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對(duì)于S7-1500R/H冗余系統(tǒng)，是雙CPU的硬件熱備系統(tǒng)。兩個(gè)CPU會(huì)并行處理相同的項(xiàng)目數(shù)據(jù)和相同的用戶程序，CPU通過(guò)兩條冗余連接進(jìn)行同步。如果一個(gè)CPU出現(xiàn)故障，另一個(gè)CPU會(huì)接替它對(duì)過(guò)程進(jìn)行控制。在S7-1500R/H冗余系統(tǒng)中，引入了系統(tǒng)冗余等級(jí)的概念，系統(tǒng)冗余S1、S2。

絕大多支持 PROFINET IO的設(shè)備都支持系統(tǒng)冗余S1，S1設(shè)備的PROFINET通信連接（AR）資源只有一個(gè)，盡管在TIA Portal V16及后續(xù)版本中，S1設(shè)備可以多重分配給兩個(gè)R/H的CPU控制器，但運(yùn)行時(shí)只能連接一個(gè)PN控制器，如果發(fā)生CPU主備切換，將先與主CPU斷開(kāi)，然后與備用CPU建立連接。表現(xiàn)為，通信中斷若干秒，之后再建立通信。

而使用S2系統(tǒng)冗余的IO設(shè)備可在CPU出現(xiàn)主備切換時(shí)與S7-1500R/H冗余系統(tǒng)進(jìn)行不間斷的過(guò)程數(shù)據(jù)交換，IO控制在切換過(guò)程中無(wú)擾動(dòng)。

為了實(shí)現(xiàn)在主CPU發(fā)生故障時(shí)（主-備切換）不造成通信中斷，S7-1500R/H系統(tǒng)中PROFINET IO設(shè)備必須支持S2系統(tǒng)冗余。

在S7-1500R系統(tǒng)中，需要通過(guò)MRP（介質(zhì)冗余）環(huán)網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)CPU的同步，如果環(huán)網(wǎng)上需要交換機(jī)，需要交換機(jī)支持系統(tǒng)冗余S2、MRP（介質(zhì)冗余）、H-Sync，當(dāng)前西門(mén)子可以使用的的交換機(jī)有以下類型：

SCALANCE XC-200， 固件版本≥ V4.0

SCALANCE XP-200， 固件版本≥ V4.0

SCALANCE XF-200BA， 固件版本≥ V4.0

在此次項(xiàng)目中，XC206放在兩個(gè)CPU與S2 IO設(shè)備的MRP環(huán)網(wǎng)中， XC206需要在介質(zhì)冗余角色的選項(xiàng)里設(shè)置為客戶端，同時(shí)需要根據(jù)實(shí)際的網(wǎng)口使用情況指環(huán)網(wǎng)端口5和6功能。

在這里XC206和ET200SP一樣，組態(tài)為冗余CPU的IO設(shè)備，也是多重分配。

接下來(lái)我們來(lái)看一下調(diào)試過(guò)程中遇到的問(wèn)題以及解決的方法。

現(xiàn)場(chǎng)情況概述：3套S7-1515R，除了CPU僅能單機(jī)運(yùn)行，其他3個(gè)XC206，3套XC208及所有IO設(shè)備站點(diǎn)可用，無(wú)報(bào)錯(cuò)信息及PROFINET環(huán)網(wǎng)閉合正常狀態(tài)。

故障現(xiàn)象1

單套S7-1515R系統(tǒng)中，主CPU在RUN狀態(tài)，備用CPU啟動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)將切換到SYNCUP操作模式。正常的過(guò)程是：

①?gòu)?fù)制 SIMATIC 存儲(chǔ)卡

②重新啟動(dòng)備用 CPU

③完成任務(wù)

④復(fù)制工作存儲(chǔ)器

⑤彌補(bǔ)備用 CPU 滯后

但是在現(xiàn)場(chǎng)的S7-1515R出現(xiàn)了SYNCUP 中止，在SYNCUP步驟進(jìn)行到第⑤步時(shí)，備份CPU進(jìn)入停機(jī)狀態(tài)，無(wú)法完成同步工作，如圖片3。

圖3

故障1分析

在SYNCUP階段⑤，備用CPU要追上主CPU的進(jìn)度。

追趕過(guò)程中，備用CPU不僅要執(zhí)行用戶程序，而且開(kāi)始與IO設(shè)備建立連接，并且備用CPU將在每個(gè)循環(huán)控制點(diǎn)向主CPU發(fā)送有關(guān)程序進(jìn)度的狀態(tài)消息，所以此時(shí)備用CPU負(fù)荷非常大。

而圖片3中的紅色故障部分，顯示的就是備用CPU的滯后時(shí)長(zhǎng)故障，備用 CPU無(wú)法跟上主CPU上的程序執(zhí)行進(jìn)度；簡(jiǎn)而言之，備用CPU追不上主CPU，從而導(dǎo)致了SYNCUP失敗。

故障1解決方法

放慢用戶程序的循環(huán)周期時(shí)間，讓備用CPU在SYNCUP階段能夠追上主CPU進(jìn)度。將系統(tǒng)最小循環(huán)時(shí)間適當(dāng)加大即可。由于考慮到系統(tǒng)后續(xù)的程序量，將最小循環(huán)時(shí)間設(shè)置為30ms后，解決該問(wèn)題。

故障現(xiàn)象2

客戶為了簡(jiǎn)化調(diào)試，想通過(guò)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)編程調(diào)試3套S7-1500R, 因而沒(méi)有嚴(yán)格按項(xiàng)目中的拓?fù)浣M態(tài)連接網(wǎng)絡(luò)?？蛻羰紫葘?套S7-1515R的完整組態(tài)獨(dú)立下載，之后用網(wǎng)線將三套系統(tǒng)串聯(lián)后，這將三個(gè)本該獨(dú)立的環(huán)網(wǎng)隨意連接到了一起。出現(xiàn)了第三套系統(tǒng)的一臺(tái)CPU1515R被第二套系統(tǒng)同步（該臺(tái)CPU之前是斷電狀態(tài)，送電后，正在從STOP到RUN的狀態(tài)）。

故障2分析

三套冗余系統(tǒng)的S7-1515R完一樣，版本相同；其中二號(hào)系統(tǒng)和三號(hào)系統(tǒng)所有的硬件配置、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)完一樣；出現(xiàn)上述故障現(xiàn)象的CPU的冗余ID分別為1,2,1,2；上述條件，完具備了配對(duì)的條件，導(dǎo)致了同步紊亂。

故障2解決方法

3套系統(tǒng)IO環(huán)網(wǎng)各自獨(dú)立，與上位機(jī)、編程電腦網(wǎng)絡(luò)連接由各自CPU的X2口，通過(guò)XC208組網(wǎng)。

在之前我介紹了系統(tǒng)冗余S1、S2 的概念，G120變頻器僅支持S1模式，因此在冗余CPU切換的過(guò)程中會(huì)導(dǎo)致G120的掉站，這樣會(huì)導(dǎo)致G120觸發(fā)通信故障而停機(jī)，這是控制工藝上不允許的。

在組態(tài)上，G120通過(guò)TIA博途自帶的硬件庫(kù)組態(tài)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)多重分配給兩個(gè)冗余的CPU1515R我們需要安裝G120的GSD文件，通過(guò)GSD文件組態(tài)，可實(shí)現(xiàn)多重分配。

CPU 切換的故障現(xiàn)象

由于G120僅支持S1模式，當(dāng)冗余系統(tǒng)切換時(shí)，G120會(huì)觸發(fā)通信故障而停機(jī)。

故障分析

當(dāng)CPU主備切換時(shí)，G120短暫停車(chē)，是因?yàn)橛|發(fā)了PROFINET通信中斷報(bào)警，故障代碼F8501。

解決方法

S7-1500R/H CPU切換過(guò)程中，系統(tǒng)冗余S1的設(shè)備會(huì)瞬間掉站，這是系統(tǒng)冗余的性能決定的，在主備CPU 一側(cè)是一定會(huì)判斷掉站的，但是在G120側(cè)，可以通過(guò)G120自由功能塊的斷開(kāi)延時(shí)功能編輯邏輯來(lái)對(duì)短暫出現(xiàn)的通信故障做延遲響應(yīng)處理。

也就是說(shuō)在CPU切換的短暫過(guò)程中，CPU認(rèn)為G120掉站了，但是G120不認(rèn)為自己掉站，仍然維持最后的運(yùn)行狀態(tài)，這樣就不會(huì)導(dǎo)致G120的停機(jī)。

G120 重要參數(shù)如下:

最終結(jié)果，當(dāng)CPU主備切換時(shí)，G120不停機(jī)；如果發(fā)生網(wǎng)絡(luò)中斷超過(guò)10S后或者其他故障時(shí)，G120停機(jī)。

這樣，通過(guò)G120簡(jiǎn)單的編程處理也可以避免S1設(shè)備在冗余CPU切換過(guò)程中的停機(jī)，解決了客戶這個(gè)應(yīng)用要求。

S7-1500R/H系統(tǒng)性能穩(wěn)定、功能強(qiáng)大，但是調(diào)試過(guò)程中還是有很多的注意事項(xiàng)