随着工厂对自动化系统可靠性的要求的不断提高,自动化系统故障造成的生产中断可能给工厂带来很大的损失。因此,容错性对于自动化系统来说是非常基础的要求。针对此问题我们在西门子平台的基础上,对应用网络可靠性做了进一步的完善。一般常用的简单链型网络结构如下图所示。

    要增加系统可靠性,工业通信网络节点之间的连接经常被设计成冗余的物理连接,这就需要用到介质冗余协议 (Media  Redundancy  Protocol : MRP)。 而环网是工业中实现介质冗余常用的网络拓扑结构。
    相比于传统的网络,介质冗余协议的优点如下:
    1.因为单个设备损坏并不影响网络通信,所以冗余结构可以显著增加系统和设备的可靠性。
    2.由于单个设备损坏不会造成整个系统停机,所以维修工作并没有时间上的压力。
    3.当网络发生故障时,可以通过快速的网络诊断及时定位故障并解决问题。
    4.可以减少由于故障停机造成的损失。
    带有4个节点的MRP环网示例如下图所示。它由一个管理员(MRP manager)和3个客户端(MRP client)组成。管理员可以是PLC或者交换机。环网每个节点需要有一个集成的双端口交换机,两个端口分别与前一个节点和后一个节点连接。

    环网管理员的职责是监控网络中的错误。它从端口1和端口2同时发送测试帧。测试帧沿着两个方向传递,分别进入环网管理员的另一个端口。
    正常状态下,环网管理员会阻塞其一个端口的网络数据流,这样物理上的环网在逻辑层面就变成了线型网络,防止产生循环。
    对于MRP,从环网中断到冗余路径建立需要的最长时间为200ms。对于具有网络监控看门狗功能的从站,需要设置看门狗监控时间大于200ms,否则可能造成从站因为通信中断而停机。
    下面详细说明如何在PCS7软件中配置包含G120/S120变频器的环网。
    固件版本V4.5及以上的G120/S120变频器支持MRP。下面通过实例介绍如何在PCS7软件中配置包含G120/S120变频器的环网。
    威海龙港造纸传动项目网络拓扑主要设备清单及拓扑结构图如下:

设备名称 型号 用途 数量
PLC 412-5H PN/DP 管理员 一台
交换机 三旺IES618 数据交换 普通交换机一台
S120 CU320-2PN 客户端 若干个
G120 CU250S-2PN 客户端 若干个
PC DELL 上位机 一台
 
图 带有n个节点的MRP网络拓扑

 
    主要配置步骤如下:
    (1) 配置完成之前,不要把网络连接成闭环。否则会形成帧循环,导致网络故障。
    (2) 给所有节点设备分配IP地址和设备名称。

    (3) 添加PLC及G120变频器连接在PN网络中,PLC作为管理员,CU作为客户端。
图 PLC作为管理员的设置

 
图 CU320-2PN作为客户端的设置

 
图 CU250S-2PN作为客户端的设置

 
    (4) 设置G120变频器的看门狗时间为256ms: 更新时间采用默认的32ms,看门狗更新周期8,如下图所示。

    (5) 完成其他需要的配置步骤之后,可以编译下载组态到PLC。
    (6) 将网络连接成闭环。
    在线查看拓扑视图可以得知当前网络运行状况。
    正常通信时如下所示:

    断开任意一个变频器控制单元的网络电缆,变频器未显示任何故障。断开任意一个变频器控制单元的24V电源(网口掉电),不影响其他变频器的通信,在线查看拓扑视图可以得知当前网络运行状况,通信如下图所示。

    恢复环网,通信正常。
    通过以上测试可以充分说明MRP环网的作用:
    •在没有组成MRP环网时,如果网络连接中断,G120变频器会报F1910故障,并停止运行。
    •当组成MRP环网之后,变频器有了两条网络连接路径,一条路径断开时,通信可以从另外一条路径建立,变频器不会报通信中断故障。

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