西門子S7-400H冗余PLC系統(tǒng)信息診斷

劉二龍

（太原重工股份有限公司技術(shù)中心，山西太原 030024）

西門子S7-400H冗余PLC系統(tǒng)信息診斷

劉二龍

（太原重工股份有限公司技術(shù)中心，山西太原 030024）

簡(jiǎn)要介紹西門子S7-400H冗余PLC系統(tǒng)，并具體闡述了兩個(gè)互為冗余PLC的主備運(yùn)行信息、電池信息、冗余Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)信息和Y-LINK下屬Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)信息的診斷。S7-400H系列冗余PLC在核電站環(huán)吊、干熄焦提升機(jī)等高可靠性控制要求場(chǎng)合，能較好地滿足功能要求，冗余設(shè)計(jì)大大提高不間斷運(yùn)行時(shí)間，而對(duì)冗余PLC相關(guān)信息進(jìn)行診斷并在上位機(jī)進(jìn)行顯示，可顯著減少故障排查時(shí)間，利于快速恢復(fù)系統(tǒng)運(yùn)行。

S7-400H 冗余系統(tǒng) Y-LINK 信息診斷

德國(guó)西門子（SIEMENS）公司生產(chǎn)的S7系列PLC，由于其性能強(qiáng)大、質(zhì)量可靠，在我國(guó)應(yīng)用較為廣泛，在冶金、化工、能源等很多領(lǐng)域都有所涉及。S7-400H系列冗余PLC作為S7系列PLC中的高端存在，被廣泛應(yīng)用于有高可靠性或不間斷性要求的最高等級(jí)控制需求場(chǎng)合中，例如核電站環(huán)吊、干熄焦提升機(jī)等。

1 S7-400H冗余PLC系統(tǒng)介紹

S7-400H冗余PLC系統(tǒng)，通過將發(fā)生中斷的單元自動(dòng)切換到備用單元的方法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的不間斷工作，通過部件冗余實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高可靠性，避免由于單個(gè)CPU故障造成系統(tǒng)癱瘓，無(wú)擾動(dòng)切換，不會(huì)丟失任何信息。

1.1 S7-400H冗余PLC系統(tǒng)架構(gòu)

S7-400H系統(tǒng)的冗余架構(gòu)確保了任何時(shí)候的系統(tǒng)可靠性，例如所有的重要部件都是冗余配置。這包括了冗余的CPU、供電模塊和用于冗余CPU通信的同步模塊。根據(jù)特定的自動(dòng)化控制過程需要，還可以配置冗余客戶服務(wù)器、冗余通訊介質(zhì)、冗余接口模塊IM153-2等。

1.2 S7-400H冗余PLC系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

S7-400H冗余系統(tǒng)中兩個(gè)CPU同時(shí)工作，互為主備，CPU沒有切換時(shí)間。I/O為主動(dòng)冗余，同時(shí)工作。S7-400H冗余系統(tǒng)有如下優(yōu)點(diǎn)：主備切換平滑；自動(dòng)事件同步；具有集成的錯(cuò)誤識(shí)別和錯(cuò)誤定位功能；操作期間可對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行修改；可實(shí)現(xiàn)類似標(biāo)準(zhǔn)CPU的在線編程；下載程序時(shí)，只考慮單個(gè)CPU，程序可自動(dòng)拷貝到另一個(gè)CPU中；CPU修復(fù)后自動(dòng)再進(jìn)入；運(yùn)行中所有部件可更換。

1.3 主備PLC同步建立的過程

CPU故障后，替換的備份CPU與主CPU同步連接自動(dòng)建立，備份CPU發(fā)出Link-up請(qǐng)求，主站在禁止刪除、拷貝和生成塊功能后將所有數(shù)據(jù)發(fā)送給備份CPU。備份CPU執(zhí)行自測(cè)試，然后向主站發(fā)出更新請(qǐng)求。主站在終止已組態(tài)連接的通訊和禁止低級(jí)別的報(bào)警后，拷貝動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)給備份CPU。主站運(yùn)行用戶程序，在禁止所有報(bào)警和中斷后向已Link-up的備份CPU發(fā)送上次更新后發(fā)生改變的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。備份CPU接收主CPU的輸入、輸出、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器和內(nèi)存位信息，主CPU能報(bào)警/中斷和通訊，主、備CPU進(jìn)入到冗余、同步操作過程。同步連接的建立如下頁(yè)圖1所示。

2 S7-400H冗余PLC系統(tǒng)信息診斷過程

在實(shí)際應(yīng)用中，需要對(duì)PLC系統(tǒng)相關(guān)信息進(jìn)行診斷，并在上位機(jī)進(jìn)行顯示，以便于運(yùn)行維護(hù)人員掌握系統(tǒng)運(yùn)行狀況以及排查故障。

本文將對(duì)常用的冗余PLC的主備運(yùn)行信息、電池信息、冗余Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)信息和Y-LINK下屬Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)信息的診斷加以闡述。

2.1 冗余PLC主備運(yùn)行信息診斷

對(duì)冗余PLC的主備運(yùn)行信息進(jìn)行診斷，需要通過FB523進(jìn)行。FB523是通過調(diào)用系統(tǒng)功能塊SFC51“RDSYSST”讀取系統(tǒng)狀態(tài)列表或部分列表然后對(duì)獲取的信息加以處理封裝而實(shí)現(xiàn)其功能的。FB523需要在時(shí)間中斷組織塊OB35、暖啟動(dòng)塊OB100、冷啟動(dòng)塊0B102里調(diào)用，調(diào)用的程序如圖2所示，圖2中FB523各接口參數(shù)解釋如表1所示。

圖1 主備CPU同步建立的過程

圖2 FB523程序調(diào)用示例

表1 FB523各接口參數(shù)解釋

2.2 電池信息診斷

西門子S7-300系列CPU通過MMC卡存儲(chǔ)可保持存儲(chǔ)區(qū)的數(shù)據(jù)，在PLC斷電的情況下不需要電池就可保證數(shù)據(jù)不丟失。西門子S7-400系列CPU由于設(shè)計(jì)理念的不同，在PLC斷電的情況下需要通過電池來存儲(chǔ)才可保持存儲(chǔ)區(qū)的數(shù)據(jù)，一旦電量不足或電池故障，容易造成數(shù)據(jù)丟失，影響程序下次運(yùn)行，給用戶造成經(jīng)濟(jì)損失。所以對(duì)電池信息進(jìn)行診斷，并在出現(xiàn)警告信息時(shí)及時(shí)對(duì)電池進(jìn)行更換。

在更換電池時(shí)，需要在PLC帶電運(yùn)行情況下進(jìn)行，以免在電池更換過程中，丟失數(shù)據(jù)。

電池更換的流程為：將BATT.INDIC撥動(dòng)開關(guān)，撥向OFF→取下舊電池→裝入新電池到BATT.1槽或BATT.2槽→根據(jù)電池所在槽位，將BATT.INDIC撥動(dòng)開關(guān)撥向1 BATT.或2 BATT.，以激活電池監(jiān)測(cè)功能。

電池信息診斷是通過調(diào)用系統(tǒng)功能塊SFC51“RDSYSST”讀取系統(tǒng)狀態(tài)列表或部分列表來實(shí)現(xiàn)的。SFC51需要在OB1中調(diào)用，調(diào)用的程序如圖3所示。

圖3 SFC51調(diào)用示例

圖3中：REQ，為TRUE，表示啟動(dòng)處理；SZL_ID表示將要讀取的系統(tǒng)狀態(tài)列表或部分列表的ID號(hào)；INDEX表示部分列表中對(duì)象的類型或編號(hào)；RET_VAL表示如果執(zhí)行SFC時(shí)出錯(cuò)，則RET_VAL參數(shù)將包含錯(cuò)誤代碼；BUSY，為TRUE表示尚未完成讀??；SZL_HEADER，length為在OB1 temp變量區(qū)里建立的變量，類型為Struct（結(jié)構(gòu)），里面包含兩個(gè)word變量，分別為size和number；DR表示SSL列表讀取或SSL部分列表讀取的目標(biāo)區(qū)域；DB524為建立的數(shù)據(jù)塊，里面為一個(gè)包含500個(gè)BYTE的數(shù)組；DB524.DBX0.0，為1，表示RACK0 CPU電池故障；DB524.DBX0.1，為1，表示RACK1 CPU電池故障。

2.3 冗余Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)信息診斷

在西門子S7-300/400標(biāo)準(zhǔn)系列PLC中，進(jìn)行Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)信息診斷常用的程序塊有FC125、FB125和FB126。FB125、FB126需要在OB1、OB82、OB86、OB82、OB100中調(diào)用。FC125需要在OB1中調(diào)用。FB126能滿足絕大多數(shù)場(chǎng)合的應(yīng)用，接口參數(shù)少且默認(rèn)不用輸入，但在一個(gè)項(xiàng)目最多只能診斷5條總線的Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)信息，而且總線ID號(hào)只能是1至5。FB125接口參數(shù)多，診斷信息豐富，且沒有診斷的總線條數(shù)以及總線ID號(hào)數(shù)字范圍的限制。FC125接口參數(shù)適中，同樣沒有診斷的總線條數(shù)以及總線ID號(hào)數(shù)字范圍的限制，但診斷信息比FB125少。

在西門子S7-400H冗余系列PLC中，F(xiàn)B125、FB126無(wú)法正常地進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)信診斷，只有FC125可以實(shí)現(xiàn)正常診斷。FC125需要在OB1中調(diào)用，可以檢測(cè)到丟失和故障的從站，S7-400H具有冗余的Profibus-DP總線，所以必須在CPU中調(diào)用2次（通過參數(shù)DP_MASTERSYSTEM識(shí)別），分別監(jiān)控兩條Profibus-DP總線上的從站。

由于FC125在S7-300/400標(biāo)準(zhǔn)系列PLC中應(yīng)用較多，故對(duì)程序調(diào)用以及對(duì)接口參數(shù)的解釋就不再贅述。

2.4 Y-LINK下屬Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)信息診斷

在西門子S7-400H冗余系列PLC中，Y_LINK下屬的DP從站無(wú)法使用FC125、FB125和FB126進(jìn)行診斷，這時(shí)需要用SFC13“DPNRM_DG”讀取DP從站的診斷信息。以下將結(jié)合一個(gè)示例項(xiàng)目對(duì)SFC13的診斷信息進(jìn)行闡述，圖4為示例項(xiàng)目的硬件組態(tài)。

SFC13需要在OB1中調(diào)用，調(diào)用的程序如圖5所示。

圖4 示例項(xiàng)目的硬件組態(tài)

圖5 SFC13調(diào)用示例

圖5中：REQ，為TRUE，表示啟動(dòng)處理；LADDR表示Y-LINK模塊的診斷地址，需轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制；RET_VAL表示如果執(zhí)行SFC時(shí)出錯(cuò)，則RET_VAL參數(shù)將包含錯(cuò)誤代碼；RECORD表示診斷信息存儲(chǔ)的目標(biāo)區(qū)域；DB102為建立的數(shù)據(jù)塊，里面為一個(gè)包含190個(gè)BYTE的數(shù)組；BUSY，為TRUE，表示尚未完成讀取。

在示例項(xiàng)目的硬件組態(tài)中，選中3號(hào)站，在下方的狀態(tài)欄中有如圖6的顯示，其硬件組態(tài)占用兩行。9號(hào)站和34號(hào)站各占用了一行。

SFC13的診斷結(jié)果如圖7所示。

圖6 3號(hào)站狀態(tài)欄

圖7 SFC13診斷結(jié)果

從圖7中的診斷結(jié)果可以看出：從DBB41開始存放已組態(tài)從站的診斷信息；已組態(tài)從站按DP站號(hào)從小到大的順序，依次連續(xù)按位存放診斷信息；每個(gè)從站所占的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度不一樣，根據(jù)從站的模塊數(shù)而不同，如圖6所示，每個(gè)從站在狀態(tài)欄里占用幾行，就等同于有幾個(gè)模塊；每個(gè)從站通訊是否正常以及每個(gè)模塊是否有故障各占用兩個(gè)位，兩個(gè)位都為0，代表正常。

3 結(jié)語(yǔ)

S7-400H系列冗余PLC在核電站環(huán)吊、干熄焦提升機(jī)等高可靠性控制要求場(chǎng)合，能較好地滿足功能要求，冗余設(shè)計(jì)更能大大提高不間斷運(yùn)行時(shí)間，而對(duì)冗余PLC相關(guān)信息進(jìn)行診斷并在上位機(jī)進(jìn)行顯示，可顯著減少故障排查時(shí)間，利于快速恢復(fù)系統(tǒng)運(yùn)行。以上診斷方法，在實(shí)際生產(chǎn)中得到驗(yàn)證，穩(wěn)定可靠，值得推廣應(yīng)用。

（編輯：胡玉香）

Diagnosis of S7-400h Redundancy PLC System

LIU Erlong
（Technology Center of Taiyuan Heavy Industry Co.,Ltd.,Taiyuan Shanxi 030024）

This paper briefly introduces the s7-400h redundancy PLC system,and then describes how to diagnose master/standby and run/stop information,battery information,redundancy Profibus-DP information,and Y-LINK Profibus-DP information.S7-400H series of redundant PLC can better meet the functional requirements for polar crane in nuclear power plant,CDQ hoist and other high reliability control occasions.The redundant design can greatly improve the uninterrupted operation time,diagnose and display related information of redundant PLC in PC,which can obviously reduce troubleshooting time and restore the system rapidly.

S7-400h,redundancy system,Y-LINK,information diagnosis

TP273

A

1672-1152（2016）06-0117-03

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2016.06.41

2016-11-07

劉二龍（1988—），男，太原重工股份有限公司技術(shù)中心工程師。