隨著工廠對自動化系統(tǒng)可靠性的要求的不斷提高，自動化系統(tǒng)故障造成的生產(chǎn)中斷可能給工廠帶來很大的損失。因此，容錯性對于自動化系統(tǒng)來說是非常基礎(chǔ)的要求。針對此問題我們在西門子平臺的基礎(chǔ)上，對應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)可靠性做了進一步的完善。一般常用的簡單鏈型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如下圖所示。
要增加系統(tǒng)可靠性，工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間的連接經(jīng)常被設(shè)計成冗余的物理連接，這就需要用到介質(zhì)冗余協(xié)議 (Media Redundancy Protocol : MRP)。 而環(huán)網(wǎng)是工業(yè)中實現(xiàn)介質(zhì)冗余常用的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)。
相比于傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)，介質(zhì)冗余協(xié)議的優(yōu)點如下：
1.因為單個設(shè)備損壞并不影響網(wǎng)絡(luò)通信，所以冗余結(jié)構(gòu)可以顯著增加系統(tǒng)和設(shè)備的可靠性。
2.由于單個設(shè)備損壞不會造成整個系統(tǒng)停機，所以維修工作并沒有時間上的壓力。
3.當網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時，可以通過快速的網(wǎng)絡(luò)診斷及時定位故障并解決問題。
4.可以減少由于故障停機造成的損失。
帶有4個節(jié)點的MRP環(huán)網(wǎng)示例如下圖所示。它由一個管理員(MRP manager)和3個客戶端(MRP client)組成。管理員可以是PLC或者交換機。環(huán)網(wǎng)每個節(jié)點需要有一個集成的雙端口交換機，兩個端口分別與前一個節(jié)點和后一個節(jié)點連接。
環(huán)網(wǎng)管理員的職責(zé)是監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中的錯誤。它從端口1和端口2同時發(fā)送測試幀。測試幀沿著兩個方向傳遞，分別進入環(huán)網(wǎng)管理員的另一個端口。
正常狀態(tài)下，環(huán)網(wǎng)管理員會阻塞其一個端口的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流，這樣物理上的環(huán)網(wǎng)在邏輯層面就變成了線型網(wǎng)絡(luò)，防止產(chǎn)生循環(huán)。
對于MRP，從環(huán)網(wǎng)中斷到冗余路徑建立需要的最長時間為200ms。對于具有網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控看門狗功能的從站，需要設(shè)置看門狗監(jiān)控時間大于200ms，否則可能造成從站因為通信中斷而停機。
下面詳細說明如何在PCS7軟件中配置包含G120/S120變頻器的環(huán)網(wǎng)。
固件版本V4.5及以上的G120/S120變頻器支持MRP。下面通過實例介紹如何在PCS7軟件中配置包含G120/S120變頻器的環(huán)網(wǎng)。
威海龍港造紙傳動項目網(wǎng)絡(luò)拓撲主要設(shè)備清單及拓撲結(jié)構(gòu)圖如下：
設(shè)備 名稱 型號 用途 數(shù)量
PLC412-5H PN/DP 管理員 一臺
交換機三旺IES618 數(shù)據(jù)交換普通交換機 一臺
S120CU320-2PN 客戶端 若干個
G120CU250S-2PN 客戶端 若干個
PCDELL 上位機 一臺
主要配置步驟如下：
(1) 配置完成之前，不要把網(wǎng)絡(luò)連接成閉環(huán)。否則會形成幀循環(huán)，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)故障。
(2) 給所有節(jié)點設(shè)備分配IP地址和設(shè)備名稱。
(3) 添加PLC及G120變頻器連接在PN網(wǎng)絡(luò)中，PLC作為管理員,CU作為客戶端。
(5) 完成其他需要的配置步驟之后，可以編譯下載組態(tài)到PLC。
(6) 將網(wǎng)絡(luò)連接成閉環(huán)。
在線查看拓撲視圖可以得知當前網(wǎng)絡(luò)運行狀況。
正常通信時如下所示：
斷開任意一個變頻器控制單元的網(wǎng)絡(luò)電纜，變頻器未顯示任何故障。斷開任意一個變頻器控制單元的24V電源（網(wǎng)口掉電），不影響其他變頻器的通信，在線查看拓撲視圖可以得知當前網(wǎng)絡(luò)運行狀況，通信如下圖所示。
恢復(fù)環(huán)網(wǎng)，通信正常。
通過以上測試可以充分說明MRP環(huán)網(wǎng)的作用：
在沒有組成MRP環(huán)網(wǎng)時，如果網(wǎng)絡(luò)連接中斷，G120變頻器會報F1910故障，并停止運行。
當組成MRP環(huán)網(wǎng)之后，變頻器有了兩條網(wǎng)絡(luò)連接路徑，一條路徑斷開時，通信可以從另外一條路徑建立，變頻器不會報通信中斷故障。
