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S7-300 PLC系統(tǒng)組成

系統(tǒng)組成：

一、軟件冗余基本信息介紹

　　軟件冗余是Siemens實現(xiàn)冗余功能的一種低成本解決方案,，可以應用于對主備系統(tǒng)切換時間為秒級的控制系統(tǒng)中,。

　　1、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　Siemens軟件冗余系統(tǒng)的軟件,、硬件包括：

　?。?）1套STEP7編程軟件（V5.2或更高）加軟冗余軟件包(V1.x)；

　?。?）2套PLC控制器及I/O模塊,，可以是S7-300（313C-2DP，314C-2DP,，31X-2DP）或S7-400（全部S7-400系列CPU）系統(tǒng),；

　　（3）3條通訊鏈路,，主系統(tǒng)與從站通訊鏈路（PROFIBUS 1）,、備用系統(tǒng)與從站通訊鏈路（PROFIBUS 2）、主系統(tǒng)與備用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)同步通訊鏈路（MPI 或 PROFIBUS 或

　　Ethernet）,；

　?。?）若干個ET200M從站,，每個從站包括2個IM153-2接口模塊和若干個I/O模塊,；Y-link不能用于軟冗余系統(tǒng)；

　?。?）除此之外,，還需要一些相關(guān)的附件,，用于編程和上位機監(jiān)控的PC-Adapter（連接在計算機串口）或CP5611（插在主板上的PCI槽上）或CP5511（插在筆記本的PCMIA槽里）、PROFIBUS電纜,、PROFIBUS總線鏈接器等,。

　　系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示：

　　圖1軟冗余的系統(tǒng)架構(gòu)

　　可以看出，系統(tǒng)是由兩套獨立的S7-300或S7-400 PLC系統(tǒng)組成,，軟冗余能夠?qū)崿F(xiàn)：

　　主機架電源,、背板總線等冗余；PLC處理器冗余,；PROFIBUS現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)冗余（包括通訊接口,、總線接頭、總線電纜的冗余）,；ET200M站的通訊接口模塊IM153-2冗余,。

　　軟冗余系統(tǒng)由A和B兩套PLC控制系統(tǒng)組成。開始時,，A系統(tǒng)為主,，B系統(tǒng)為備用，當主系統(tǒng)A中的任何一個組件出錯,，控制任務(wù)會自動切換到備用系統(tǒng)B當中執(zhí)行，這時,，B系統(tǒng)為主,，A系統(tǒng)為備用，這種切換過程是包括電源,、CPU,、通訊電纜和IM153接口模塊的整體切換。系統(tǒng)運行過程中,，即使沒有任何組件出錯,，操作人員也可以通過設(shè)定控制字，實現(xiàn)手動的主備系統(tǒng)切換,，這種手動切換過程,，對于控制系統(tǒng)的軟硬件調(diào)整，更換,，擴容非常有用,，即Altering Configuration and Application Program in RUN Mode 。

　　2,、系統(tǒng)工作原理

　　在軟冗余系統(tǒng)進行工作時,，A、B控制系統(tǒng)（處理器,，通訊,、I/O）獨立運行,，由主系統(tǒng)的PLC掌握對ET200從站中的I/O控制權(quán)。A,、B系統(tǒng)中的PLC程序由非冗余（non-duplicated）用戶程序段和冗余（redundant backup）用戶程序段組成,，主系統(tǒng)PLC執(zhí)行全部的用戶程序，備用系統(tǒng)PLC只執(zhí)行非冗余用戶程序段,，而跳過冗余用戶程序段,。

　　軟冗余系統(tǒng)內(nèi)部的運行過程參考圖2。

　　圖2軟冗余系統(tǒng)內(nèi)部的運行過程

　　主系統(tǒng)的CPU將數(shù)據(jù)同步到備用系統(tǒng)的CPU需要1到幾個程序掃描循環(huán),，如圖3所示：

　　圖3軟冗余同步原理

　　數(shù)據(jù)同步所需要的時間取決于同步數(shù)據(jù)量的大小和同步所采用的網(wǎng)絡(luò)方式,，MPI方式周期長，PROFIBUS方式適中,，Ethernet網(wǎng)方式較快,。同步通信效率見表1

　　表1同步通信效率

　　每60ms 傳送240個字節(jié)數(shù)據(jù) 每48ms 傳送 240個字節(jié)數(shù)據(jù) 每152ms 傳送76個字節(jié)數(shù)據(jù)

　　用戶需要在初始化程序中（OB100）定義冗余部分的數(shù)據(jù)區(qū)，該數(shù)據(jù)區(qū)可以包括：一個 過程映象區(qū)（process image area）,，一個定時器區(qū)（IEC timer area）,，一個計數(shù)器區(qū)（IEC counter area），一個 位地址區(qū)（memory address area）和一個 數(shù)據(jù)塊區(qū)（data block area）,，S7-300同步的大數(shù)據(jù)量為8 kBytes,，S7-400同步的大數(shù)據(jù)量64kBytes。

　　主備系統(tǒng)的切換時間 = 故障診斷檢測時間 + 同步數(shù)據(jù)傳輸時間 + DP從站切換時間

　　如果CPU的故障是停機或斷電,，則故障診斷為大約100－1000毫秒,，315－2DP同步1000字節(jié)的數(shù)據(jù)所需的時間大約為200－300ms，8個DP從站的切換時間在100ms左右,?？梢栽谲浫哂嗍謨援斨姓业疥P(guān)于切換時間的具體說明。

　　無論控制程序循環(huán)掃描到哪里,，當前激活的系統(tǒng)（即主系統(tǒng)）隨時都會接收并處理報警信息,，這樣，在主系統(tǒng)A與備用系統(tǒng)B進行切換過程中產(chǎn)生的alarm存在被丟失的可能,。

了解LOGO!

　　1999年我在電子與自動化雜志上見到LOGO,！產(chǎn)品的宣傳圖片，這也是我使用西門子自動化的*個產(chǎn)品,，當時西門子產(chǎn)品在國內(nèi)小型機電產(chǎn)品的應用還不是很廣泛,，了解到某工廠生產(chǎn)化工容器罐的設(shè)備--2臺高頻電阻縫焊機多次程序錯亂故障，在維修發(fā)現(xiàn)是設(shè)備產(chǎn)生的高頻諧波干擾引起的電路故障,，都是的程序板卡,，如果更換備件采購周期很長，2000年我使用LOGO!改進設(shè)備,。

　　后來喜歡上了西門子的產(chǎn)品逐漸接觸到S7-200,、300,、400、到現(xiàn)在的新產(chǎn)品S7-1200,。我成為西門子自動化產(chǎn)品的粉絲,，關(guān)注每一款新產(chǎn)品的發(fā)布都，并積*膽的參加新產(chǎn)品*和應用,。

　　選擇LOGO!

　　10年前,，在包裝行業(yè)中生產(chǎn)使用的國產(chǎn)自動/半自動多采用TTL/COMS數(shù)字集成電路板控制。它的功能可以區(qū)分為程序板,，驅(qū)動板,，觸發(fā)板及保護板和電源板組成。各模板之間使用插座相連接,，電路連線較多,，通用性和靈活性比較差，同時也給維修帶來了一定的困難,，當采用SIEMENS LOGO,！模塊后，電路連接簡單,，抗干擾能力強,，對設(shè)備的后續(xù)改造和維修非常容易。

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在兩臺傳送帶之間有一個倉庫區(qū),。傳送帶1將包裹運送至倉庫區(qū),，傳送帶1由電動機M1驅(qū)動。傳送帶2將包裹運出倉庫區(qū),，傳送帶2有電動機M2驅(qū)動。傳送帶1靠近倉庫一端安裝光電開關(guān)PEB1確定入庫的包裹數(shù),，傳送帶2靠近庫區(qū)一端安裝光電開關(guān)PEB2確定出庫的包裹數(shù),。