1 简介
软件冗余是低成本的冗余解决方案，适用于对切换时间要求不是很高的场合，主备切换
时间为秒级的控制系统。软冗余系统为两个站，一个为主站，一个为备用站；主备站的数据通讯链路为标准西门子通讯协议 (MPI/Profibus/Ethernet)；冗余范围内的I/O模板需通过Profibus-DP网络连接到ET200M从站上；西门子的软件冗余 可以在S7-300或S7-400的标准系统中实现，只需调用软冗余软件包中的程序块。
西门子的多功能面板支持和软冗余CPU通讯，系统架构如图1所示，并且当某个CPU
连接中断，面板可以自动切换连接到另一个CPU；如果两个CPU主备切换，面板可以切换到主CPU。

图1

本文描述的是用WinCC flexible组态的多功能面板通过脚本的方式实现切换连接的方
法；本文只描述面板和CPU的集成PN口之间通过工业以太网通讯，面板和CPU之间通过其他通讯方式（如MPI/Profibus）连接也可以参考本文。

本文所使用的硬件和软件如下：
(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

此方法只适用于支持三个以上连接，支持脚本及ChangeConnection函数的面板，如
TP/OP270、TP/OP277、MP270、MP277、MP370、MP377等。

本文不介绍软件冗余的原理及组态方法，详细可以参考：
《SIEMENS PLC系统软件冗余的说明与实现》
下载中心文档编号：A0039
78604454

2 组态Multi Panel和S7-300软冗余系统的通讯

2.1 CPU组态
A站：315-2PN/DP+IM153-2
B站：317F-2PN/DP+IM153-2
AB站之间通过CP342-5建立连接，实现冗余数据同步。

2.1.1 Step7中的硬件组态
A站：在Step7中组态315-2PN/DP，在DP总线上添加IM153-2，如图2所示。

图2

在CPU的属性中选择Clock Memory，设置Memory byte为MB0，如图3所示。

图3

B站：在Step7中组态317F-2PN/DP，在DP总线上添加IM153-2，如图4所示。

图4

在CPU的属性中选择Clock Memory，设置Memory byte为MB0，如图5所示。

图5

2.1.2 Step7中的网络组态
A站和B站之间通过CP342-5建立FDL连接，此连接为AB站之间的数据链路通道，打开Netpro界面，新建一个FDL连接，如图6所示。

图6

2.1.3 Step7中的CPU编程
说明：本文描述的编程只涉及实现软冗余功能的部分，其他功能的实现不予介绍。
A站：OB100中调用FC100，实现初始化，如图7所示。

图7

OB35中调用FB101，必须在执行冗余用户程序的前/后分别调用FB101，如图8所示，而FB101内部调用了FB104、FC5、FC6，必须装载这三个块。

图8

OB86中调用FC102，当DP总线有故障时CPU可以实现主备切换，如图9所示。

图9

B站：OB100中调用FC100，实现初始化，如图10所示。

图10

OB35和OB86中的编程和A站相同。
组态好的项目分别下载到CPUA和CPUB中，做好硬件接线。

2.2 在WinCC flexible中组态Multi Panel
在Step7中插入一个Simatic HMI station，选择设备类型为MP377 12” Touch，如图
11所示。
（说明：本文描述的是在Step7中集成组态MP377的项目，这不是必须的，也可以分开
组态，即单独组态CPU和MP377。）

 
图11

2.2.1 组态连接
在项目中组态三个连接，分别对应A站、B站和实际连接。
Conn_A对应A站，CPU的参数是A站的参数，如图12所示。

图12

Conn_B对应B站，CPU的参数是B站的参数，如图13所示。

图13

建立Conn_real用于创建过程变量，通信驱动程序选择“SIMATIC S7 300/400”，PLC
的地址参数默认设置为192.168.0.2，扩展插槽是2，机架号是0。切换连接的脚本会根据切换条件给conn_real分配不同的参数。

2.2.2 组态变量
在Conn_A下建立变量，如图14所示。其中trigger_PLCA的地址是M0.4，采集模式是
“循环连续”，采集周期是500ms。

图14

在Conn_B下建立变量，如图15所示。其中trigger_PLCB的地址是M0.4，采集模式是
“循环连续”，采集周期是500ms。

图15

项目中的其他变量如图16所示，test1~test5是测试变量，用于测试conn_real的连接状
态。

图16

2.2.3 切换连接的脚本逻辑解释
在变量trigger_PLCA的“事件—更改数值”中添加脚本connection_PLCA，实现切换连
接到conn_A，如图17。脚本逻辑参见下文。

图17

在变量trigger_PLCB的“事件—更改数值”中添加脚本connection_PLCB，实现切换连
接到conn_B，如图18。脚本逻辑参见下文。

图18

在项目树下面的“设备设置—调度器”中建立一个作业，每分钟执行一次，在函数列表
中添加脚本connection_lost，用于检测是否和两个CPU的连接都中断，如果都中断，提示“connection lost”，如图19所示。

图19

本文附件中包含三个脚本文件。在项目树的“脚本”下添加脚本“connection_PLCA”,
将附件中的connection_PLCA.txt文件内容拷贝到connection_PLCA中，注意ChangeConnection的参数必须和conn_A的参数一致，如图20所示。

图20

继续添加脚本“connection_PLCB”，将附件中的connection_PLCB.txt文件内容拷贝
到connection_PLCB中，注意ChangeConnection的参数必须和conn_B的参数一致，如图21所示。

图21

继续添加脚本“connection_lost”，将附件中的connection_lost.txt文件内容拷贝到
connection_lost中，如图22所示。

图22

以connection_PLCA为例解释脚本逻辑。
(1) 触发变量trigger_PLCA的地址M0.4，每0.8秒0/1变化一次，如果面板和CPU连接正常，能一直检测到变量数值变化，即能触发connection_PLCA动作；
(2) 初始化。给”connected_to”变量赋值"Conn_A, 192.168.0.2"；
(3) 给A站的连接状态值"conn_state_PLCA"复位为1，表明连接正常；
(4) 判断B的连接状态值"conn_state_PLCB"，如小于10则加1，如果检测到B站断开，则B的连接状态值会加到11；
(5) 切换连接。给出切换条件：
(A) 如果B的连接状态值>=11，说明B站断开；
(B) 如果B的连接状态值<=5，即连接正常，但同时读A站的软冗余状态字SwitchPLCA和B站的软冗余状态字SwitchPLCB，如果A状态字=5同时B状态字=10，说明A为主B为备；
(C) 如果B的连接状态值<=5，即连接正常，但A站的软冗余状态字SwitchPLCA=0h25（十进制37），B站的软冗余状态字SwitchPLCB=9，说明A运行而B停机。
以上三个条件只要满足一个，就可以切换连接到CPUA，因此三个条件做“或”运算。
CPU状态与状态字变量SwitchPLCA（DB5.DBB9）和SwitchPLCB（DB5.DBB9）的对

应关系请参考表1。

SINAMICS G120C– 典型用途

它可以覆盖众多通用的应用的需求，例如传送带，搅拌机，挤出机，水泵，风机，压缩机以及一些基本的物料处理机械等。因此，它可以很好地应用于设备机械的制造，并适合于通过渠道进行分销。

SINAMICS G110D 分布式变频器

SINAMICS G110D – 说明

防护等级为 IP65 的SINAMICS G110D 变频器是高性能 SINAMICS G120D 变频器的简易型号，但具有相同的优点。这些变频器具有相同的钻孔模板、薄型设计、坚固金属外壳和标准连接器，可位于靠近电机的位置。并且，它具有一个可选的维护开关（直接位于变频器上）和一个手动/自动切换开关，以及快速停止功能以及集成抱闸控制功能等。由于通过 AS-Interface 进行通讯、总线参数设置和诊断，因此可进行可靠维护和工厂范围的工程组态。通过设备上提供的数字量和模拟量输入，可将传感器和执行器直接与变频器相连。该变频器的额定功率高可达 7.5 kW，因此，无需使用机柜便可设计出几乎所有与输送机相关的基本装置与系统。通过其 AS-Interface 接口，可将 SINAMICS G110D 作为一个模块集成到全集成自动化环境中。

SINAMICS G110D – 优点简介

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手动/自动操作，AS-Interface 接口（可进行总线参数设置），位于靠近电机的位置，IP65

• 组态和调试更加快速

设备上配有可选维护开关，作为标准部件提供用于电源、通讯和传感器的连接器；可使用微型存储卡作为参数存储介质

• 低成本标准解决方案

所有额定功率的变频器具有相同的钻孔模板，采用全集成自动化 (TIA) 技术，从 SINAMICS 到自动化级别实现集成与统一

SINAMICS G110D – 技术数据

SINAMICS G110D – 典型用途

SINAMICS G110D 适用于对广泛工业应用中的感应电机进行开环控制。G110D 已针对与输送机相关的装置与系统中的应用进行优化，在这种装置与系统中，驱动器在一种与 AS-i 相连的分布式配置中运行，或不通过总线系统而在本地运行。也可通过 DP/AS-i 链接器将 SINAMICS G110D 连接至 Profibus。G110D 变频器尤其适用于与输送机相关的应用，例如，在机场和物流分配中心中使用。另外，也可将此变频器在需要 AS-Interface 连接、仅需要少量传感器或仅需要基本闭环过程控制的应用中使用。

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SINAMICS G110 内置式变频器

SINAMICS G110 – 说明

SINAMICS G110 是一种具有基本功能的变频器，适用于广泛的工业变速驱动应用。SINAMICS G110 变频器的结构极为紧凑，通过对单相电源（200 V 至 240 V）进行电压-频率控制来运行。它是低功率范围 SINAMICS 系列中的理想低成本变频器解决方案。

SINAMICS G110 – 优点简介

• 便于接线

通过容易使用的连接端子（用于接触器）和可随时连接的预设端子

• 简便的组态和参数设置

通过 SIZER 和 STARTER 工具以及可选的基本操作员面板 (BOP)

• 快速调试

通过基本操作员面板省时地复制参数

SINAMICS G110 – 技术数据

SINAMICS G110 – 典型用途

SINAMICS G110 尤其适用于泵和风机，或用作各种工业领域（如食品、纺织和包装工业）中的驱动装置，用作输送系统、工厂大门和车库门的驱动装置，或者作为用于移动广告牌和健身器材的通用驱动装置。

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4．社会经济发展的转型，全面建设节约、和谐型企业的分析
经济由粗放型向经济节约型转变过程中，企业主管的思想的转变往往滞后于社会、企业的目标，当然，这其中也会受到投资等诸多因素的影响。但是，工艺设备的运行同样需要和谐，降低操作过程中的冲击，延长设备的寿命，也就节约巨大的资金、资源。
欧美的企业、员工对资源的节约意识是比较高的，因此，软起动器的使用并非如同我们国内的迫不得已的选择使用。是否使用该产品，有一个综合、系统的评价指标，包括量化的和无法量化的指标。量化指标指是否满足工程设计规范配电母线压降15%的要求，是否满足工艺配电参数的要求等。

5．输油气管道行业，软起动器的应用分析
2003年，在中油管道分公司惠-宁管线上次应用固态晶闸管软起动器开始，软起动器终于打开了管道软起动器行业的应用大门，这和以色列 SOLCON公司优越的产品优势是分不开的，的缓解起动大电流的影响。调试的安全防范措施和简易的可操作性，深受电气人员的欢迎。内置的泵控曲线，大大简化设备调试过程，全面的设备和电机的保护功能有力的保证了生产的顺利进行。设备的软起动和软停车功能，的解决了水力惯性对管网设备造成的损害，为管网的安全、平稳运行保驾护航。
2005年的中-哈原油管道项目中，以色列SOLCON公司的中压软起动设备在竟标的过程中，以的获得标的，进一步拓展在油汽管道行业的应用。在大港-济南-枣庄成品油管道中，同样获得管道和项目管理人员的认可。
广阔的管道运输前景，迎来管道行业的又一个建设春天，为软起动的应用提供更加宽阔的舞台。

6．软起动器同类产品的选择
现代社会用电设备多，而且电力资源紧缺，中、大功率的电动机直接起动给同网供电的其它设备的安全、可靠运行带来威胁，同时也造成过大的起动能量损耗。所以对电机直接起动有以下限制条件：
１）生产工艺设备是否允许电机直接起动；
２）低压电机的容量应不大于供电变压器容量的１０％－１５％；
３）起动过程中的母线电压降△Ｕ应不大于额定电压的１５％。
对于中、大功率的电机一般都不允许直接起动，而要求采用一定的起动设备，完成正常的起动工作。其实，在的工程建设方面，除上述保护别的电气设备的运行外，在满足上述条件外还应更多的保护自己，这样才能算是一个完备的工程。
6．1 常用的电机起动方式：1） 直接起动; 2） 降压起动; 3） 变频起动。
6．2 直接起动引起的电气或机械方面的问题
电气问题：1.冲击电网，使电网电压下降，导致同一供电系统下的其它设备不能正常工作。2.较大的冲击电流（可达5-7倍的额定电流）破坏电动机的绝缘，降低电动机的寿命。
机械问题：1.过大的起动转矩产生机械冲击，对被带动的设备造成大的冲击力，缩短寿命，影响精度。如使联轴器损坏、皮带撕裂等。2. 造成机械传动部件的非正常磨损及冲击，加速老化，缩短寿命。
综上分析，直接起动引起的电气或机械等方面的特性较硬，甚至是破坏性的，主要因素是起动时的冲击电流过大。

 西门子液压泵用软启动若根据编程设备监视器显示一个输出器被命令接通，但指示器关闭，则应替换模块