第三章S7-400H系统通讯

3.1 S7-400H与S7-400H之间的通讯

3.1.1 H系统之间的通讯链路

冗余通讯增强互连系统之间可用性最简单的办法是采用冗余系统网络，当一条网络链路损坏时，系统可自动切换到另外一条网络链路。其网络的连接可以根据需要组成如下不同的网络结构。

(1)在H系统的每个机架上分别插入1块CP443-1组成双以太网，如下图3-1所示：

 

 

图3-1 H系统双以太网结构(一)

 

(2)在H系统的每个机架上分别插入2块CP443-1组成双以太网，如图3-2所示：

 

图3-2 H系统双以太网结构(二)

 

(3)在H系统的每个机架上分别插入1块CP443-1组成单以太网,如图3-3所示：

 

图3-3 H系统以太网结构(三)

 

(4)在H系统的每个机架上分别插入1块CP443-1组成以太环网,如图3-4所示：

 

图3-4 H系统以太网结构(四)

 

(5)在H系统的每个机架上分别插入1块CP443-1组成以太双环网,如图3-5所示：

 

图3-5 H系统以太网结构(五)

(6)在H系统的每个机架上分别插入2块CP443-1组成双以太双环网,如图3-6所示：

 

图3-6 H系统以太网结构(六)

 

                                                                                                                           

3.1.2 H 系统之间的通讯配置

以图3-4为例，即H系统的每个机架上分别插入1块CP443-1组成以太环网，来介绍H  系统的通讯配置。

(1)运行SIMATIC Manager 来创建一个新的项目,示例中为400H-COM。插入一个新的H站。示例中将其命名为417h，如图3-7所示。

图3-7 建立417h站

 

(2) 通过双击硬件或使用右键弹出菜单, 打开 417h的硬件组态（HW Config），根据实际硬件进行组态。如图3-8所示。

图3 -8 417h站的硬件组态

(3)通过分别右击CP443-1和CP443-1(1)“Object properties”来建立以太网,并配置CP443-1属性,如图3-9所示:

图3 -9 建立以太网并配置CP443-1属性

 

(4)组态完毕后，可进行编译并通过MPI或以太网下装到CPU中。

(5)通过如上步骤建立第二个冗余站417h-b。

(6)H 系统的网络组态

在417-4h和417h-b组态完毕之后，则可进入网络组态。通过点击”Configure Network”图标进入网络组态界面。选择417h的CPU,并在下栏的网络连接里点击鼠标右键插入新的连接“S7 Connection fault tolerant”连结，如图3-11所示。

 

图3-11建立网络连接

 

这样H系统之间就建立了共4条通讯链路，如图3-12-所示。

 

图3-12  H系统之间4条通讯链路

 

(7)存盘编辑网络连接，如图3-13所示：

                                                

图3-13 存盘编辑网络连接

 

(8)分别下载417h站和417hb的网络连接，如图3-14所示：

图3-14 分别下载417h站和417hb的网络连接

3.1.3 H 系统通讯功能块的调用

H系统之间可以通过BSEND/BRCV实现通讯数据之间安全的数据传送，也可以通过USEND/URCV实现通讯数据之间快速的、无确认的数据传送,用PUT/GET亦可实现只在单边编程就可以读/写通讯对象的数据.以下系统功能和功能块可以适用于H系统之间的通讯。

 

(1)传送和接收功能

SFB 8 USEND                向通讯对象发送数据 (无确认.)

SFB 9 URCV                 )

SFB 14 GET                   从通讯对象读取数据

SFB 15 PUT                   向通讯对象写数据

(2)控制功能

SFB 19 START           使通讯对象重启

SFB 20 STOP           使通讯对象停止

SFB 21 RESUME       使通讯对象继续工作

(3)监控功能

SFB 22 STATUS         提供通讯对象的工作状态

SFB 23 USTATUS      接收通讯对象的工作状态

(4)查询功能

SFC 62 CONTROL     查询连接的状态

 

以BSEND/BRCV为例，简单介绍H系统之间的数据交换。

在417H站中调用SFB12

      CALL  BSEND , DB12

       REQ   :=M10.0

       R     :=M10.1

       ID    :=W#16#1

       R_ID  :=DW#16#1

       DONE  :=M1.0

       ERROR :=M1.1

       STATUS:=MW20

       SD_1  :=IB0

       LEN   :=MW8

 

在417H-B站中调用SFB13

 

      CALL  BRCV , DB12

       EN_R  :=M100.0

       ID    :=W#16#1

       R_ID  :=DW#16#1

       NDR   :=M20.0

       ERROR :=M20.1

       STATUS:=MW22

       RD_1  :=QB0

       LEN   :=MW0

参数描述如下：

REQ：沿触发。

EN_R：为1时接收

R_ID：区分双字，用于与同一连接其他块区分，发送与接收必须一致。

SD_I、RD_I：发送区与接收区。

ERROR：错误位。

STATUS：通讯状态字。

这样，417h站IB0的数据就可以传送到417hb站的QB0。

 

3.2 S7-400H与标准CPU之间的通讯

3.2.1 H系统与标准CPU的通讯链路

H系统与标准CPU的通讯有两种网络连接方式：一种是通过以太网通讯，如图3-14所示，另一种通过Y-Link连接到PROFIBUS网络，如图3-15所示。

 

图3-14 H系统与标准CPU的以太网通讯链路

 

 

 

图3-15  H系统与标准CPU的Profibus通讯链路

 

3.2.2  S7-400H与标准CPU之间的通讯配置

S7-400H与带有CP模板的标准CPU之间的Profibus通讯配置可参考Profibus主从通讯配置;如果S7-400H与标准CPU之间是通过与标准CPU集成的DP口通讯时,则需要标准CPU的Profibus-dp的GSD文件,此时可以把标准CPU当作Profibus从站进行配置即可,对于S7-400H与标准CPU之间的Profibus通讯配置本文就不再描叙,

H CPU与标准CPU之间的以太网通讯配置和S7-400H与S7-400H之间的通讯配置类似。先对S7-400H和标准CPU硬件组态完成后，则可进入网络组态。通过选择菜单和图标进入网络组态的界面。在进入网络组态后，点击鼠标右键插入新的连接”S7 Connection fault tolerant”连结，插入连接的步骤图3-16所示。

 

图3-16 H CPU与标准CPU之间的以太网通讯配置

 

这样S7-400H与标准CPU之间的通讯就建立，连接共2条通道，如图3-17、3－18所示。

 

 

 

 

图3-17  S7-400H与标准CPU之间的以太网链路

 

图3-18 S7-400H与标准CPU之间的以太网通讯连接

 

3.2.3 S7-400H与标准CPU通讯功能块的调用

H系统之间可以通过BSEND/BRCV实现通讯数据之间安全的数据传送，也可以通过USEND/URCV实现通讯数据之间快速的、无确认的数据传送,用PUT/GET亦可实现只在单边编程就可以读/写通讯对象的数据。以下系统功能和功能块可以适用于S7-400H与标准CPU之间的通讯：

(1)传送和接收功能

SFB 8 USEND           向通讯对象发送数据 (无确认.)

SFB 9 URCV             从通讯对象接收数据 (无确认)

SFB 12 BSEND         向通讯对象发送数据 (有确认)

SFB 13 BRCV           从通讯对象接收数据 (有确认)

SFB 14 GET             从通讯对象读取数据

SFB 15 PUT             向通讯对象写数据

(2)控制功能

SFB 19    START      使通讯对象重起

SFB 20 STOP           使通讯对象停止

SFB 21 RESUME      使通讯对象继续工作

(3)监控功能

SFB 22 STATUS       提供通讯对象的工作状态

SFB 23 USTATUS     接收通讯对象的工作状态

(4)查询功能

SFC 62 CONTROL    查询连接的状态

 

以下以BSEND/BRCV为例，简单介绍H系统之间的数据交换。

在417H站中调用SFB12

      CALL  BSEND , DB12

       REQ   :=M10.0

       R     :=M0.1

       ID    :=W#16#1

       R_ID  :=DW#16#1

       DONE  :=M1.0

       ERROR :=M1.1

       STATUS:=MW20

       SD_1  :=IB0

       LEN   :=MW8

 

在417站中调用SFB13

 

      CALL  BRCV , DB12

       EN_R  :=M100.0

       ID    :=W#16#1

       R_ID  :=DW#16#1

       NDR   :=M20.0

       ERROR :=M20.1

       STATUS:=MW22

       RD_1  :=QB0

       LEN   :=MW0

 

参数描述

REQ：沿触发。

EN_R：为1时接收

R_ID：区分双字，用于与同一连接其他块区分，发送与接收必须一致。

SD_I、RD_I：发送区与接收区。

ERROR：错误位。

STATUS：通讯状态字。

这样，417H站IB0的数据就可以传送到417B站的QB0。

 

3.3 H系统与WinCC的通讯

3.3.1 H系统与WinCC连接

H系统与WinCC的通讯可根据不同要求采用单路径、双路径、四路径连接等三种方式。

(1) H系统与WinCC的单路径连接(如图3-19)

H系统与WinCC的单路径连接需要的软、硬件：

1.      SIMATIC H站，两机架每个机架1个通讯卡（2 CP）。

2.      PC机插1块CP1613工业以太网卡。

3.      STEP7 V5.3 (或STEP7 V5.2加冗余软件包), 1套

4.      SIMATIC NET软件V6.2 SP1, 1套

5.      WinCC V6.0 SP2,1套

6.      S7-REDCONNECT V6.2, 1套

 

图3-19  H系统与WinCC的单路径连接

 

 

(2) H系统与WinCC的双路径连接,如图3－20所示：

H系统与WinCC的双路径连接需要的软、硬件：

1.      SIMATIC H站，两机架每个机架1个通讯卡（2 CP）。

2.      PC机插2块CP1613工业以太网卡。

3.      STEP7 V5.3 (或STEP7 V5.2加冗余软件包), 1套

4.      SIMATIC NET软件V6.2 SP1, 1套

5.      WinCC V6.0 SP2,1套

6.      S7-REDCONNECT V6.2, 1套

这种连接采用双路径，任一器件的损坏，系统可以自动从另一路径进行通讯。

 

 

图3-20 H系统与WinCC的双路径连接

 

（3）H系统与WinCC的四路径连接，如图3－21所示

H系统与WinCC的四路径连接需要的软、硬件：

1.      SIMATIC H站，两机架每个机架2个通讯卡（4 CP）。

2.      PC机插2块CP1613工业以太网卡。

3.      STEP7 V5.3 (或STEP7 V5.2加冗余软件包), 1套

4.      SIMATIC NET软件V6.2 SP1, 1套

5.      WinCC V6.0 SP2,1套

6.      S7-REDCONNECT V6.2, 1套

 

图 3-21系统与WinCC的四路径连接

 

3.3.2组态通讯过程

下面我们以单路径通讯为例,即H系统与单CP1613的PC站通过单以太网段进行通讯的例子。双路径或四路径的通讯可参考此例。

(1)首先组态400H, 400H站组态的步骤和3.1.2一样, 示例中项目名称为400h-COM。400H站命名为417h。

组态完毕后，可进行编译并通过MPI或以太网下装到CPU中。

(2)向项目中插入一个PC站。

图3-22 建立PC站

 

在本例中，PC站的名称为：MyStation。然后，对PC站进行组态，如图3-23、3-24所示。

图3-23 组态PC站(1)

 

如同在417H硬件组态相同，在本例中分别插入Wincc Application、CP1613。

图3-25组态PC站(2)

 

设置CP1613的网络配置。如图3-26  3-27所示。

图3-26设置CP1613的网络配置(1)

 

 

图3-27 设置CP1613的网络配置(2)

 

PC站组态完毕后，进行编译检查是否有组态错误。

若没有组态错误，则在“Configuration console” 中进行组态。

(3)运行“Configuration Console”编辑器,组态CP1613，如图3-28所示。

 

图3-28 组态CP1613

 

在控制台组态编辑器画面中，需要对CP1613进行组态。首先，需要把“Mode of Module ”的选项设置为：“Configured mode”。然后，把Index选项设置为与PC站相应的槽号，选择应用“Apply”按钮，如下图3-29。

图3-29 组态CP1613的工作模式

 

(4)使用“Station Configuration Editor”进行编辑。双击工具条上的图标或者双击桌面上的“Station Configuration Editor”图标进入编辑画面，如图3-30所示。

图3-30 编辑PC Station

 

进入Station Configuration Editor中即可见到在Configuration Console中配置的CP1613。对应于PC Station中的硬件组态，在Station Configuration Editor的相应槽位上添加WinCC Application。添加WinCC Application只需在相应槽位上单击右键进行选择。如图3-31所示。

图3-31 在PC Station中建立“WinCC Application”

 

Station Configuration Editor完成后如图3-32.

 

图3-32 配置完成PC Station

 

“Configuration Console” 集成了访问点的设置选项。通过把S7-ONLINE 的访问点设为“pc internal(local)”，系统会自动地选择通讯路径，如图3-33所示。

 

图3-33在“Configuration Console” 设置访问点

 

 

设置完成后即可从“HW Config ”下载MyStation硬件配置组态。

同时应注意“Station Configuration Editor”中的station name 必须于SIMATIC Manager中SIMATIC PC STATION的名字（即MyStation）一致；否则，不能正确下装。

 

图3-34 下载PC站

 

PC站中WinCC Application和CP1613的槽号与Station Configuration Editor一样。

下载完成后，Station Configuration Editor中的状态如图3-35所示。

图3-35 下载完成后PC站状态

(5)网络组态

在417-4H及PC站组态完毕之后，则可进入网络组态。通过选择菜单和图标进入网络组态的界面，如图3-36所示。

图3-36 网络组态

 

在进入网络组态后，就可以建立417-4H与MyStation /WinCC Application 之间的连接。 如图3-37

 

图3-37建立417-4H与MyStation /WinCC Application 之间的连接

 

 

(6)向MyStation 和417h中下装网络组态信息。

在网络组态编辑器画面，选中MyStation按“DownLoad”按钮，将MyStation的硬件配置及冗余连接下装到“Station Configuration Editor” 中。选中417H按“DownLoad”按钮，将417h站的连接下装到CPU中。

(7)组态WinCC，建立冗余连接。点击Add New Driver,插入S7 Protocol Suite。

图3-38 组态WinCC，建立冗余连接

 

在“S7 Protocol Suite”下的“Named Connection” 选项中插入”New Driver Connection”，如图3－39所示：

图3-39 建立“New Driver Connection”。

 

设置New Driver Connection 的属性 ,如图3-40所示。

 

 

 

 

图3-40 设置New Driver Connection 的属性

 

其中“connection name”为“NetPro”中所建立的connection 名字, 即“S7 connection_1”。此时，即可通过冗余连接进行通讯了。

 

(8)打开图形编辑器组态画面进行测试，如图3－41所示：

图3-41 WinCC 通讯测试

 

 

3.4 OP与S7-400H的连接的解决方案

3.4.1 S7-400H及OP的工作机制

S7-400H 由两个的控制器组成(CPU0和CPU1)，两者之间通过光纤连接来实现同步， 在正常情况下，两个CPU 都处在运行模式,，其中一个作为主CPU 在运行，另一个作为备用CPU 在运行(冗余模式)，如果主CPU 中发生了错误，系统会自动切换到备用CPU上，此时，备用CPU 运行在单机模式， 一旦产生错误的CPU 修复完毕投入运行，修复的CPU 作为备用CPU ， 这种主备关系会一直保持的下次切换。

OP和控制器通过MPI或者通过Profibus连接，一个OP可以连接到一条（MPI或DP）总线，OP通过这条总线可以和几个控制器相连，在此总线上的OP及控制器的地址必须是唯一的。如图3－42所示，这种接法是错误的，因为在下面的总线上，有2个地址是相同的。

图3－42 冗余CPU的地址不能相同

 

如果一个OP要连接几个CPU，这些CPU一定要有不同的地址，如图3－43所示：

图3－43冗余CPU的地址不能相同

在这种配置中，会有以下问题,如果一个CPU故障，OP会显示一个它试图去连接一个故障CPU的错误信息，OP不能正常工作。在标准CPU配置中，如果CPU发生故障，整个设备都不能操作，这种情况是可以接受的。在H-CPU系统中，如果一个CPU发生故障，另一个还在运行，此时系统处在单机模式，是S7-400H系统的一种正常状态，所以OP 此时必须处在操作的状态。下面介绍OP连接H系统的主要方法。

3.4.2 OP连接到H-System一边

一个OP连接到其中的一边，如果这边的CPU发生故障，OP就不能再进行操作显示，如图3－44所示：

图3－44连接单边CPU

 

3.4.3连接冗余的OP

最简单的方法是每个控制器各连一个OP，这种解决方案价格比较贵，但也最能反映冗余的原理，因为OP硬件也是冗余的，这种方式两边的地址要设的完全一样。如图3－45所示：

 

图3－45分别连接每个CPU

 

3.4.4 通过控制中继器电源切换OP到H-System任一边

（1）OP到H-System接线

一般情况下，OP和S7-H的子系统都连在同一MPI/Profibus网段上，我们通过中继器分成几个独立的段，通过切换中继器的电源，可以把OP切到连H-System一边，这种方法，两个CPU的地址必须相同。如图3－46所示：

图3－46 利用中继器OP连接H系统

 

（2）中继器的接线

OP连到哪个控制器是由中继器的电源切换来决定的，例如，在中继器的电源供应上，用一个两路转换器可以确保其中一个中继器接通电源，中继器的切换可以通过手动切换，也可以通过编程用数字量输出自动切换。中继器供电如图3－47所示：

 

图3－47中继器电源的连接方法

 

（3）信号通道

在运行过程中，OP连接CPU的通道通过编程在CPU故障时自动切换，或者是人为的手动切换，OP和H-System之间的信号通道如图3－48所示：（注：CPU上标注箭头的是故障或故障通道，虚线表示当前信号通道）

 

图3－48 通过中继器的信号通道