1、妙用心跳信号 摘要 本文讲述了如何利用心跳信号实现了 AS412-3 H 冗余系统与 EMRON 系统的冗余通讯。并且针对具体项目提供了源代码以展示详细的解决方法。 关键词 心跳信号 CP441-2EMRONSerialMODBUS-RTU Abstract This paper introduces that how to realize AS412-3 H and EMRON Control System redundant communication by using heartbeat.Source code is also provided to show detail resolv
2、ent in real project. Key Words Heartbeat CP441-2 EMRONSerial MODBUS-RTU 中图分类号: TJ768.4 文献标识码 A 文章编号 项目简介 扬子石化巴斯夫有限责任公司是中国石化和德国巴斯夫以 50:50的股比共同出资建立的大型石油化工企业，总投资约 29 亿美元，2001年 9 月开始工程建设，于 2005 年 6 月投入商业运营。 BASF-YPC 新近委托沈阳蓝英工业自动化装备有限公司为其系统集成由沈阳远大压缩机制造有限公司提供的空气压缩机。该压缩机产生氢气、一氧化碳及氢气和一氧化碳的混合气。控制系统的冗余通讯原理如图
3、1所示。 AS412-3H CP441-2 与 EMRON-Serial 通过 RS485 通讯电缆相连。利用 Modbus-RTU 通讯协议来进行主站与从站的数据交换。 二冗余通讯要求 EMRON 系统为单 CPU，两个冗余通讯网卡 Serial。SIEMENS 系统为双 CPU，两个冗余通讯网卡 CP441-2。EMRON 做为 Modbus 主站，SIEMENS做为 Modbus 从站。通讯协议为 Modbus-RTU 协议。 通信参数： Slave Address：1； Master Address：2； 波特率：19200Bits/s； 8 位数据，1 位停止，无奇偶效验位； 图 1
4、 冗余通讯原理图 硬冗余通讯，无论主站或是从站有且只要一条通讯链路损坏时，系统自动切换到另一条链路。由于 SIEMENS 系统的硬冗余机制是：CP 通讯卡相对 CPU 是独立的，即 CPU 故障时，相应的 CP 通讯卡仍然“正常”工作。而 EMRON 系统的硬冗余机制是：主 Serial 通讯卡没有接收到通讯数据，则备用 Serial 通讯卡工作。由于两者的硬冗余机制不一样，所以进行现场冗余通讯试验时，出现以下一些问题，见表 1 和表 2。-表示故障； 表 1 冗余试验-Modbus Master 切换 表 2 冗余试验-Modbus Slave 切换 根据冗余试验我们可以得出几个结论： 根据
5、表 1，EMRON 系统 Serial 通讯卡有且只有一个故障时，通讯仍然是正常的；这时，原来的 Serial 备用通讯卡作为主通讯卡； 根据表 2，如果 SIEMENS 系统的 CPU 发生故障且通讯卡无故障时，由于 CP 通讯卡还“正常”工作，所以 EMRON 所得到的数据是 CPU 停止后的“静态”数据，冗余通讯故障； 根据表 2，如果如果 SIEMENS 系统的 CP 通讯卡发生故障时，EMRON系统可以正常切换； 所以，问题的关键在于 SIEMENS 系统的 CPU 故障后且相应的 CP 通讯卡“正常”工作时，EMRON 系统的 Serial 通讯卡要进行一次主/备切换。 三冗余通讯
6、实现 由于 SIEMENS 系统与 EMRON 系统的冗余通讯机制完全不同，单凭硬件组态实现不了冗余通讯。故提出了利用心跳信号 Heartbeat 来实现双方系统的冗余通讯。 Heartbeat 实现冗余通讯的原理是：SIEMENS 系统周期 2 秒产生方波（心跳） ，EMRON 系统若周期接收到心跳信号，则认为通讯正常；若心跳停止（恒为 0 或 1） ，则因为通讯故障，这时需要进行通讯卡 Serial 的“自动切换” ，利用 EMRON 系统的内部通讯卡切换命令 SWREQ 进行“自动”切换 。切换成功后，再次接收到心跳信号，通讯正常；见图 2，心跳信号的产生。 图 2 心跳信号逻辑 利用心
7、跳信号后，我们再次做冗余通讯试验，见表 3。 表 3 利用心跳信号的冗余通讯 四应用体会 SIEMENS 系统的通讯冗余机制是 CP 冗余与 CPU 无关，最大程度实现了硬冗余； EMRON 系统的通讯冗余机制是主/备冗余，Serial 通讯卡只要一个工作，另一个在备用状态； 利用心跳信号后，可以实现“软”冗余通讯，数据延迟一个或两个周期（切换时间） ； 由于 EMRON 系统 Modbus-RTU 通讯时，AO，DO 数据如果没有变化，则 Serial 通讯卡不发送相应的功能码，故 EMRON 系统也需给 SIEMENS 系统一个心跳信号；所以，当 Serial 切换完成后，AO，DO 的实时数据也相应发送到 CP441-2； 参考文献： 1 S7-300/400 PLC 应用技术 （机械工业出版社） 2 深入浅出西门子 S7-300 PLC（北京航空航天大学出版社） 3 S7-300/400 PLC 工业网络通信技术指南（机械工业出版社）
