01 关于冗余的几个问题
问题1：什么是S7-1500R/H冗余系统？
对于 S7-1500R/H 冗余系统，CPU 是重复的，也就是冗余的。两个 CPU 会并行处理相同的项目数据和相同的用户程序。两个 CPU 通过两条冗余连接进行同步。如果一个 CPU 出现故障，另一个 CPU 会接替它对过程进行控制。
问题2：S7-1500R和S7-1500H有什么不同？
冗余系统中的两个 CPU 必须位于使用 MRP 介质冗余协议的 PROFINET 环网中。PROFINET 环网中的所有 PROFINET 设备必须支持介质冗余 (MRP)。
S7-1500R 使用 PROFINET 环网同步两个 CPU。S7-1500H 使用通过光缆建立的冗余连接同步两个 CPU。S7‑1500H 强制要求使用 PROFINET 环网（通过 PROFINET 接口 X1）。
若要建立具有介质冗余性的环形拓扑结构，需要使用一个设备中的 2 个端口（环网端口，端口标签“R”）将线性网络拓扑结构的两个自由端接在一起。在设备组态中指定环网端口。
在 S7‑1500R/H 冗余系统中，需要分别将两个 CPU 的介质冗余角色组态为“管理器（自动）”(Manager (Auto))。对于 PROFINET 环网中的其它所有 PROFINET 设备，必须组态“客户端”介质冗余角色。冗余管理器与冗余客户端之间存在基于 MRP 的通信连接。如果环网中任何一点断开，介质冗余协议 (MRP) 会自动重新组态各个设备之间的数据路径。
在 STEP 7 中组态 IO 设备的介质冗余角色和其它 PROFINET 设备。对于不使用系统冗余 S2 的交换机，通过 Web 界面将介质冗余角色设为“客户端”。
问题3：S7-1500标准系统和S7-1500R/H有什么不同？
02 1515R组态调试
01
硬件软件
S7-1500 CPU 1515R-2PN二套（6ES7515-2RM00-0AB0，固件版本V2.60）；
IM 155-6 PN HF（6ES7155-6AU00-0CN0 固件版本V4.2）
DI 16x24VDC ST（6ES7131-6BH00-0BA0 固件版本V1.1）
DQ 16x24VDC/0.5A ST（6ES7132-6BH00-0BA0 固件版本V1.0）
Totally Integrated Automation Portal V15.1 Update 3（TIA Portal V15.1 Update 3）
02
硬件配置
1515R硬件配置
IO分站配置
硬件实物图
03
实现功能
S7-1500R冗余PLC是通过电气接口PROFINET X1接口实现同步的，不需要额外的同步模块。S7-1500R冗余PLC可通过PROFINET扩展支持PROFINET系统冗余(SR) NAP S2冗余协议的 IO设备，一个支持 NAP S2冗余协议的 PROFINET IO设备可以同时与两个PROFINET IO控制器建立通信关系(AR),区分主AR和备AR，同时只有主AR与IO设备进行正常的IO数据交换，当主AR因故障断开后备 AR 切换为主AR开始与IO设备进行正常的数据交换。
04
网络架构
在S7-1500R冗余系统中，冗余PLC必须安装在MRP冗余环网中，这是实现冗余PLC主备之间实现组态和程序同步的必要条件。以CPU1515R为例网络结构示意如下图所示：
注意：为了保障S7-1500R冗余PLC之间的同步性能，在网络结构中要确保两个冗余PLC有端口直接连接。而在实际组态中必须组态两个R PLC之间的端口互联， 默认情况下两个S7-1500R的PROFINET X1接口的端口P1组态了端口互联。
05
硬件组态
1、项目中添加1515R
2、设置PLC的IP地址
冗余PLC的IP地址包含以下部分，
主PLC X1的IP地址：192.168.0.1
从PLC X1的IP地址：192.168.0.2
冗余PLC X1的系统IP地址：192.168.0.3
主PLC X2的IP地址：192.168.1.1
从PLC X2的IP地址：192.168.1.2
冗余PLC X2的系统IP地址：192.168.1.3
注意：当需要与冗余系统进行通讯时，需要启用系统IP，并通过系统IP进行通讯；设置系统IP时，需要同时设置虚拟MAC地址，并需确保以太网广播域中存储的所有MAC地址唯一，并确保主从PLC各端口系统IP的虚拟MAC一致。
1515R的各个端口IP地址设置如下图所示：
1515R主PLC1 X1网口IP设置
1515R主PLC1 X2网口设置
1515R从PLC2 X1网口IP设置
1515R主PLC1 X2网口设置
3、冗余PLC MRP环设置
IP地址设置完成后，需要设置冗余PLC介质冗余MRP环为：管理员。
4、添加分布式IO分站
1500冗余系统支持的分站接口必须为高性能接口模块（HF），本次测试使用的接口模块为ET200SP IM155-6 PN HF，固件版本≥4.2版本。
06
分配IO控制器
IO分站添加完成后，需要分配IO控制器，在“网络视图”中选择IO分站，然后右键，出现IO属性菜单，选择“分配给新IO控制器”。
点“分配给新IO控制器”后，弹出选择IO控制器窗口，选择IO控制器为主从PLC。
分配完成后，IO设备网络视图如下所示：
07
IO分站IO模块添加
双击IO分站，进入IO分站硬件配置画面，根据硬件配置清单配置IO分站IO模块。
08
分站MRP设置
IO分站硬件配置完成后，还需要设置ET200SP HF分站的端口介质冗余MRP环为：客户端。
09
设置IO分站的PROFINET参数
1500冗余系统要求设置看门狗时间≥224ms，
说明：冗余系统中IO设备的看门狗时间与更新时间的计算关系为：
看门狗时间 = 看门狗更新周期因子x更新时间
默认PLC的更新时间为2ms，再根据此公式可以得出看门狗更新周期因子应该为：112。
IO分站通讯参数初始图
IO分站通讯参数修正图
10
软硬件编译
以上参数全部设置完成后，需要进行编译，如果没有错误，则如下图所示：
编译结果图
11
下载硬件配置
硬件配置完成，编译无错后，可以将硬件配置下载到PLC中，默认下载到主PLC（基本PLC），备份PLC是无法进行下载的，1500RH无法在冗余模式下载。
下载画面
下载时，如果未将PLC切换到单机模式，则会报错。
下载报错画面
下载过程中会停止RH系统，更新系统数据。
下载状态图
装载完成后，可以选择启动模块。
下载结果图
12
IO分站设备名和IP地址分配
系统软硬件下载完成后，此时IO从站会报错，原因在于IO设备名称和IP不一致所致，所以需要进行IO分站设备名和IP地址分配，本文不做详细介绍，如果需要请参考1500硬件组态。
13
在线操作
硬件下载完成后，如果实际硬件与软件硬件配置完全一致，则在线状态全部是绿色，并且冗余状态配对成功。
在线状态图
在线诊断图
主PLC在线诊断图
备份PLC在线诊断图
14
在线调试
1、 测试程序编写
编写一段IO控制程序，程序如下图所示：
程序画面
2、程序编译下载
程序编写完成，编译无错后，将单台PLC拨至STOP位置，主PLC切换至单机模式，然后可以进行PLC程序下载。
程序下载画面
3、 程序在线调试
程序下载完成后，可以在线调试和监测程序执行情况，以及冗余系统切换正常与否。
程序在线状态
IO点工作实物图
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