西門子S7-400H冗余PLC系統信息診斷

劉二龍

（太原重工股份有限公司技術中心，山西太原 030024）

西門子S7-400H冗余PLC系統信息診斷

劉二龍

（太原重工股份有限公司技術中心，山西太原 030024）

簡要介紹西門子S7-400H冗余PLC系統，并具體闡述了兩個互為冗余PLC的主備運行信息、電池信息、冗余Profibus-DP網絡信息和Y-LINK下屬Profibus-DP網絡信息的診斷。S7-400H系列冗余PLC在核電站環吊、干熄焦提升機等高可靠性控制要求場合，能較好地滿足功能要求，冗余設計大大提高不間斷運行時間，而對冗余PLC相關信息進行診斷并在上位機進行顯示，可顯著減少故障排查時間，利于快速恢復系統運行。

S7-400H 冗余系統 Y-LINK 信息診斷

德國西門子（SIEMENS）公司生產的S7系列PLC，由于其性能強大、質量可靠，在我國應用較為廣泛，在冶金、化工、能源等很多領域都有所涉及。S7-400H系列冗余PLC作為S7系列PLC中的高端存在，被廣泛應用于有高可靠性或不間斷性要求的最高等級控制需求場合中，例如核電站環吊、干熄焦提升機等。

1 S7-400H冗余PLC系統介紹

S7-400H冗余PLC系統，通過將發生中斷的單元自動切換到備用單元的方法實現系統的不間斷工作，通過部件冗余實現系統的高可靠性，避免由于單個CPU故障造成系統癱瘓，無擾動切換，不會丟失任何信息。

1.1 S7-400H冗余PLC系統架構

S7-400H系統的冗余架構確保了任何時候的系統可靠性，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。根據特定的自動化控制過程需要，還可以配置冗余客戶服務器、冗余通訊介質、冗余接口模塊IM153-2等。

1.2 S7-400H冗余PLC系統優點

S7-400H冗余系統中兩個CPU同時工作，互為主備，CPU沒有切換時間。I/O為主動冗余，同時工作。S7-400H冗余系統有如下優點：主備切換平滑；自動事件同步；具有集成的錯誤識別和錯誤定位功能；操作期間可對系統進行修改；可實現類似標準CPU的在線編程；下載程序時，只考慮單個CPU，程序可自動拷貝到另一個CPU中；CPU修復后自動再進入；運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同步連接自動建立，備份CPU發出Link-up請求，主站在禁止刪除、拷貝和生成塊功能后將所有數據發送給備份CPU。備份CPU執行自測試，然后向主站發出更新請求。主站在終止已組態連接的通訊和禁止低級別的報警后，拷貝動態數據給備份CPU。主站運行用戶程序，在禁止所有報警和中斷后向已Link-up的備份CPU發送上次更新后發生改變的動態數據。備份CPU接收主CPU的輸入、輸出、定時器、計數器和內存位信息，主CPU能報警/中斷和通訊，主、備CPU進入到冗余、同步操作過程。同步連接的建立如下頁圖1所示。

2 S7-400H冗余PLC系統信息診斷過程

在實際應用中，需要對PLC系統相關信息進行診斷，并在上位機進行顯示，以便于運行維護人員掌握系統運行狀況以及排查故障。

本文將對常用的冗余PLC的主備運行信息、電池信息、冗余Profibus-DP網絡信息和Y-LINK下屬Profibus-DP網絡信息的診斷加以闡述。

2.1 冗余PLC主備運行信息診斷

對冗余PLC的主備運行信息進行診斷，需要通過FB523進行。FB523是通過調用系統功能塊SFC51“RDSYSST”讀取系統狀態列表或部分列表然后對獲取的信息加以處理封裝而實現其功能的。FB523需要在時間中斷組織塊OB35、暖啟動塊OB100、冷啟動塊0B102里調用，調用的程序如圖2所示，圖2中FB523各接口參數解釋如表1所示。

圖1 主備CPU同步建立的過程

圖2 FB523程序調用示例

表1 FB523各接口參數解釋

2.2 電池信息診斷

西門子S7-300系列CPU通過MMC卡存儲可保持存儲區的數據，在PLC斷電的情況下不需要電池就可保證數據不丟失。西門子S7-400系列CPU由于設計理念的不同，在PLC斷電的情況下需要通過電池來存儲才可保持存儲區的數據，一旦電量不足或電池故障，容易造成數據丟失，影響程序下次運行，給用戶造成經濟損失。所以對電池信息進行診斷，并在出現警告信息時及時對電池進行更換。

在更換電池時，需要在PLC帶電運行情況下進行，以免在電池更換過程中，丟失數據。

電池更換的流程為：將BATT.INDIC撥動開關，撥向OFF→取下舊電池→裝入新電池到BATT.1槽或BATT.2槽→根據電池所在槽位，將BATT.INDIC撥動開關撥向1 BATT.或2 BATT.，以激活電池監測功能。

電池信息診斷是通過調用系統功能塊SFC51“RDSYSST”讀取系統狀態列表或部分列表來實現的。SFC51需要在OB1中調用，調用的程序如圖3所示。

圖3 SFC51調用示例

圖3中：REQ，為TRUE，表示啟動處理；SZL_ID表示將要讀取的系統狀態列表或部分列表的ID號；INDEX表示部分列表中對象的類型或編號；RET_VAL表示如果執行SFC時出錯，則RET_VAL參數將包含錯誤代碼；BUSY，為TRUE表示尚未完成讀取；SZL_HEADER，length為在OB1 temp變量區里建立的變量，類型為Struct（結構），里面包含兩個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區域；DB524為建立的數據塊，里面為一個包含500個BYTE的數組；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網絡信息診斷

在西門子S7-300/400標準系列PLC中，進行Profibus-DP網絡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中調用。FC125需要在OB1中調用。FB126能滿足絕大多數場合的應用，接口參數少且默認不用輸入，但在一個項目最多只能診斷5條總線的Profibus-DP網絡信息，而且總線ID號只能是1至5。FB125接口參數多，診斷信息豐富，且沒有診斷的總線條數以及總線ID號數字范圍的限制。FC125接口參數適中，同樣沒有診斷的總線條數以及總線ID號數字范圍的限制，但診斷信息比FB125少。

在西門子S7-400H冗余系列PLC中，FB125、FB126無法正常地進行網絡信診斷，只有FC125可以實現正常診斷。FC125需要在OB1中調用，可以檢測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中調用2次（通過參數DP_MASTERSYSTEM識別），分別監控兩條Profibus-DP總線上的從站。

由于FC125在S7-300/400標準系列PLC中應用較多，故對程序調用以及對接口參數的解釋就不再贅述。

2.4 Y-LINK下屬Profibus-DP網絡信息診斷

在西門子S7-400H冗余系列PLC中，Y_LINK下屬的DP從站無法使用FC125、FB125和FB126進行診斷，這時需要用SFC13“DPNRM_DG”讀取DP從站的診斷信息。以下將結合一個示例項目對SFC13的診斷信息進行闡述，圖4為示例項目的硬件組態。

SFC13需要在OB1中調用，調用的程序如圖5所示。

圖4 示例項目的硬件組態

圖5 SFC13調用示例

圖5中：REQ，為TRUE，表示啟動處理；LADDR表示Y-LINK模塊的診斷地址，需轉換為十六進制；RET_VAL表示如果執行SFC時出錯，則RET_VAL參數將包含錯誤代碼；RECORD表示診斷信息存儲的目標區域；DB102為建立的數據塊，里面為一個包含190個BYTE的數組；BUSY，為TRUE，表示尚未完成讀取。

在示例項目的硬件組態中，選中3號站，在下方的狀態欄中有如圖6的顯示，其硬件組態占用兩行。9號站和34號站各占用了一行。

SFC13的診斷結果如圖7所示。

圖6 3號站狀態欄

圖7 SFC13診斷結果

從圖7中的診斷結果可以看出：從DBB41開始存放已組態從站的診斷信息；已組態從站按DP站號從小到大的順序，依次連續按位存放診斷信息；每個從站所占的數據長度不一樣，根據從站的模塊數而不同，如圖6所示，每個從站在狀態欄里占用幾行，就等同于有幾個模塊；每個從站通訊是否正常以及每個模塊是否有故障各占用兩個位，兩個位都為0，代表正常。

3 結語

S7-400H系列冗余PLC在核電站環吊、干熄焦提升機等高可靠性控制要求場合，能較好地滿足功能要求，冗余設計更能大大提高不間斷運行時間，而對冗余PLC相關信息進行診斷并在上位機進行顯示，可顯著減少故障排查時間，利于快速恢復系統運行。以上診斷方法，在實際生產中得到驗證，穩定可靠，值得推廣應用。

（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中心工程師。