西门子S7-1500冗余PLC系统的设计与调试笔记

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>"三阶段"优秀工程师之路
1、基础阶段：博途PLC的系统化与专项学习。
2、中级阶段：博途实例与C#基础学习视频，完成OT与IT融合化学习。
3、高级阶段：博途的标准化编程方法学习。
标准化方法之路！

      S7-1500冗余PLC是西门子PLC的高端应用，其系统设计和调试有一定的难度，一位优秀工程师把他的设计和调试经验做了分享，非常值得学习。

一、项目背景
      国内头部电池工厂园区能源中心，为园区提供冷热水，含10台冷冻主机、10台冷冻水泵、10台冷却水泵、16台冷却塔、配套48个电动开关阀、15个电动调节阀及附属设备，要求做全自动运行的冷源群控，且系统能效COP要达到4.6以上。


二、项目特点
1、系统需稳定运行，不允许停机，必须采用冗余CPU，PLC及模块需西门子品牌；
2、水泵、冷却塔全部独立配置变频器，冷冻水泵、冷却水泵每台变频器配一台变频柜，2台冷却塔变频器共用一台变频柜；每个变频柜需配置西门子触摸屏；
3、冷却塔共有48个进出水阀门；
4、两种冷冻主机，分2路RS485接入PLC；
5、配置总共17台冷量计，分2路RS485接入PLC；
6、在线清洗装置、定压补水装置、水处理、加药装置等附属设备，1路RS485接入PLC。


三、项目设计
1、为满足主CPU冗余要求，考虑到程序容量，且方便划分控制层及信息层网络，采用1515R冗余CPU，各配置12M存储卡；
2、为满足子站PLC、触摸屏都采用西门子品牌，并尽可能降低硬件及施工成本，每个水泵、冷却塔变频柜内配置S7-200 Smart SR20 CPU+EM AM03扩展模块及Smart 700 IE V4触摸屏，柜内变频器的DI/DO/AI/AO接入本柜内Smart控制器，同时Smart控制器作为1500R主CPU的Profinet IO子站；
3、冷却塔48个阀门分为2个控制柜，为尽可能降低硬件及施工成本，每个柜内配置S7-200 Smart SR60 CPU + EM DR32扩展模块；柜内电动阀的DI/DO接入本柜内Smart控制器，同时Smart控制器作为1500R主CPU的Profinet IO子站；
4、系统中重要的温度、压力传感器，为保证精度，采用ET200SP子站；
5、以上共28个200Smart PLC作为1515R的Profinet IO子站，但Smart PLC不支持MRP环网，需接入西门子环网交换机，因此控制层配置2台XC216环网交换机；
6、上位机采用2台博途版WinCC，与PLC在同一工程中开发，方便点位建立及与PLC同步，信息层采用1台XB008普通交换机；
7、机房PLC数据需上传到云平台，PLC与平台采用OPC传输，电脑安装Simatic Net软件。


四、硬件组态步骤
1、编程、调试好200Smart的程序，导出GSD文件，并将GSD文件导入博途，导入后可以从硬件目录中将200Smart。

2、建立2个以太网连接，分别为：PN/IE_1，网段为192.168.1.X，作为控制层；PN/IE_2，网段为192.168.2.X，作为信息层。
3、冗余CPU的2个网卡，X1配置为PN/IE_1子网，对下与IO子站通讯；X2配置为PN/IE_2子网，对上与WinCC及云平台通讯，CPU的2个网卡分别设置系统IP。

4、配置环网，2个CPU的X1-P1、P2网口，2个环网交换机的P1、P2网口，ET200SP的P1、P2网口，组成MRP环网。

5、配置MRP角色，冗余CPU为管理员，交换机、ET200SP为客户端，200Smart为不在环网中。

6、多重分配IO子站，将环网交换机、ET200SP全部多重分配给冗余CPU；右键点击IO设备，选择“分配给新IO控制器”，并勾选两个CPU。

7、设置各个IO子站的IO更新周期及看门狗时间。

8、分配200Smart及ET200SP的IO地址，为方便解析，每个200Smart的输入、输出都已设置为128byte，并定义为UDT。

9、在IO变量表中定义每个IO子站的变量名。

10、配置PC station，需添加IE general、WinCC RT Prof及OPC Server；OPC Server与冗余CPU建立S7连接用做OPC通讯，WinCC RT Prof与冗余CPU建立HMI连接用做WinCC通讯；并下载到PC Station中。

11、继续调试PLC程序及画面。

五、遇到问题总结
1、冗余CPU1513R及1515R通过以太网直连同步，切换周期为300ms，两个CPU之间不能连接任何设备；
2、两个1515R CPU冗余运行（RUN-Redundant）时，扫描时间会从几十ms增长到二三百ms，此时会影响CM ptp模块的Modbus通讯，将Modbus通讯指令放入50ms循环中断OB中解决；对扫描周期要求高的尽量选择1517H或以上；
3、 两个CPU切换时，通过系统IP的通讯会中断，切换完成后自动恢复；
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