西门子400冗余与触摸屏冗余构架

1、SIEMENS连接面板到S7-400H系统Conn ecti ng a panel to S7-400H SystemFAQEdition (2009年一9月）摘 要 本文介绍了通过 MPI、Profibus-DP 和In dustrial Ethernet三种方式，将面板连接到冗余系统的组态过程。关键词冗余系统，面板Key Words H System, Panel连接面板到冗余系统目录Error! Bookmark not defined.1 简介 12 通过MPI 方式连接面板到冗余系统 13 通过Profibus-DP 方式连接面板到冗余系统 94 通过Industrial Ether

2、net 方式连接面板到冗余系统 105 更多资料 15附录推荐网址 16SIEMENS1简介西门子的面板所支持的通信端口主要有TTY/RS232 , RS422/RS485 , Ethernet和USB等等。其中TTY/RS 232经常用于连接打印机，上传/下载程序；RS 485/RS 422 主要用于和过程设备通信；Ethernet端口可用于面板和过程设备通信，也常用于连接PC机或其它网络设备；USB主要用于上传/下载配置，连接打印机、鼠标键盘等。面板和S7-400冗余系列CPU之间的通信，主要通过RS485、Ethernet端口进行。通信协议分为 MPI、Profibus-DP和TCP/I

3、P三种方式。主要原理是：面板和冗余系统中的两 个CPU各建立一条连接，根据运行过程中主CPU的不同，人工或者通过脚本来进行切换，保证总是使用面板和主 CPU之间连接。下面分别介绍 MPI、Profibus-DP 和TCP/IP这三种通信方式下系统的组态。本文所使 用的硬件和软件测试环境如下：AS硬件CPU: 6ES7 417-4HT14-0AB0 CP443-1: 6ES7 443-1EX11-0XE0面板OP 177B color PN /DP操作系统Microsoft Win dows XP Professio nal SP2Simatic软件版本PCS7 V6.1 SP2 （包含的 St

4、ep 7 版本为 V5.3 + SP2 + HF12 ） WinCC Flexible Stan dard 2008 CHS表1、硬件和软件测试环境2 通过MPI方式连接面板到冗余系统S7-400冗余CPU上的第一个扩展通信接口为MPI/DP，于是可以建立一条 MPI网络,将冗余系统中的两个 CPU和面板连接起来。步骤1、在SIMATIC MANAGER 中插入SIMATIC H Station ，打开硬件组态程序HWConfig，插入机架、电源、 CPU、CPU上同步模块、CP卡件，并组态相应的冗余DP网络，工业以太网络等。如下图1所示。IA&DT Service & Sup

5、portPage 1-19SIEMENSIA&DT Service & SupportPage #-19SIEMENSii： iniUR2-H1xlPFlOFIGUS(2); DP masler syitem (2)3D CPU 417-4 U(1)X?DP-厂xrIF1H Sync SutmoduleIF2H S51HC Submodule5J L:CP 4421 Vc(0) IJFI2-H图1、S7-400H系统的硬件组态步骤2、组态MPI网络，并为两个机架上的CPU分配不同的MPI地址（本例中两个CPU的MPI地址分别为2和3）。如图2所示。MPI(l)MPISIIATI

6、C H 417 v4. 5an ” df血I/DFCTCKT:iFWffCTPIN :电IE14 >1I1H:c:n:n33PKOFIBUS(l)PROFIBUSPROFIBUSPROFIBUS图2、MPI网络和H CPU上的MPI地址步骤3、在工程中插入 SIMATIC HMI Station ，在弹出的窗口中选择面板设备为： ” OP177B color PN/DP ”，如下图所示：图 3、插入 SIMATIC HMI StationProperties - WinCC flexible RTGeneralDevice typeSelect device by name and ve

7、rsionpm-WEBTorJ hJ _l _l dl rdhl-Panels+1 70-170TP 170 ATP 177 A 6lbTP 177 A (Portrait)TP 170B monoTP 170B colorTP 177B(ncmo DPTP 177B cdor PN/DPOP 170B monoOP 177B mono DPOP 177B color PNl/DP+ 270+ Multi Panels+ 51MATTC C7evict versionOKAddfcicnal operating devices.Cancel图4、选择面板类型步骤4、打开刚刚插入的 HMI St

8、ation的硬件组态（图5所示）；配置HMI MPI/DP 插槽的 属性，使面板和 H系统在同一条 MPI总线上，并设定面板的 MPI地址（注意这里设定的 MPI地址和通信速率必须和面板的控制面板中所设定的参数保持一致），如图6所示。!H_Panel (Component view) -(:Pragram FilesXSIEMEIMS?!.口 Con figui ationiM1WinCC flewtoleRT #HMI IE-SIUATIL H 41 7 v4.5! CPU 417 4HP)CPU 417 JH1)CP 4401 阿CP 443-1(1)£匡E _-Q OP177B

9、 DP_PN 白“.V/inCC flexible FIT *笔画面 + M逋讯 + 乂报警管理 +比配方 嘏表| Open ObjectCtrl-bAlt+O |CutCtrhX1匚吶CtrkCPastsClrl+V1deleteDel1匚【MlATI匚 Routs ControlRenameF2+ J-交本和團我列裏运存系统用户管理at设备设置GA)旦吐團團 吐鋼鋼 画日|觀 剧iuA 1；r阳絹恥5*碱店7IB1T(5啊旳1 | Asignmsrt | ResfflvtLSPt"Short DeFcifriicn:OrdEi NaNawhmiwpi/op* * |0| HMII

10、IritEilace- Type M由碍. Net walked.CcmnwntOK丽1NaXHMI MFIZDPSubiulcFai dnFHDHBUS m ihue. PG Eunclixi乱 nxHhg. !PiDpcilks .图5、打开OP 177B的硬件组态图6、设定面板所在的MPI网络和MPI地址步骤5、编写PLC中判断CPU状态的程序。首先打开符号表，建立4个BOOL型变量，用来存放CPU的运行状态和 MASTER 状态，如下表2所示。使用FB 523来读取CPU 的状态(FB 523 可从链接 下载)；也可通过调用 SFC 51并指定SSL-ID为W#16#xy71 来读取H

11、 CPU的状态(请 从链接 IA&DT Service & SupportPage 5-19SIEMENS下载网上课堂相关文档）。FB 523要在0B1或者循环中断 OB 3X中调用，下面图7和 图8中的MSG_EVID是和上位机报警消息相关的 ID号，由系统自动填充。JLSTArvsFB5230B35K STATUS0-MSG LUCKEUD16#1AMSG EVIBBOJ1STR0W 01R1 MSTH0AUK 02RD EWR1 RUHEUKAIARNI eFr"MCPUO.MSTR" MO. 1th电 master stat-us of H cpuO

12、r"mruO-Rur mo_o the rum etalus af K epuOr"HCFin_KUlT Ml olhe run status of H epulr"HEFUl JETR Nil. 1 the master statusM epulHCPUORUNM0.0BOOLthe run st at us o? H cpuOHCPUO fflSTR11o. rBOOLthe mast er status of H cpuOHCPUl.RUNM1-DBOOLthe run st at usH epul| HCPUl_fflSTR111. fBOOLthe ma

13、st er status of H epul11 estFloatMD10REALtest data表2、在符号表中建立存储CPU状态的变量图7、在CFC中调用FB 523 (PCS 7的编程方式）STATUS"FB523ENOJinB MSCJ.OCKVHCPUO_RO_MSTR-MSTR"DW16#1C-邛:ED'HCPU1_ AUK-01R1_MSTR-MSTR"AU2C_O2"HCPUO_EO_RU1I-RUH""HCFUL_RL_RUU-RUH*ERR.nALARM_8P_STATUS=. 图&使用梯形图调用

14、FB 523步骤6、打开面板程序 Wince flexible RT ，如下图9所示。激活或者创建连接_0”、连接_1”和 连接_X”。确保这3条连接的参数（包括面板的接口、波特率、网络、 PLC设 备的地址、扩展插槽和机架号等等）设置正确。其中，连接_0”和 连接_1”是固定的连接，连接中PLC设备的地址、扩展插槽和机架号需要正确设置；连接_X”是可变连接，这里PLC端所有参数都被设置为 0。1能活的ilil銮动程序工作站恢伴站节点速接JOSIMATIC 57 300400_Peli5IMATICH417v4.5CPU417-4H(D)MPI/0P_3开5IMAHCS7 300/400H_P

15、dnelIMATICH 417/4,5CPU 417-414(1)MPI/DP.3开开5IHAHC 57 300/400F 口画面_i I $忘挂图9、激活或者创建3条连接If-1« i“10P 1770 coImPN/DP接口 ：HW MPIjC vstationa类型；c TTYRK32O RS422R5405® SlmatK彼特率：18750Q地扯访问点:157ONLINE回总线上的唯一主姑配置立 MPIill址扩展插曙：捉架13旃秆操作HHI我IA&DT Service & SupportPage 7-19SIEMENSIA&DT Servi

16、ce & SupportPage #-19SIEMENSIl斗h1| ra 1OP 177B calQfPN/DP接口 -|lFl B v真型:0TT*ORS23?OR5122O RS485® Slmatr1B7500地址4访问点：5TONLINE波特率：回总錢上的唯_主贴MPT7地址杲高站地址邛）:扩展插噌：31 v主站数目:1回褐环操作图10、”连接_o”的参数设置StationaHMI 设 *图11、”连接_x”的参数设置步骤7、在”连接_0”上创建2个Byte型变量（本例中为” CPUO_Status_FromCPUO和” CPU1_Status_FromCPU0 ）

17、分别对应0号机架和1号机架上CPU的状态；同样在” 连接_1”上也创建2个Byte类变量分别对应 0号机架和1号机架上CPU的状态（本例中 为 ” CPU0_Status_FromCPU1 和” CPU1_Status_FromCPU1）;建立两个 Byte 型内部变 量，CPU0_Status 和CPU1_Status，如下图12所示（注意这里 WinCC flexible 上建立 的Byte型变量和上面步骤 5中所建立的BOOL型变量的对应关系）。这几个外部变量的 更新属性要设置为持续更新”，以保证这些变量能够一直被系统更新。根据步骤5所编写的PLC程序可知，WinCC flexible上

18、保存CPU状态的Byte型变量的 第0位是CPU的RUN状态，第1位是MASTER状态，所以 CPU的状态如下表 3所 示。工程上真正需要的变量要建立在”连接_X”上。本例中在 连接_X”上添加了一个测试变量 ” Test_Float。”IA&DT Service & SupportPage #-19SIEMENSIA&DT Service & SupportPage 9-19SIEMENS| S莊箝号W未定央AV没有地址 1ISCPU 1 _Statu5_FronfiCPU 1Test FloatV内部变呈Byte硃定义AByte耒定义A连接ByteW未定交A

19、连接Byte孟未定义AByte侏定义ARealV未定交g CPUl_5tatus臺 CPUD_StatusCPU1 Status FronPUOCPU0_5tatiJS_FronftCPU0CPUD_5tatdS_FromCPUlv内部变量A Byte垃没有地址A 115MB 111 sMBO115MBO11 sMB 11IsMD 10115CPU状态字节所表示的含义0停止运行1运行，非MASTER2一3运行，MASTER图12、创建H CPU的状态变量表3、CPU状态字所表示的含义步骤8、只要H系统在运行（不管是冗余模式还是单站模式），”连接_0”和 连接_1”中至少有一个是有效的，Mast

20、er CPU 所在的连接必然有效，Master CPU 的状态字节必然为3。根据这一特点，首先为变量“ CPU0_Status_FromCPU1”和“ CPU1_Status_FromCPU0'创建上限 2 （如下图 13 所示），当 CPU 为 Master 时，会 产生"超出上限"这一事件；然后在变量的事件t上限”中加入脚本“ChangeConnection”来改变连接_X”的参数，包括：连接名，MPI/Profibus/IP 地址，插槽和机架号。本例中，针对变量“CPU0_Status_FromCPU1 和 “ CPU1_Status_FromCPU0 的参数

21、设置如下表4。图13、为CPU状态变量创建上限值“ 2”IA&DT Service & SupportPage #-19SIEMENS图14、在事件t上限中加入脚本函数 Cha ngeCo nn ectionCPUO Status FromCPU1CPU1 Status FromCPU0连接连接 X连接 XMPI / Profibus 地址 23插槽33机架01表4、脚本函数ChangeConnection 的参数同时，为了得到 Sta ndby CPU 的运行状态，还必须做更多的设置。给变量 ” CPUO_Status_FromCPUO 、” CPU1_Status_From

22、CPU0 、” CPUO_Status_FromCPU”、” CPU1_Status_FromCPU1”的”更改数值”事件都加上脚本，调用函数SetValue或者LinearScaling，把H CPU 最新的状态信息保存在内部变量 CPUO_Status 和 CPU1_Status 中。注意：外部变量” CPUO_Status_FromCPU0'和” CPU0_Status_FromCPU1 对应的内部变量是 CPUO_Status ;外部变量 ” CPU1_Status_FromCPU0 和 ” CPU1_Status_FromCPU1 对应的内部变量是 CPU1_Status。如

23、下图15所示：步骤9、创建画面上H CPU的状态显示。在画面中放置2个矩形对象，启用矩形对象的动画t外观”，选择对应的 CPU状态字(CPUO_Status 或CPU1_Status)，创建4个 值并指定前景色、背景色和闪烁，如下图16所示。本例中，CPU STOP状态为红色；CPU RUN 且为Stand by是绿色；CPU RUN 且为Master是绿色闪烁。注意，当整个 H CPU停止时，由于面板上所有连接都已中断，所有变量都不可能再被更新，只会维持 当前的数值，此时画面上的CPU状态的显示将维持前一状态。在画面上添加一个I/O域连上变量 “Test Float用于测试。I弋皂吏量1|

24、0 i町SIEMENSSIMATIC P性画雇动jcPUO.Status禅厂二进制r位对角銭稔动 水平移动 垂直移动 直接移动 可见性II01=23前悬色n否否否杲图16、在画面中加入矩形对象显示H CPU的状态结果与小结：经测试，画面上 H CPU的指示正常。H CPU主从切换时，画面上连接” Test_Float的I/O域经过短暂的中断后，立刻正常显示。通过得到H CPU的状态，动态修改面板上连接的参数，来达到和Master CPU 通信的目的。也可以在画面上放置按钮对象，并在点击"事件中加入 ChangeConnection 函数，通过点击按钮来实现人工切换连接参数。该方法只适

25、合于支持 3个或3个连接以上的、并且脚本支持Cha ngeCo nn ection 函数的面板。OP 77、OP/TP 170、OP /TP 177、OP /TP 270、OP /TP 277、MP 270、MP 277、MP 370等面板都能满足这些要求。3 通过Profibus-DP方式连接面板到冗余系统Y-Link不支持路由功能，其后只能接标准的DP从站，面板作为二类 DP主站，不能接在Y-Link之后的DP总线上并实现和 H CPU通信。面板和H CPU间建立的Profibus-DP连接的参数，也可被 ChangeConnection 函数动 态修改，所以面板和 H系统之间的Profi

26、bus-DP通信可完全参考前面 MPI的组态步骤。然而，H系统在硬件组态时，两个机架上相对应的DP端口的地址必须相同，如下图 18所示。例如，如果机架 0上CPU集成的DP 口的地址为3，那么机架1上CPU集成DP 口 的地址也只能为3 ;并且机架0和机架1上任意两个DP 口不能被组态在同一条 DP总线上。于是，如果面板和 H CPU使用Profibus-DP的通信方式，必须使用两个不成对的DP口，每个DP 口分别组态各自的 DP总线，并且这两条总线的参数需要完全相同。例如在图 18中，可以在物理上用一根Profibus电缆连接机架 0上的DP 口、机架1上的MPI/DP口，最后连接面板。如果

27、Profibus线缆较长，还需考虑增加有源总线终端设备，以防止在Profibus总线一端的CPU掉电之后，整个 DP总线失去有源终端电阻。最后需要注意，连接分布式I/O站的冗余DP总线上不要挂接任何面板设备。 1SIJIATIC H 417v4. 58CHT 'KFCTQ 43-5IxtCHT <1MJHF1CP lis-laxt： :3145314图18、H CPU在硬件组态时，两个机架相对应的 DP端口的地址一定相同4 通过In dustrial Ethernet方式连接面板到冗余系统H系统和上位机如 WinCC通信时，一般采用工业以太网，目前越来越多的面板支持 RJ45接口

28、，这样的面板可以直接挂在现有的工业以太网上，省去了前面两种方式为了连接 面板需要单独组建网络的麻烦。目前面板只支持 TCP/IP通信，所以H系统上的以太网模块需要指定IP地址，不能只设定 MAC 地址。从WinCC Flexible 2008 以后，ChangeConnection函数可用于 TCP/IP连接，所以面板和 H系统之间的TCP/IP通信可完全参考前面 MPI的组态步骤。WinCC flexible 2008之前，ChangeConnection 函数不适用于 TCP/IP连接，所以使用以太网通信IA&DT Service & SupportPage 13-19SI

29、EMENS奉数 匮域指針SIEMENS时，面板无法动态修改连接参数。推荐的解决方法是面板和H系统建立两个连接，两套变量，两套画面，当 CPU发生切换时，由人工在两组画面间切换。示例组态步骤如下：步骤1、在SIMATIC MANAGER 中插入SIMATIC H Station ，打开硬件组态程序 HWConfig，插入机架、电源、 CPU、CPU上同步模块、CP卡件，并组态相应的冗余 DP网 络，工业以太网络等。如前面图1所示。步骤2、组态工业以太网模块 CP 443-1的IP地址（本例中0号机架上CP 443-1的IP 地址为192.168.11.1，1号机架上 CP 443-1的IP地址为

30、192.168.11.2），如下图19所示。.Li I：(0) UR2HCPU 417-4 HXIIF1IF2BP誡刖DPH 5yrcH Svnc SubmoiProperties - Ethernet interf# Set MAC address / use ISO protocolIA&DT Service & SupportPage #-19SIEMENS奉数 匮域指針17 IP protocol i-s bein usedIP-address：192168.11,1Subnet1255.255.255.0|oa000694-FB¥2MAC address:H

31、1IUR2-H1| PS 407 10A30 CPU 417*4 卜X2DPXIMPi/DPIF1H Sjinc SubmoIF2H Sync 5ubmo52 CP 4431(1)GSubnet:-not riMmked Ethernetfll5 F CP 443-1 (0)图19、H CPU硬件组态，设定CP443-1的IP地址步骤3、插入SIMATIC HMI Station ，在弹出的窗口中选择面板设备为：” OP 177B colorPN/DP'，请参照前面图 3和图4。步骤4、打开刚刚插入的 HMI Station的硬件组态（图5所示）；配置HMI IE插槽的属 性，使面板和

32、 H系统在同一条工业以太网总线上；设定面板的IP地址和子网掩码（注意，这里设定的IP地址和子网掩码必须和面板的控制面板中所设定的参数保持一致，本 例中面板的IP地址为192.168.11.10），如图20所示。1知I:Properties - Ethernet intei3WirCCfxrbfHT| 4JI 伽 MWFGeneral Parameters5r hzhe7卜1 niIP address:S.I192.1EB.1 JO-1255.255.255.0Subnet mask:Subnet:not reworked -图20、设定面板所在的网络和IP地址步骤5、编写PLC中判断CPU状态

33、的程序。如前面 MPI通信方式下的步骤 5 。口画面_1臺i至接开讯驰动程序5IMATIC S7 300/400H_Partel5IMATIC H 117 *4.5 CPU 417-4 H(0) CP 443-1(0) 开步骤6、打开面板程序 Wince flexible RT ，查看面板的连接，如下图 21所示。激活或创 建 连接_0”、连接_1”。确保这2条连接的参数（包括面板的接口、 IP地址、PLC设备 的IP地址、扩展插槽和机架-）设置正确。5IMAT1C 57 300/400 H_Panel5IMATIC H 417 v4.5 CPU 417-414( 1J OP 443-1(1)

34、 弃图21、面板和H CPU间的两条连接OP 177B colorPN/DP接口 ：HMIIE #titicn翹；® IPO isoHMI设备地址152, "166 ,1 只能在设备上蛆态地址访问点:57ONLINIE地址图22、”连接_0”的参数设置OP 177B colorPNI/0P接口 ：HMI IEStation只能在设备上蛆态地址FLC谡备访问点：STONLmE地址图23、”连接_1”的参数设置步骤7、参考前面MPI通信方式下的步骤 7。在连接_0”上创建2个Byte类型的变量 ” CPUO_Status_FromCPUO 和” CPU1_Status_From

35、CPU0 ;同样在连接_1” 上创建 2 个 Byte 型变量 ” CPU0_Status_FromCPU1” 和 ” CPU1_Status_FromCPU1” ；并创建 两个Byte类型内部变量，CPU0_Status和CPU1_Status ；工程中真正使用的变量分别 在”连接_0”和”连接_1”上各创建一份，如下图24所示。本例中在 连接_0”上添加了 一个测试变量 ” Test_Float_FromCPUO”，在连接_1”上添加了一个测试变量 ” Test_Float_FromCPU1”。注意，标识CPU状态的4个外部变量的更新属性要设置为持续更新”，以保证这些变量能够一直被系统更新

36、。口总览画面S'连接弋奏量複板!总览工周期CPUl_5tatus内部变星ByteV未定义盗没有地址1|1 s=CPUO_Status内部变量ByteW未定义A地址A11 sCPUl_Status_FramCPUOByteU未定义AMB11li=CPUO_Status_FramCPUOByteU未定义AMBO11 s=CPU0_5tatds_FrannCPU 1ByteU未定义AMBO11 sCPU1 _Stat：J5_FrannCPUlByte垛定义AMB 111 sTest_Float_From 匚 PUO连接Real垛定义AND 1011 sTest_Fhat_FramCPUL连接

37、JLReal幺定义M) 1011 s也址名爵符号图24、在两个连接上分别建立变量步骤 8、给变量 “ CPUO_Status_FromCPU0 、“CPU1_Status_FromCPU0 、“ CPU0_Status_FromCPU1 “、“ CPU1_Status_FromCPU1 “ 的 更改数值 事件上都添加脚本，调用函数 SetValue或者LinearScaling，把CPU最新的状态信息保存在内部变量 CPUO_Status 和 CPU1_Status 中。注意：外部变量 “ CPUO_Status_FromCPUO “ 和“CPU0_Status_FromCPU1 “对应的内部

38、变量是 CPUO_Status ;外部变量“CPU1_Status_FromCPU0 “ 和 “CPU1_Status_FromCPU1 “ 对应的内部变量是 CPU1_Status。如前面图15所示。步骤9、参见MPI通信方式下步骤9。在画面中放置 2个矩形对象，启用矩形对象的 动 画t外观”，选择对应的 CPU状态字(CPUO_Status 或CPU1_Status)，创建4个值并指 定前景色、背景色和闪烁，如下图 16所示。本例中，CPU STOP状态为红色；CPURUN且为Stand by是 绿色；CPU RUN 且为Master是绿色闪烁。注意，当整个HCPU停止时，由于面板上所有连接都已中断，所有变量都不可能再被更新，只会维持当 前的数值，此时画面上的CPU状态的显示将维持前一状态。建立两套相同的画面，除了画面中所使用的变量建立在不同的连接上；在两幅画面上建 立相同的切换按钮用来在这两幅画面间切换，在按钮的单击”事件中调用ActivateScreen 函数，如图25所示。本例中，创建了画面总览画面_0”和"总