西门子S7-1500作为智能设备共享功能

显示全部楼层 · 2024-5-10 17:25:35

本章节介绍了共享设备的功能，优势，使用要求，使用规则，如何将智能设备作为共享设备，实现一个智能设备同时与2个IO控制器进行通信的示例，以及常见问题。
一、共享设备功能概述

信号模块可以被不同的IO控制器访问的IO设备被称为"共享设备"，智能设备也可以作为共享设备。对"共享设备"模块的访问可在不同的IO控制器之间进行分配，"共享设备"的每个子模块以独占方式分配一个IO控制器。这样就可以把现场多个临近的IO模块组合到一个IO设备中，节约了项目成本。下图1是"共享设备"功能的示意图。

图1. 共享设备
1.优势

● 通过减少额外的 IO 设备和模块降低成本
● 通过减少额外的 IO 设备和模块降低空间需求
● 通过停止 CPU-CPU 通信减轻通信负担及编程工作量
● 在多个 CPU 中实现实时捕获
2.使用要求

● STEP 7 V12 SP 1及以上版本
● IO 设备支持共享设备功能，例如接口模块 IM 155-6 PN ST
● IO 控制器支持共享设备功能。如1500 CPU V1.1 及以上版本或 1200 CPU V4.1 及以上版本
● 组态为智能设备的 CPU 可用作共享设备，需要在 STEP 7 中导出 GSD 文件，再将该 GSD 文件导入其它项目中并指定 IO 控制器。如1500 CPU V1.5 及以上版本或 1200 CPU V4.1 及以上版本。
3.组态规则

● 使用共享设备的 IO 控制器在不同的项目中创建。在每个项目中，必须注意应在每个站中对共享设备进行相同组态。只有一个 IO 控制器可以永远访问子模块。组态不一致会导致共享设备发生故障。
● 如果相关 IO 控制器选择选项"使用路由器"(Use router)，则所有这些 IO 控制器中需设置相同的路由器地址。
● 仅当模块或子模块分配给同一项目中的 I/O 控制器时，才能编辑模块或子模块的 I/O 地址。
● 共享设备在每个项目中必须具有相同的 IP 参数和相同的设备名称。
● 对于有权访问共享设备的所有 IO 控制器，发送时钟必须相同。
● 连接共享设备子网的 S7 子网 ID 在所有项目中必须相同。
● 仅当共享设备的 PROFINET 接口分配给本地 IO 控制器时，以下功能才可用：
– IRT 操作
– 优先化启动
– 端口属性的参数分配
二、共享设备实验环境和内容

在本应用实例中，通过以下产品进行智能设备共享功能组态，实现了2个IO控制器同时与一个智能设备进行PROFINET通信。
1.软件：

TIA V16 Professional
2.硬件：

CPU 1511-1PN V2.8
CPU 1511C-1PN V2.8
CPU1217C DC/DC/DC V4.4
三、共享设备功能组态

下面描述了如何使用 TIA V16 组态智能设备共享，添加三个IO控制器（PLC_I-Device、PLC_1 和 PLC_2），PLC_I-Device 用于组态智能设备，PLC-I-Device 的 GSD 文件在 PLC_1 和 PLC_2 中用于指定相应上位 IO 控制器的传输区。
1、设备添加及分配接口参数

1.1、打开TIA 项目视图，在菜单项目下选择新建，在弹出的创建新项目窗口选择项目名称（Share I-Device）和存储路径，然后点击创建按钮，如下图2所示

图2. 创建项目

1.2、在项目树下双击“添加新设备”，输入设备名称（PLC_1），选择控制器（6ES7511-1AK01-0AB0 版本V2.8），单击确定进入设备视图，如下图3所示

图3. 添加新设备

1.3、双击控制器以太网接口进入属性常规界面，为控制器添加子网及设置IP地址，如下图4所示。

图4. PLC_1 分配以太网地址

1.4、重复步骤1.2和1.3，添加控制器PLC_2（6ES7 217-1AG40-0XB0 版本V4.4），添加子网及设置IP地址，如下图5所示。

图5. PLC_2 分配以太网地址

1.5、重复步骤1.2和1.3，添加控制器PLC_I-Device（6ES7 511-1CK00-0AB0 版本V2.8），子网选择未联网及设置IP地址，去掉“自动生成PROFINET设备名称”，手动输入设备名称“Share I-Device”，如下图6所示。

图6.PLC_I-Device 分配以太网地址
2、为控制器PLC_I-Device配置智能设备

2.1、双击控制器PLC_I-Device接口，进入"属性>常规>操作模式"界面，勾选IO设备，如下图7所示。

图7. 操作模式

2.2、还是图7界面路径，点击实时设定，为共享设备分配可访问的控制器数量为2，如下图8所示。

图8. 可访问控制器数量

2.3、还是图7界面路径，点击智能设备通信，新建4个传输区，设置传输区地址及长度，编译通过后导出GSD文件存储后以供后续使用，如下图9所示。

图9. 智能设备通信
3、添加智能设备

3.1、点击菜单栏“选项”下的“管理通用站描述文件（GSD）”，安装步骤2.3导出的GSD文件，如下图10所示。

图10.安装GSD文件

3.2、在硬件目录下查找刚刚安装的GSD文件，“其它现场设备>PROFINET IO>PLCs&CPs>SIEMENS AG>PLC_I-Device"，将其拖拽至网络视图并未智能设备分配IO控制器

图11. 添加智能设备

3.3、为智能设备分配名称，这里注意要勾去自动生成PROFINET设备名称选项，并为图11中2个智能设备分配与源项目完全相同的设备名称，如下图12所示。

图12. 分配设备名称
4、配置智能设备的访问权限

4.1、分别为控制器PLC_1和PLC_2配置对智能设备共享的访问，进入"属性>常规>Share Device"界面，在这里选择控制器PLC_1访问传输区1和2，控制器PLC_2访问传输区3和4，如下图13所示。

图13. 共享设备访问

4.2、切换到工作区的“设备视图”，在列表栏的设备概览处分别为2个智能设备分配与控制器的传输地址区，这里只能设置有访问权限的传输区，如下图14所示。

图14. 分配IO地址
5、测试结果

分别编译和加载控制器（PLC_I-Device、PLC_1 和 PLC_2）

图15. 实验结果
四、常见问题

1、可以与智能设备进行IRT通信吗？

只有在智能设备操作模式中选择“PN接口的参数由上位IO控制器进行分配”后导出的GSD文件中的实时设定选项中才能进行同步设置。

2、智能设备最多可由多少IO控制器访问？

S7-1500 CPU最多被4个控制器同时访问，S7-1200最多被2个控制器同时访问。

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S7-1500如何选？西门子选型工具的正确打开方式

作者：
刘宁宁 - 西门子TIA博途产品经理
特别致谢

赵正等西门子SIMATIC系统支持部技术专家

转载请注明出处
在进行西门子产品选型的时候，除了查看样本手册以外，也非常推荐大家使用西门子官方推出的选型工具：TIA Selection Tool（TST），这是一款完全免费且免安装的工具。
TST官网链接：https://www.siemens.com/cn/zh/products/automation/topic-areas/tia/tia-selection-tool.html

*无论是硬件产品还是软件工具，都可以在选型工具中找到最新的订货号。TST分为在线版和离线版，离线版下载后可直接运行。（离线版更新速度较快，建议选型前将离线版升级至最新）

在线版TST

在线版TST链接：
https://mall.industry.siemens.com/tst/#/Start► 概览右上角设置中可切换语言。
左侧导航栏：

► 设备选型
项目-新建项目；在此项目基础上，创建新设备。

选择需要的设备类型，以S7-1500为例：

在“特定属性”设置中，可以选择CPU的使用条件，如：

在“运动控制”选项中，可在左侧设置相关的参数数据，根据右侧CPU不同利用率进行参考选择。

在“组态”中，可在对应位置选择电源、CPU和相应模块。

- 在“100”和“0”位置可以选择不同的PM电源(给PLC的控制电路供电)，PS电源(通过后面的背板总线和CPU及其他模块相连，为它们供电)

- 在“1”位置选择对应的CPU

之后可依次选取SIMATIC 存储卡、Runtime等选项，还可在“限制”中查看相关尺寸等信息：

► 导出选型清单
订单列表 - 导出，可选择导出为csv，xlsx，pdf格式的订单列表文件

选择左下方“导出信息”可以选择“在CAx中导出”和“导出规范文本。

*TST支持的多达10种CAx文件类型导出：

离线版TST

选型与在线版基本一致，界面有细微区别。

除了为用户提供产品选择和配置外，TST在线版还可以导入和导出TIA Portal项目网络/拓扑视图。

*可以导入/导出基于TIA Portal或EPlan的AML格式文件文件，在TIA Portal或EPlan中进行导入。

知识小卡片

S7-1500R/H 冗余系统，是指两个CPU并行处理相同的项目数据和相同的用户程序，通过两条冗余连接进行同步。如果一个CPU出现故障，另一个CPU会接替它进行控制。（除了CPU冗余外，通讯网络、甚至是IO信号都可以是冗余的，以保证个别自动化组件的故障不妨碍工厂运营）

在之前的文章中，我们提到了一些提高自动化系统可靠性的方案。（快速链接：听说不用冗余，也能提升自动化系统可靠性？）

其中，冗余系统作为“终极”的解决方案，在很多领域发挥着关键作用。通过这种方式，实现两个系统的并行运行。

生产停机的风险和成本越高，越值得用冗余系统！

01

应用场景

S7-1500R/H 冗余系统可应用于很多领域：

02

冗余PLC类型

S7-1500冗余系列CPU目前一共有四种，基本参数及订货号如下：

03

冗余典型架构
S7-1500冗余系统的典型方案中，包括一对冗余的CPU和一定数量的IO站，以及必要的交换机等。以下会介绍各个冗余CPU的典型架构。

| CPU 1513R-1 PN冗余系统典型架构

| CPU 1515R-2 PN冗余系统典型架构
如上图，在冗余系统的网络架构上，首先要有一个PROFINET环网，即MRP环网（介质冗余协议），通过MRP把CPU和IO设备以及交换机连接起来。
1513R和1515R系统的区别：

*PROFINET环网中的交换机要支持MRP协议及H-Sync转发功能

| CPU 1517H和1518HF冗余系统

典型架构

1517H和1518HF系统与1500R系统主要区别：

如需获取更多关于冗余的信息，可通过小程序查看并下载S7-1500RH系统手册：

系统手册S7-1500RH

最后，附上四款冗余CPU珍贵的“全家福”：（首次齐聚

）

下期会结合具体场景，进一步介绍冗余的应用。

WinCC与 S7-200 SMART的OPC通讯(SIMATIC NET)

原文作者：

张发达 - 西门子数字化工业集团自动化部系统支持

WinCC V7.5 SP1集成了SIMATIC NET V16软件，可通过OPC方式与 S7-200 SMART通讯。所能支持的最大PLC数量与授权相关。

- SOFTNET-IE S7 Lean : 8个 (此授权WinCC已含)

- SOFTNET-IE S7 : 64个(此授权需另外订购)

- SOFTNET-IE S7 Extended : 207个(此授权需另外订购)

官方公开的技术文档要求安装经典版或博途版 STEP 7 软件，通过建立PC Station的方式实现的，这对仅使用S7-200 SMART的PLC的用户可能是个头疼的问题。

这儿介绍种更简单的组态方式，无需STEP 7和PC Station

具体的步骤如下：

OPC服务器端设定

WinCC OPC客户端组态

WinCC与S7-1500 R/H系统通信

原创作者：张占领 - 西门子工业技术支持中心

此文为摘选

WinCC与S7-1500R/H冗余系统通信有2种方式

方法1.

WinCC通过S7-1500R/H的系统IP通信，这时S7-1500R/H的2个CPU被看作1个PLC，系统IP自动连接到主PLC。当主PLC宕机后，WinCC通过此系统IP自动切换到备用PLC上。这种方式组态简单，与单PLC无异，WinCC通信连接中的IP地址输入S7-1500R的系统IP即可。

这种方式适用PC是单网卡的网络结构

方法2.

WinCC V7.5 SP1 开始支持通过”系统变量“控制的S7-1500R/H冗余通信。可支持单网卡的网络，也可支持双网卡的冗余网络。

原理：WinCC与主PLC的固定IP通信，监视”通讯连接状态的系统变量“，当主PLC宕机后，WinCC通过“通信控制变量”切换到备用PLC的固定IP进行通讯。

组态步骤如下：

第一步：创建连接

在WinCC中创建CPU1的连接，用其固定IP地址

第二步：创建系统变量

在WinCC连接下，手动创建系统变量，变量名格式为“@连接名称@变量名称”。变量地址为空或者使用PLC中没有用到的地址。其变量名称和数据类型如下

各系统变量的作用如下：

第三步：变量赋初值

为“@AlternativeAddress”和 “@RedundantCPUs” 赋初值。

第四步：创建全局动作

通过变量“@UseAlternativeAddress”设定WinCC的连接参数，包括访问点和PLC IP地址。

注意：修改“@UseAlternativeAddress”的值后，需重新置位 “@ForceConnectionState”。

1、创建全局VBS动作

创建全局VBS动作，自动切换WinCC连接参数，包括下面2种情况：

（1）当前连接中断

（2）S7-1500/1200 被置STOP模式

判断方法：

（1）@ConnectionState=0代表当前连接中断。

（2）WinCC连接正常时（@ConnectionState=1）

VBS动作脚本

以上脚本可以在WinCC帮助中搜索‘VBS381’来获取

2、VBS动作的触发器

当WinCC连接中断或所连CPU的操作模式变为STOP时，需要触发切换脚本。

设置VBS动作的触发器

第五步：启动运行

在WinCC启动列表中选择“全局脚本运行系统”，然后激活WinCC运行系统。

可以看到，当WinCC与主PLC连接网络中断或主PLC变成STOP模式时，WinCC连接都会切换连接至备用PLC，保证正常通信。

说明：

1、WinCC使用两块网卡和S7-1500R/H通信

WinCC可组态不同的网卡进行通信。设置变量“@AlternativeAddress”使连接不同的访问名，本文中，主连接使用访问名“CP_H1_1:”，备用连接使用访问名“CP_H1_2:”，这样WinCC就可以使用两块不同的网卡分别连接冗余的两个CPU。

2、如何确保WinCC连接到主CPU

WinCC通过系统IP与S7-1500R/H通信时，是系统主动识别并连接到主CPU的。但WinCC通过系统变量控制通信连接的方式，则不一定，需要确保WinCC中设定的主连接（如IP地址）是指向当前实际的主CPU (S7-1500面板上显示P为主CPU，B为备CPU).

（内容来源网络，版权归原作者）

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[西门子] 西门子S7-1500作为智能设备共享功能

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