基于西门子S7-300_400PLC的单上位系统“多重冗余”方案.pdf

于 西n子S 7 单上位系统 陕西鼓风机 集团有限公司 西安7 1 0 0 7 5 彭洪斌杨鹏燕 彭洪斌 【 摘 要】针对单上位 系统可靠 性低 的现 状 ，通过项 目实例介 绍 了 基于P r o f i b u s D P 或工业以太 网两种通 信方式下的单上位 系统的 “ 多重冗 余”方案，在不增加硬件资源的基 础上提高了系统的安 全性。并以西 门子 7 3 0 0 ／ 4 0 0 P L C 为基础 ，详 细 阐述 了其上下位的实现方法。 【 关键词】单上位 系统 多重冗 余 西门子S 7 3 0 0 ／ 4 0 0 P r o f i b u s - D P 工业 以太 网 GM 通用胡村 u ww．呖x ． n e t 2 0 l l F第8 期 一 、前言 早期的一些项 目，在建设期间 先后投产了多套机组。针对一些小 型机组控制点少而且比较分散的实 际情况，在 P L C自控系统的设计方 案中，均采用了单上位系统 ，即用 一 台上位机来对本套机组的运行情 况进行监控 。这样，当该上位机发 生故障时 ，将无法获取现场设备的 实时工况 ，成为安全生产的一大隐 患。针对上述情况，为了能够进一 步提高系统的可靠性 ，在原有硬件 资源的基础上 ，提出了下面两种解 决方案，这里称之为单上位系统的 “ 多重冗余”方案。 、功能概述 单 上位 系统的 “ 多重 冗余 ” 方案是在原有硬件的基础上 ，利用 P L C 系统之间的通信来进行数据交 换和共享 ，从而达到用一台上位机 来对多套机组的关键参数进行监控 的 目的。以某厂的实际项 目为例 ， 该厂首批项 目建设期间，引进AI I 系列离心风机一台 ，即1 风机 。该 机组实际配置I ／ 0点数共计1 2 0 个 ， 控制系统采用西门子S 7 3 0 0 系列 P L C，C P U型号为 CP u3 1 5 2 D P 。 另外，配置模拟量输入模块 A I 3 块，模拟量输出模块 A O1 块， 数 字量输 入模块 DI 两块 ，数 字量输 出模块 DO1 块。在实际 方案设计中，采用 了1 台上位P C 来 对1 机组的运行情况进行监控。此 后，在二期项 目扩建期间，根据实 际需要 ，又引进S J 系列烧结风机一 台，U O 2 风机。该机组实际配置I ／ O 点数共计1 0 0 个 。控制 系统采用西 门子S 74 0 0 系 IJ P LC，CP U型号 为 C P U 4 1 6 2 D P ，这里同样采用了 1 台上位P C 来对整套机组的运行情 况进行监控。考虑到单台上位系统 存在的安全隐患，提出了单上位系 统的 “ 多重冗余”方案 ，在不增加 生产成本的基础上 ，改善系统的性 能。由于西门子P L C 系统通信方式 的多样性 ，这里分别以P r o f i b u s D P I I业以太网两种方式来对单上 位系统的 “ 多重冗余”方案进行阐 述 。 题一 争 哪 自砌 锄 三 基于S 7 3 0 0 ／ 4 0 0 的 P r o f ib u s D P 通信方案 1 ． 网络结构 该方案的网络 结构 图如图1 所 示 。 其中，S 7 3 0 0 P L C 为1 Al l 系 列离心风机的控制 系统 ，S 74 0 0 P L C 为2 S J 系列烧结风机的控制系 统。由图中可以看出，通过P r o fi b u s DP 的通信方式可将两套控制系 统 连在一起 ，相互 之间进行数 据 交换。其中，S 7 4 0 0 作为P r o f i b u s DP 通信的主站 ，S 7 3 0 0 作为 P r o fi b u s ～DP 通信的智能从站。通过 这种方式 ，1 风机 系统中的重要参 数 ，如润滑油泵、风机、电动机起 停 、风机轴振动、风机轴位移以及 一 些重要的故障报警等信号不仅可 在本身的上位P C 机中进行监控和操 作，而且还可在2 机组的上位P C中 进行控制，提高了系统的可靠性。 一 Profibus-DP 上校机 2 s 7 3 0 0站 图1 基于P r o f i b u s D P 通信的网络结构 2 ． 实现方法 首先 ，在S T E P 7 的项 目下，先 后组态一个s 7 4 0 0 站和s 7 3 0 0 站 ，型号分 别为CP U41 6 2 DP 和 CP U3 1 5 2 DP，设置主站地址为 2 ，从站地址为6 ，在P r o f i b u s DP 的 “ 操作模式”中，将S 7 3 0 0 站设 置为D P S L A V E 模式，并允许编程器 对从站编程。s 74 0 0 站设置为DP MAS TE R 模式，然后 ，将主、从站 都连接到相同的P r o fi b u s 网络下，如 图2 所示。 图2 基于P r o fi b u s D P 通信的网络配置 网络配置完成之后，设置主、 从站的通信接 口区。从站的输出区 与主站的输入区相对应 ，从站的输 入区 同主站 的输 出区相 对应 。最 后 ，调用S F C1 4 DP RD DAT Re a d Co n s i s t e n t Da t a o f a S t a n d a r d DP S l a v e H S F C1 5 DP wR DAT W r i t e Co n s i s t e n t Da t a t o a S t a n d a r d DP S l a v e 对数据进行打包处理。 需要注意的是，S F C1 4 H S F C1 5 是成 对使用的，一个发送一个接收 ，缺 一 不可，数据的通信也是交互的。 在本例中，S F C 1 4 解开主站存放在 输入区I B 0 ～I B 9 中的数据包并放在 DB1 ． DBB 0～DB1 ． DBB 9 中。S F 1 5 给存放在主站DB 2 ． DB B 0 ～DB 2 ． DB B 9 的数据打包，通过QB 0 ～QB 9 发送出去。从站程序跟主站程序基 本相同。因此 ，得出主、从站的数 据区对应关系为从站输入区D B 1 ． DB B 0 DB1 ． DBB 9 中的数据对应主 站输出区D B 2 ．D B B 0 ～ D B 2 ． D B B 9 中 的数据；从站输 出区D B 2 ． DB B 0 ～ DB 2 ． DB B 9 中的数据对应主站输入 区DB1 ． DBB0 ～DB1 ． DBB9 中的数 据。因此，在该项目案例中，1 Al l 风机的进气侧群 由 振动既可在从站 的D B1 ． DB B 0 中读取 ，又可在主站的 D B 2 ． 2 B D 0 中读取 ；同理2 烧结风机 的排气Nx轴振动也分别可从主站 的DB 1 ．DB B O 1J 从站的D B 2 ．D B B 0 中 读取。这样就实现 了两台机组之间 的数据交换和共享。 四 、基 于 西 门子S 7 3 0 0 ／ 4 0 0 的工业以太网通信 方案 1 ． 网络结构 工业 以太 网是西 门子 公司提 出的一种工 、f 用的通信模式 。它以 2 0 。 n 麓 et 2 1 l1年 第 8期w m v ．蜘x ．● -I 纪 动 自 面 酿一 速度快 ，稳 定性高 ，抗 干扰能 力 强 ，互联性 和兼容性好 等优点在 工业领域取得了很好的推广。这里 仍以上述项 目为例 ，对基于西门子 S 7 3 0 0 ／ 4 0 0 的工业以太网通信方案 进行阐述 ，其网络结构 图如图3 所 不 。 与P r o fi b u s DP 通信不同的是 两套机组的控制系统是通过工业以 太网连在一起的，无需引入其他的 通信协议 ，而且传输速率也相对较 快。 工业以太 网 上校机 2 S 7 3 0 0站 图3 基于工业以太网通信的网络结构 2 ． 实现方法 首先，组态西门子S 7 4 0 0 站， 型号为 C P u 4 1 6 2 DP ，通信模块的 型号为CP 4 4 3 1 。再组态西门子S 7 3 0 0 站，型号为 CP U3 1 5 2 DP ， 通信模块的型号为C P 3 4 31 。两个 站连接在同一条I n d u s t r i a l Et h e r n e t 下，然后，在 “ Ne t P r o ”下，建立 S 7 c o n n e c t i o n ，如图4 所示。 通信双方的其中一个站为C l i e n t 端 ，另一个站为S e r v e r 端 ，采用 T CP ／ I P 方式进行双边通信。最后 ， 通过调用S F B1 2 块和s F B1 3 块进行数 据发送和接收 ，这种方式同样可实 现将两个站中的数据进行共享的功 能。 图4 基于工业以太网通信的网络配置 五 上位冗余设置 可实 现真 正意 义上 的 在线 修改 ，保 下位组 态完成 后 ，上位 系统 证控 制系统安全稳 定运行 。本例 还需做相应的设置，上位人机界面 中， Wi n C C ． 位系统需建立两套数 采 用西门子的组态软件wi n CC， 据库，分别对应1 AI I J L 11 2 烧结 伽避用柚艇 w ． x ． n e t 2 叭1 年 第8 期 风机 中的数据和变量 。然后 ，在各 自的上位 系统中均组态两套完全相 同的监控 画面 ，在画面中分别将两 套系统中对应的变量进行链接。这 样 ，在C P U 运行之后 ，不仅可以在 1 风机的上位机中对I A I I 风机的关 键参数进行控制，而且还可以在2 风机的上位系统中对其参数进行监 控 。同理 ，2 烧结风机的参数也可 分别在l N 2 机组的上位P C 机中进 行控制 ，实现了单上位系统的 “ 双 重冗余”。如果有多套机组存在的 情况下 ，可以实现单 上位系统 的 “ 多重冗余”。 六、结语 单上位系统的 “ 多重冗余”方 案是在原有的硬件资源的基础上 ， 采用通信方式来实现 的 “ 冗余”功 能 ，排除了因上位机发生故障而无 法对现场工况进行掌控 ，从而导致 现场事故发生的隐患，提高了系统 的可靠性 ，降低了项 目成本 ，给用 户带来了一定的效益。 参考文献 [ 1 】 崔坚． 西门子工业网络通信指南 【 M] ．北京 机械工业出版社 ， 2 0 0 4 5 6 7 O ． [ 2 ] 廖常初． 西门子工业通信网络组 态编程与故障诊断[ MI ． 北京机 械工业出版社，2 0 0 9 3 0 2 3 3 3 ． 【 3 】 西 门子 中国有限公司 自动 化 与驱动集团．深 入浅出西 门 子Wi n CC V6 [ M】 ．北京 北京 航空航天大学 出版社 ，2 0 0 4 1 5 1 1 6 3 ． G M 收稿 日 期2 0 1 1 ／ 0 6 ／ 1 4 题 争 自 ＼ ／ 面一 西 酿一 面