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通讯组网与PLC冗余

 

主流PLC的通讯方式(西门子与三菱)

 

西门子PLC通讯形式
主要包括S7-200、S7-300、S7-400等各型号PLC:
S7-200是西门子小型PLC,因为其低廉的价格在国内得到了大规模的应用,支持MPI、PPI和自由通讯口协议。
西门子300的PLC支持MPI,还可以通过PROFIBUS 和工业以太网总线系统和计算机进行通讯。如果要完成点对点通讯,可以使用CP340/341。
S7400作为西门子的大型PLC,提供了相当完备的通讯功能。可以通过S7标准的MPI进行通讯,同时可以通过C-总线,PROFIBUS和工业以太网进行通讯。如果要使用点对点通讯,S7-400需要通过CP441通讯模块。
西门子的通讯协议没有公开,包括紫金桥组态软件在内许多组态软件都支持MPI、PPI等通讯方式,PROFIBUS和工业以太网一般通过西门子的软件进行数据通讯。

PROFIBUS-PA适用于石油、化工、医药、冶金等行业的过程控制领域;
PROFIBUS-FMS、DevieceNet适用于楼宇、交通与农业等领域;
DeviceNet、profibus-dp适用于加工制造业

三菱PLC通讯形式
三菱的PLC型号也比较多,主要包括FX系列,A系列和Q系列。三菱系列PLC通讯协议是比较多的,各系列都有自己的通讯协议。如FX系列中就包括通过编程口或232BD通讯,也可以通过485BD等方式通讯。其A系列和Q系列可以通过以太网通讯。当然,三菱的 PLC还可以通过CC-LINK协议通讯。
 

下面介绍冗余系统
 

PLC冗余可以分为:软件冗余和硬件冗余。硬件冗余对硬件型号有所要求,连接方式也不同,但
对软件并无特殊要求。


目前冗余的分类方式很多,而采用PLC冗余方式的有两种,即软冗余和硬亢余。
西门子公司在软、硬冗余两方面均给出了解决方案。而基于硬冗余的可靠性高,但构建系统
成本也较高。而基于S7300或S7400的软冗余是一种成本低又能提高可靠性的方案。目前,
软冗余系统已经在冶金、交通、电力、化工、污水处理等工业控制工程中得到了较广泛的应用。
但是对于软冗余的性能仍没有进行系统的研究。


从字面上讲,也就是实现的方式上: 


1)软冗余是通过软件实现,也就是是西门子的SWR软件包;硬冗余,则是使用CPU417H;414H;412H来实现,对于PLC本身的操作系统及硬件设置上均不同,硬冗余的同步机理为事件同步。 
2)硬冗余的两个热备系统必须使用相同的PLC;软冗余的两个暖被系统可以使用不同的PLC。 
3)硬冗余的同步链路采用同步模块和光纤,有长距,短距两种;软冗余则使用MPI,DP(CP343-5,CP443-5)和IE(CP343-1,CP443-1),程序内部调用的是xsend/xrcv;AGsend/rcv以及Bsend/rcv(仅对400),这也就是为什么S7-300 PN CPU无法使用集成PN口来实现同步的原因。 从性能上来: 
1)冗余的层级:软冗余无法进行IO冗余;IO冗余仅能在硬冗余里实现。 此外,Y-link仅能在硬冗余中实现。 
2)系统切换的时间:硬冗余:PLC无切换时间,因为程序同时在两个CPU里运行,硬冗余里成为主动切换;被动切换,也就是从站切换的时间<100ms; 
对于软冗余,冗余程序仅在主CPU内执行,备用CPU仅执行非冗余段程序,切换时为整个系统的切换。切换时间取决于同步链路的类型,速率和同步数据量的大小,DP从站的多少,多为秒级。 

对于切换,软冗余系统中,DP从站的接口模板或DP链路故障均会造成主备CPU的切换,而引起整个系统的切换;而在硬冗余中,从站的故障不会造成主备CPU的切换。 


3)信息的丢失:

提到了切换,很自然的,CPU间的切换可能导致部分信息,如报警的丢失,因为报警在当前激活的主CPU中进行处理。所以,软冗余系统中会存在信息的丢失;而硬冗余系统中,由于CPU间为事件同步的方式,且切换无时间,保证了信息不会丢失,也就是硬冗余中所说的平滑切换。 

4)通信架构: 
400H系统与上位机间的通信有多种架构,需要使用CP1613和redconnect实现,网络构成方式:双通道,四通道,单环,双环等;400H间建立的是容错S7连接。 

5)H-CiR功能: 
硬冗余系统支持H-Cir功能,可在线修改组态,增删模板,更换存储卡等


  硬冗余系统能够:
1. 平滑的主从切换
2. 自动事件同步
3. 集成的错误识别和错误定位功能
4. 操作期间可对系统进行修改
5. 类似标准CPU的在线编程
6. 下载程序时,只考虑单个CPU,程序可自动拷贝到另一个CPU中。
7. CPU修复后自动再进入。
8. 运行中所有部件可更换。
 

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