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S7-1500R系統(tǒng)調試二、三事
S7-1500R/H作為西門子最新的冗余系統(tǒng)，其強勁的性能可以滿足對容錯系統(tǒng)的所有要求。目前S7-1500R/H冗余系統(tǒng)用于以下領域，如：隧道、機場、地鐵、造船、廢水處理廠、高貨架立體倉庫等。
這次的S7-1500R/H系統(tǒng)是用于鋼鐵高爐噴煤系統(tǒng)上，業(yè)主要求用S7-1500的冗余系統(tǒng)，經過前期的溝通，推薦了S7-1515R的系統(tǒng)配置。該項目配置總共由3套S7-1515R組成，每套S7-1515R的配置清單大致如下：
PROFINET 系統(tǒng)冗余 S1/S2設備在S7-1500R/H系統(tǒng)中的表現
對于S7-1500R/H冗余系統(tǒng)，是雙CPU的硬件熱備系統(tǒng)。兩個CPU會并行處理相同的項目數據和相同的用戶程序，CPU通過兩條冗余連接進行同步。如果一個CPU出現故障，另一個CPU會接替它對過程進行控制。在S7-1500R/H冗余系統(tǒng)中，引入了系統(tǒng)冗余等級的概念，系統(tǒng)冗余S1、S2。
絕大多支持 PROFINET IO的設備都支持系統(tǒng)冗余S1，S1設備的PROFINET通信連接（AR）資源只有一個，盡管在TIA Portal V16及后續(xù)版本中，S1設備可以多重分配給兩個R/H的CPU控制器，但運行時只能連接一個PN控制器，如果發(fā)生CPU主備切換，將先與主CPU斷開，然后與備用CPU建立連接。表現為，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設備可在CPU出現主備切換時與S7-1500R/H冗余系統(tǒng)進行不間斷的過程數據交換，IO控制在切換過程中無擾動。
為了實現在主CPU發(fā)生故障時（主-備切換）不造成通信中斷，S7-1500R/H系統(tǒng)中PROFINET IO設備必須支持S2系統(tǒng)冗余。
SCALANCE XC200交換機組態(tài)設置
在S7-1500R系統(tǒng)中，需要通過MRP（介質冗余）環(huán)網來實現CPU的同步，如果環(huán)網上需要交換機，需要交換機支持系統(tǒng)冗余S2、MRP（介質冗余）、H-Sync，當前西門子可以使用的的交換機有以下類型：
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
在此次項目中，XC206放在兩個CPU與S2 IO設備的MRP環(huán)網中， XC206需要在介質冗余角色的選項里設置為客戶端，同時需要根據實際的網口使用情況指環(huán)網端口5和6功能。
在這里XC206和ET200SP一樣，組態(tài)為冗余CPU的IO設備，也是多重分配。
S7-1515R同步故障、分析及解決方法
接下來我們來看一下調試過程中遇到的問題以及解決的方法。
現場情況概述：3套S7-1515R，除了CPU僅能單機運行，其他3個XC206，3套XC208及所有IO設備站點可用，無報錯信息及PROFINET環(huán)網閉合正常狀態(tài)。
故障現象1
單套S7-1515R系統(tǒng)中，主CPU在RUN狀態(tài)，備用CPU啟動時，系統(tǒng)將切換到SYNCUP操作模式。正常的過程是：
①復制 SIMATIC 存儲卡
②重新啟動備用 CPU
③完成任務
④復制工作存儲器
⑤彌補備用 CPU 滯后
但是在現場的S7-1515R出現了SYNCUP 中止，在SYNCUP步驟進行到第⑤步時，備份CPU進入停機狀態(tài)，無法完成同步工作，如圖片3。
圖3
故障1分析
在SYNCUP階段⑤，備用CPU要追上主CPU的進度。
追趕過程中，備用CPU不僅要執(zhí)行用戶程序，而且開始與IO設備建立連接，并且備用CPU將在每個循環(huán)控制點向主CPU發(fā)送有關程序進度的狀態(tài)消息，所以此時備用CPU負荷非常大。
而圖片3中的紅色故障部分，顯示的就是備用CPU的滯后時長故障，備用 CPU無法跟上主CPU上的程序執(zhí)行進度；簡而言之，備用CPU追不上主CPU，從而導致了SYNCUP失敗。
故障1解決方法
放慢用戶程序的循環(huán)周期時間，讓備用CPU在SYNCUP階段能夠追上主CPU進度。將系統(tǒng)最小循環(huán)時間適當加大即可。由于考慮到系統(tǒng)后續(xù)的程序量，將最小循環(huán)時間設置為30ms后，解決該問題。
故障現象2
客戶為了簡化調試，想通過一個網絡編程調試3套S7-1500R, 因而沒有嚴格按項目中的拓撲組態(tài)連接網絡?？蛻羰紫葘?套S7-1515R的完整組態(tài)獨立下載，之后用網線將三套系統(tǒng)串聯(lián)后，這將三個本該獨立的環(huán)網隨意連接到了一起。出現了第三套系統(tǒng)的一臺CPU1515R被第二套系統(tǒng)同步（該臺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；其中二號系統(tǒng)和三號系統(tǒng)所有的硬件配置、網絡架構和拓撲結構完一樣；出現上述故障現象的CPU的冗余ID分別為1,2,1,2；上述條件，完具備了配對的條件，導致了同步紊亂。
故障2解決方法
3套系統(tǒng)IO環(huán)網各自獨立，與上位機、編程電腦網絡連接由各自CPU的X2口，通過XC208組網。
G120組態(tài)，切換問題分析及解決方法
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切換的過程中會導致G120的掉站，這樣會導致G120觸發(fā)通信故障而停機，這是控制工藝上不允許的。
在組態(tài)上，G120通過TIA博途自帶的硬件庫組態(tài)，無法實現多重分配給兩個冗余的CPU1515R我們需要安裝G120的GSD文件，通過GSD文件組態(tài)，可實現多重分配。
CPU 切換的故障現象
由于G120僅支持S1模式，當冗余系統(tǒng)切換時，G120會觸發(fā)通信故障而停機。
故障分析
當CPU主備切換時，G120短暫停車，是因為觸發(fā)了PROFINET通信中斷報警，故障代碼F8501。
解決方法
S7-1500R/H CPU切換過程中，系統(tǒng)冗余S1的設備會瞬間掉站，這是系統(tǒng)冗余的性能決定的，在主備CPU 一側是一定會判斷掉站的，但是在G120側，可以通過G120自由功能塊的斷開延時功能編輯邏輯來對短暫出現的通信故障做延遲響應處理。
也就是說在CPU切換的短暫過程中，CPU認為G120掉站了，但是G120不認為自己掉站，仍然維持最后的運行狀態(tài)，這樣就不會導致G120的停機。
G120 重要參數如下:
最終結果，當CPU主備切換時，G120不停機；如果發(fā)生網絡中斷超過10S后或者其他故障時，G120停機。
這樣，通過G120簡單的編程處理也可以避免S1設備在冗余CPU切換過程中的停機，解決了客戶這個應用要求。
S7-1500R/H系統(tǒng)性能穩(wěn)定、功能強大，但是調試過程中還是有很多的注意事項