1 簡介
軟件冗余是低成本的冗余解決方案，適用于對切換時(shí)間要求不是很高的場合，主備切換
時(shí)間為秒級的控制系統(tǒng)。軟冗余系統(tǒng)為兩個(gè)站，一個(gè)為主站，一個(gè)為備用站；主備站的數(shù)據(jù)通訊鏈路為標(biāo)準(zhǔn)西門子通訊協(xié)議 (MPI/Profibus/Ethernet)；冗余范圍內(nèi)的I/O模板需通過Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)連接到ET200M從站上；西門子的軟件冗余 可以在S7-300或S7-400的標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)，只需調(diào)用軟冗余軟件包中的程序塊。
西門子的多功能面板支持和軟冗余CPU通訊，系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示，并且當(dāng)某個(gè)CPU
連接中斷，面板可以自動(dòng)切換連接到另一個(gè)CPU；如果兩個(gè)CPU主備切換，面板可以切換到主CPU。

圖1

本文描述的是用WinCC flexible組態(tài)的多功能面板通過腳本的方式實(shí)現(xiàn)切換連接的方
法；本文只描述面板和CPU的集成PN口之間通過工業(yè)以太網(wǎng)通訊，面板和CPU之間通過其他通訊方式（如MPI/Profibus）連接也可以參考本文。

本文所使用的硬件和軟件如下：
(A) S7-300 soft redundancy
CPU 315-2PN/DP (6ES7315-2EH13-0AB0, Firmware V2.5)
CPU 317F-2PN/DP (6ES7317-2FK14-0AB0, Firmware V3.2)
CP342-5 (6GK7342-5DA02-0XE0, Firmware V5.0)
IM153-2 (6ES7153-2BA02-0XB0)
(B) Panel
MP377 12”Touch (6AV6 644-0AA01-2AX0)
(C) Software
WinCC flexible 2008 SP3
Step7 V5.5 SP2+HF1

此方法只適用于支持三個(gè)以上連接，支持腳本及ChangeConnection函數(shù)的面板，如
TP/OP270、TP/OP277、MP270、MP277、MP370、MP377等。

本文不介紹軟件冗余的原理及組態(tài)方法，詳細(xì)可以參考：
《SIEMENS PLC系統(tǒng)軟件冗余的說明與實(shí)現(xiàn)》
下載中心文檔編號：A0039
78604454

2 組態(tài)Multi Panel和S7-300軟冗余系統(tǒng)的通訊

2.1 CPU組態(tài)
A站：315-2PN/DP+IM153-2
B站：317F-2PN/DP+IM153-2
AB站之間通過CP342-5建立連接，實(shí)現(xiàn)冗余數(shù)據(jù)同步。

2.1.1 Step7中的硬件組態(tài)
A站：在Step7中組態(tài)315-2PN/DP，在DP總線上添加IM153-2，如圖2所示。

圖2

在CPU的屬性中選擇Clock Memory，設(shè)置Memory byte為MB0，如圖3所示。

圖3

B站：在Step7中組態(tài)317F-2PN/DP，在DP總線上添加IM153-2，如圖4所示。

圖4

在CPU的屬性中選擇Clock Memory，設(shè)置Memory byte為MB0，如圖5所示。

圖5

2.1.2 Step7中的網(wǎng)絡(luò)組態(tài)
A站和B站之間通過CP342-5建立FDL連接，此連接為AB站之間的數(shù)據(jù)鏈路通道，打開Netpro界面，新建一個(gè)FDL連接，如圖6所示。

圖6

2.1.3 Step7中的CPU編程
說明：本文描述的編程只涉及實(shí)現(xiàn)軟冗余功能的部分，其他功能的實(shí)現(xiàn)不予介紹。
A站：OB100中調(diào)用FC100，實(shí)現(xiàn)初始化，如圖7所示。

圖7

OB35中調(diào)用FB101，必須在執(zhí)行冗余用戶程序的前/后分別調(diào)用FB101，如圖8所示，而FB101內(nèi)部調(diào)用了FB104、FC5、FC6，必須裝載這三個(gè)塊。

圖8

OB86中調(diào)用FC102，當(dāng)DP總線有故障時(shí)CPU可以實(shí)現(xiàn)主備切換，如圖9所示。

圖9

B站：OB100中調(diào)用FC100，實(shí)現(xiàn)初始化，如圖10所示。

圖10

OB35和OB86中的編程和A站相同。
組態(tài)好的項(xiàng)目分別下載到CPUA和CPUB中，做好硬件接線。

2.2 在WinCC flexible中組態(tài)Multi Panel
在Step7中插入一個(gè)Simatic HMI station，選擇設(shè)備類型為MP377 12” Touch，如圖
11所示。
（說明：本文描述的是在Step7中集成組態(tài)MP377的項(xiàng)目，這不是必須的，也可以分開
組態(tài)，即單獨(dú)組態(tài)CPU和MP377。）

?
圖11

2.2.1 組態(tài)連接
在項(xiàng)目中組態(tài)三個(gè)連接，分別對應(yīng)A站、B站和實(shí)際連接。
Conn_A對應(yīng)A站，CPU的參數(shù)是A站的參數(shù)，如圖12所示。

圖12

?

Conn_B對應(yīng)B站，CPU的參數(shù)是B站的參數(shù)，如圖13所示。

圖13

建立Conn_real用于創(chuàng)建過程變量，通信驅(qū)動(dòng)程序選擇“SIMATIC S7 300/400”，PLC
的地址參數(shù)默認(rèn)設(shè)置為192.168.0.2，擴(kuò)展插槽是2，機(jī)架號是0。切換連接的腳本會(huì)根據(jù)切換條件給conn_real分配不同的參數(shù)。

2.2.2 組態(tài)變量
在Conn_A下建立變量，如圖14所示。其中trigger_PLCA的地址是M0.4，采集模式是
“循環(huán)連續(xù)”，采集周期是500ms。

圖14

在Conn_B下建立變量，如圖15所示。其中trigger_PLCB的地址是M0.4，采集模式是
“循環(huán)連續(xù)”，采集周期是500ms。

圖15

項(xiàng)目中的其他變量如圖16所示，test1~test5是測試變量，用于測試conn_real的連接狀
態(tài)。

圖16

2.2.3 切換連接的腳本邏輯解釋
在變量trigger_PLCA的“事件—更改數(shù)值”中添加腳本connection_PLCA，實(shí)現(xiàn)切換連
接到conn_A，如圖17。腳本邏輯參見下文。

圖17

在變量trigger_PLCB的“事件—更改數(shù)值”中添加腳本connection_PLCB，實(shí)現(xiàn)切換連
接到conn_B，如圖18。腳本邏輯參見下文。

圖18

在項(xiàng)目樹下面的“設(shè)備設(shè)置—調(diào)度器”中建立一個(gè)作業(yè)，每分鐘執(zhí)行一次，在函數(shù)列表
中添加腳本connection_lost，用于檢測是否和兩個(gè)CPU的連接都中斷，如果都中斷，提示“connection lost”，如圖19所示。

圖19

本文附件中包含三個(gè)腳本文件。在項(xiàng)目樹的“腳本”下添加腳本“connection_PLCA”,
將附件中的connection_PLCA.txt文件內(nèi)容拷貝到connection_PLCA中，注意ChangeConnection的參數(shù)必須和conn_A的參數(shù)一致，如圖20所示。

圖20

繼續(xù)添加腳本“connection_PLCB”，將附件中的connection_PLCB.txt文件內(nèi)容拷貝
到connection_PLCB中，注意ChangeConnection的參數(shù)必須和conn_B的參數(shù)一致，如圖21所示。

圖21

繼續(xù)添加腳本“connection_lost”，將附件中的connection_lost.txt文件內(nèi)容拷貝到
connection_lost中，如圖22所示。

圖22

以connection_PLCA為例解釋腳本邏輯。
(1) 觸發(fā)變量trigger_PLCA的地址M0.4，每0.8秒0/1變化一次，如果面板和CPU連接正常，能一直檢測到變量數(shù)值變化，即能觸發(fā)connection_PLCA動(dòng)作；
(2) 初始化。給”connected_to”變量賦值"Conn_A, 192.168.0.2"；
(3) 給A站的連接狀態(tài)值"conn_state_PLCA"復(fù)位為1，表明連接正常；
(4) 判斷B的連接狀態(tài)值"conn_state_PLCB"，如小于10則加1，如果檢測到B站斷開，則B的連接狀態(tài)值會(huì)加到11；
(5) 切換連接。給出切換條件：
(A) 如果B的連接狀態(tài)值>=11，說明B站斷開；
(B) 如果B的連接狀態(tài)值<=5，即連接正常，但同時(shí)讀A站的軟冗余狀態(tài)字SwitchPLCA和B站的軟冗余狀態(tài)字SwitchPLCB，如果A狀態(tài)字=5同時(shí)B狀態(tài)字=10，說明A為主B為備；
(C) 如果B的連接狀態(tài)值<=5，即連接正常，但A站的軟冗余狀態(tài)字SwitchPLCA=0h25（十進(jìn)制37），B站的軟冗余狀態(tài)字SwitchPLCB=9，說明A運(yùn)行而B停機(jī)。
以上三個(gè)條件只要滿足一個(gè)，就可以切換連接到CPUA，因此三個(gè)條件做“或”運(yùn)算。
CPU狀態(tài)與狀態(tài)字變量SwitchPLCA（DB5.DBB9）和SwitchPLCB（DB5.DBB9）的對

應(yīng)關(guān)系請參考表1。

SINAMICS G120C– 典型用途

它可以覆蓋眾多通用的應(yīng)用的需求，例如傳送帶，攪拌機(jī)，擠出機(jī)，水泵，風(fēng)機(jī)，壓縮機(jī)以及一些基本的物料處理機(jī)械等。因此，它可以很好地應(yīng)用于設(shè)備機(jī)械的制造，并適合于通過渠道進(jìn)行分銷。

SINAMICS G110D 分布式變頻器

SINAMICS G110D – 說明

防護(hù)等級為 IP65 的SINAMICS G110D?變頻器是高性能 SINAMICS G120D 變頻器的簡易型號，但具有相同的優(yōu)點(diǎn)。這些變頻器具有相同的鉆孔模板、薄型設(shè)計(jì)、堅(jiān)固金屬外殼和標(biāo)準(zhǔn)連接器，可位于靠近電機(jī)的位置。并且，它具有一個(gè)可選的維護(hù)開關(guān)（直接位于變頻器上）和一個(gè)手動(dòng)/自動(dòng)切換開關(guān)，以及快速停止功能以及集成抱閘控制功能等。由于通過 AS-Interface 進(jìn)行通訊、總線參數(shù)設(shè)置和診斷，因此可進(jìn)行可靠維護(hù)和工廠范圍的工程組態(tài)。通過設(shè)備上提供的數(shù)字量和模擬量輸入，可將傳感器和執(zhí)行器直接與變頻器相連。該變頻器的額定功率高可達(dá) 7.5 kW，因此，無需使用機(jī)柜便可設(shè)計(jì)出幾乎所有與輸送機(jī)相關(guān)的基本裝置與系統(tǒng)。通過其 AS-Interface 接口，可將 SINAMICS G110D 作為一個(gè)模塊集成到全集成自動(dòng)化環(huán)境中。

SINAMICS G110D – 優(yōu)點(diǎn)簡介

• 通用型，分布式，簡單方便

手動(dòng)/自動(dòng)操作，AS-Interface 接口（可進(jìn)行總線參數(shù)設(shè)置），位于靠近電機(jī)的位置，IP65

• 組態(tài)和調(diào)試更加快速

設(shè)備上配有可選維護(hù)開關(guān)，作為標(biāo)準(zhǔn)部件提供用于電源、通訊和傳感器的連接器；可使用微型存儲(chǔ)卡作為參數(shù)存儲(chǔ)介質(zhì)

• 低成本標(biāo)準(zhǔn)解決方案

所有額定功率的變頻器具有相同的鉆孔模板，采用全集成自動(dòng)化 (TIA) 技術(shù)，從 SINAMICS 到自動(dòng)化級別實(shí)現(xiàn)集成與統(tǒng)一

SINAMICS G110D – 技術(shù)數(shù)據(jù)

SINAMICS G110D – 典型用途

SINAMICS G110D 適用于對廣泛工業(yè)應(yīng)用中的感應(yīng)電機(jī)進(jìn)行開環(huán)控制。G110D 已針對與輸送機(jī)相關(guān)的裝置與系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行優(yōu)化，在這種裝置與系統(tǒng)中，驅(qū)動(dòng)器在一種與 AS-i 相連的分布式配置中運(yùn)行，或不通過總線系統(tǒng)而在本地運(yùn)行。也可通過 DP/AS-i 鏈接器將 SINAMICS G110D 連接至 Profibus。G110D 變頻器尤其適用于與輸送機(jī)相關(guān)的應(yīng)用，例如，在機(jī)場和物流分配中心中使用。另外，也可將此變頻器在需要 AS-Interface 連接、僅需要少量傳感器或僅需要基本閉環(huán)過程控制的應(yīng)用中使用。

標(biāo)簽

SINAMICS G110D 分布式變頻器，SINAMICS G110D，SINAMICS G110D分布式變頻器，分布式變頻器 SINAMIC G110D

SINAMICS G110 內(nèi)置式變頻器

SINAMICS G110 – 說明

SINAMICS G110?是一種具有基本功能的變頻器，適用于廣泛的工業(yè)變速驅(qū)動(dòng)應(yīng)用。SINAMICS G110?變頻器的結(jié)構(gòu)極為緊湊，通過對單相電源（200 V 至 240 V）進(jìn)行電壓-頻率控制來運(yùn)行。它是低功率范圍 SINAMICS 系列中的理想低成本變頻器解決方案。

SINAMICS G110 – 優(yōu)點(diǎn)簡介

• 便于接線

通過容易使用的連接端子（用于接觸器）和可隨時(shí)連接的預(yù)設(shè)端子

• 簡便的組態(tài)和參數(shù)設(shè)置

通過 SIZER 和 STARTER 工具以及可選的基本操作員面板 (BOP)

• 快速調(diào)試

通過基本操作員面板省時(shí)地復(fù)制參數(shù)

SINAMICS G110 – 技術(shù)數(shù)據(jù)

SINAMICS G110 – 典型用途

SINAMICS G110 尤其適用于泵和風(fēng)機(jī)，或用作各種工業(yè)領(lǐng)域（如食品、紡織和包裝工業(yè)）中的驅(qū)動(dòng)裝置，用作輸送系統(tǒng)、工廠大門和車庫門的驅(qū)動(dòng)裝置，或者作為用于移動(dòng)廣告牌和健身器材的通用驅(qū)動(dòng)裝置。

標(biāo)簽

SINAMICS G110，SINAMICS G110 內(nèi)置式變頻器

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4．社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的轉(zhuǎn)型，全面建設(shè)節(jié)約、和諧型企業(yè)的分析
經(jīng)濟(jì)由粗放型向經(jīng)濟(jì)節(jié)約型轉(zhuǎn)變過程中，企業(yè)主管的思想的轉(zhuǎn)變往往滯后于社會(huì)、企業(yè)的目標(biāo)，當(dāng)然，這其中也會(huì)受到投資等諸多因素的影響。但是，工藝設(shè)備的運(yùn)行同樣需要和諧，降低操作過程中的沖擊，延長設(shè)備的壽命，也就節(jié)約巨大的資金、資源。
歐美的企業(yè)、員工對資源的節(jié)約意識是比較高的，因此，軟起動(dòng)器的使用并非如同我們國內(nèi)的迫不得已的選擇使用。是否使用該產(chǎn)品，有一個(gè)綜合、系統(tǒng)的評價(jià)指標(biāo)，包括量化的和無法量化的指標(biāo)。量化指標(biāo)指是否滿足工程設(shè)計(jì)規(guī)范配電母線壓降15%的要求，是否滿足工藝配電參數(shù)的要求等。

5．輸油氣管道行業(yè)，軟起動(dòng)器的應(yīng)用分析
2003年，在中油管道分公司惠-寧管線上次應(yīng)用固態(tài)晶閘管軟起動(dòng)器開始，軟起動(dòng)器終于打開了管道軟起動(dòng)器行業(yè)的應(yīng)用大門，這和以色列 SOLCON公司優(yōu)越的產(chǎn)品優(yōu)勢是分不開的，的緩解起動(dòng)大電流的影響。調(diào)試的安全防范措施和簡易的可操作性，深受電氣人員的歡迎。內(nèi)置的泵控曲線，大大簡化設(shè)備調(diào)試過程，全面的設(shè)備和電機(jī)的保護(hù)功能有力的保證了生產(chǎn)的順利進(jìn)行。設(shè)備的軟起動(dòng)和軟停車功能，的解決了水力慣性對管網(wǎng)設(shè)備造成的損害，為管網(wǎng)的安全、平穩(wěn)運(yùn)行保駕護(hù)航。
2005年的中-哈原油管道項(xiàng)目中，以色列SOLCON公司的中壓軟起動(dòng)設(shè)備在竟標(biāo)的過程中，以的獲得標(biāo)的，進(jìn)一步拓展在油汽管道行業(yè)的應(yīng)用。在大港-濟(jì)南-棗莊成品油管道中，同樣獲得管道和項(xiàng)目管理人員的認(rèn)可。
廣闊的管道運(yùn)輸前景，迎來管道行業(yè)的又一個(gè)建設(shè)春天，為軟起動(dòng)的應(yīng)用提供更加寬闊的舞臺(tái)。

6．軟起動(dòng)器同類產(chǎn)品的選擇
現(xiàn)代社會(huì)用電設(shè)備多，而且電力資源緊缺，中、大功率的電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)給同網(wǎng)供電的其它設(shè)備的安全、可靠運(yùn)行帶來威脅，同時(shí)也造成過大的起動(dòng)能量損耗。所以對電機(jī)直接起動(dòng)有以下限制條件：
１）生產(chǎn)工藝設(shè)備是否允許電機(jī)直接起動(dòng)；
２）低壓電機(jī)的容量應(yīng)不大于供電變壓器容量的１０％－１５％；
３）起動(dòng)過程中的母線電壓降△Ｕ應(yīng)不大于額定電壓的１５％。
對于中、大功率的電機(jī)一般都不允許直接起動(dòng)，而要求采用一定的起動(dòng)設(shè)備，完成正常的起動(dòng)工作。其實(shí)，在的工程建設(shè)方面，除上述保護(hù)別的電氣設(shè)備的運(yùn)行外，在滿足上述條件外還應(yīng)更多的保護(hù)自己，這樣才能算是一個(gè)完備的工程。
6．1 常用的電機(jī)起動(dòng)方式：1） 直接起動(dòng); 2） 降壓起動(dòng); 3） 變頻起動(dòng)。
6．2 直接起動(dòng)引起的電氣或機(jī)械方面的問題
電氣問題：1.沖擊電網(wǎng)，使電網(wǎng)電壓下降，導(dǎo)致同一供電系統(tǒng)下的其它設(shè)備不能正常工作。2.較大的沖擊電流（可達(dá)5-7倍的額定電流）破壞電動(dòng)機(jī)的絕緣，降低電動(dòng)機(jī)的壽命。
機(jī)械問題：1.過大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生機(jī)械沖擊，對被帶動(dòng)的設(shè)備造成大的沖擊力，縮短壽命，影響精度。如使聯(lián)軸器損壞、皮帶撕裂等。2. 造成機(jī)械傳動(dòng)部件的非正常磨損及沖擊，加速老化，縮短壽命。
綜上分析，直接起動(dòng)引起的電氣或機(jī)械等方面的特性較硬，甚至是破壞性的，主要因素是起動(dòng)時(shí)的沖擊電流過大。

?西門子液壓泵用軟啟動(dòng)若根據(jù)編程設(shè)備監(jiān)視器顯示一個(gè)輸出器被命令接通，但指示器關(guān)閉，則應(yīng)替換模塊