示例简介实际上，使用冗余自动化系统是为了实现更高的可用性。在冗余操作的系统中，个别自动化组件的故障不会妨碍工厂运营。S7-1500R/H冗余系统S7-1500R/H 冗余系统包含 2 个 CPU，即冗余。两个 CPU 将并行处理相同的项目数据和相同的用户程序。两个CPU 通过冗余连接进行同步。如果一个 CPU 出现故障，另一个CPU会接替它对过程进行控制。需要的基本知识本入门指南通过一个具体示例，指导用户完成 S7-1500H冗余系统的组态和编程。要理解本入门指南中的内容，需要具备以下知识：● 有关自动化技术的基本知识● 了解自动化系统高可用性的需求。●了解工程组态系统 STEP 7 V15.1警告可能发生人员受伤或财产损失。根据相关的应用领域，工厂或系统中的 S7-1500组件需遵守特定的标准和规定。请遵循适用的安全和事故预防规定，例如 IEC 60204-1（通用机器安全要求）。本入门指南中的示例介绍了S7-1500H冗余系统的组态和编程。但不保证该示例总是能够在各种不同的情况中正常运行。因此在执行该示例前，强烈建议您查阅Zui新版本的系统手册“SIMATICS7-1500R/H冗余系统”和所用模块的设备手册。必须始终注意以上手册中包含的警告和其它信息，即使它们未重复出现在本入门指南中。如果不遵循这些规定，可能会造成严重的人身伤害并可能损坏机器和设施。示例简介1.1安全信息S7-1500R/H 冗余系统入门指南, 10/2018, A5E44913199-AA 51.1 安全信息Siemens为其产品及解决方案提供了工业安全功能，以支持工厂、系统、机器和网络的安全运行。为了防止工厂、系统、机器和网络受到网络攻击，需要实施并持续维护先进且全面的工业安全保护机制。Siemens的产品和解决方案仅构成此类概念的其中一个要素。客户负责防止其工厂、系统、机器和网络受到未经授权的访问。只有在必要时并采取适当安全措施（例如，使用防火墙和/或网络分段）的情况下，才能将系统、机器和组件连接到企业网络或Internet。此外，需遵循西门子发布的有关安全措施指南。更多关于可执行的工业安全措施的信息，请 访问(https://www.siemens.com/industrialsecurity)。西门子不断对产品和解决方案进行开发和完善以tigao安全性。Siemens强烈建议您及时更新产品并始终使用Zui新产品版本。如果所用的产品版本不再支持，或未更新到到Zui新版本，则会增加客户遭受网络攻击的风险。要及时了解有关产品更新的信息，请订阅Siemens 工业安全 RSS源，网址为(https://www.siemens.com/industrialsecurity)。示例简介1.2示例的结构和任务S7-1500R/H 冗余系统6 入门指南, 10/2018, A5E44913199-AA1.2示例的结构和任务隧道中的照明灯和风扇控制的自动化交通liuliang的持续增长以及越来越严格的安全要求都需要先进的隧道系统提供保障。与此同时，这些设施对设备的要求也在不断tigao，尤其在安全性和可用性至关重要时。以下示例包含三个子任务：●根据隧道内的空气污染等级控制安全通风● 根据隧道中的空气污染等级控制交通信号灯和障碍物● 根据隧道外光线的光照强度控制隧道中的照明图1-1隧道照明灯和风扇控制示例根据隧道内的空气污染等级控制安全通风为了排出有害废气并供应新鲜空气，在隧道中安装了风扇。通风系统需确保不间断操作，从而保持污染物浓度低于设定水平。为此，通风系统需确保始终可用，以从容应对自动化组件故障事件（如，因隧道内起火）。配有两个冗余HCPU 的 S7-1500H冗余系统用于确保风扇可用性。使用三个风扇对隧道进行通风。根据隧道中的空气污染等级控制交通信号灯和障碍物隧道入口通过两个交通信号灯控制。出于安全原因，交通信号灯控制也需要更高的可用性。如果隧道段中的污染物浓度超过Zui大限值达2分钟以上，则会封闭隧道。根据隧道外光线的光照强度控制隧道中的照明隧道入口的光照强度反差通过不同隧道段的隧道照明调节。通过两个光传感器测量隧道外的光照强度。隧道入口照明灯的光照强度被相应控制。隧道内照明灯根据白天/夜晚时间来控制。示例简介1.2示例的结构和任务S7-1500R/H 冗余系统入门指南, 10/2018, A5E44913199-AA7工艺图以下工艺图显示了自动化解决方案的结构。① 隧道照明灯② 风扇③ 交通信号灯④ 障碍物⑤ 隧道外光传感器⑥ 浊度传感器⑦空气质量传感器⑧ HMI 设备⑨ H-CPU⑩ 隧道 1 至 3 段的 IO 设备图 1-2 工艺图示例简介1.2示例的结构和任务S7-1500R/H 冗余系统8 入门指南, 10/2018,A5E44913199-AA示例的自动化组件组态包括：2 个 S7-1500 H-CPU● 冗余操作中如果一个 CPU出现故障，另一个 CPU 会接替它对隧道操作进行控制。3 个 ET 200SP 用作 PROFINET 环网中的 IO设备每个隧道段（1 至 3）配备一个 ET 200SP（IO 设备）分布式 IO 系统。传感器和执行器连接到每个 IO设备，用于以下任务：● 污染物浓度的测量，并发挥以下作用：– 控制风扇速度和气流– 控制交通信号灯和障碍物● 测量隧道外光线：–控制入口照明灯● 根据白天/夜间时间控制隧道内照明灯。2个精智面板操作员将精智面板用作监控隧道运行的控制中心。工作原理风扇速度控制以及交通信号灯和障碍物控制每台风扇：●具有两种速度（阶段），可根据测得的污染物浓度选择打开或关闭。● 支持 2种旋转方向。根据是否测量到污染物，风扇选择是排气模式还是进气模式。H-CPU通过模拟量输入模块和空气质量传感器测量隧道中的污染物浓度。如果污染物浓度超过Zui大限值，H-CPU 会通过数字量输出模块在 ET200SP 中响应如下：● tigao风扇电机的速度● 两分钟后将交通信号灯切换为红色● 两分钟后关闭障碍物示例简介1.2示例的结构和任务S7-1500R/H 冗余系统入门指南, 10/2018, A5E44913199-AA9如果污染物浓度低于平均限值，H-CPU 会通过数字量输出模块在 ET 200SP 中响应如下：● 将通风电机切换到停止模式●将交通信号灯切换为绿色● 打开障碍物控制隧道中的照明H-CPU使用模拟量输入模块测量隧道内外的光照强度。根据隧道外照明，数字量输出模块可将隧道入口照明灯的亮度调节为zuijia的能见度。数字量输出模块还会根据白天/夜间时间控制隧道内照明灯。CPU中的用户程序会指定限值，并控制 ET 200SP 的输入和输出模块。精智面板在 HMI 画面中显示 S7-1500H冗余系统。如果需要，操作员可以通过 HMI 画面切换到手动操作并更改限值。S7-1500H 和 S7-1500R 对比作为S7-1500H 的替代方案，可以使用 S7-1500R 冗余系统实现此自动化任务。在本例中，使用 S7-1500H冗余系统，因为它在隧道自动化任务中具有以下优势：● 性能优于 S7-1500R，具体体现在：– 通过光缆建立的单独冗余连接–计算能力强– 可以使用更多的 PROFINET 设备● 两个 H CPU 之间的距离Zui长 10 km该解决方案的优势●系统的可用性高：如果某个 H-CPU 出现故障或正在维护，则照明和风扇控制可继续运行。不需要封闭隧道。● 可靠地监视和控制两个H-CPU 之间长达 10 km 的隧道设施● 实时监控系统和操作工程师的目标信息● 信号可直接在隧道中的 ET 200SP 分布式I/O 系统中记录并输出。无需长距离传输。示例简介1.3 操作步骤S7-1500R/H 冗余系统10 入门指南, 10/2018,A5E44913199-AA1.3 操作步骤任务执行以下任务以实现示例：表格 1- 1 隧道自动化的操作步骤步骤操作步骤 更多信息1在 STEP 7 中进行硬件组态：使用 2 个 H-CPU、3 个 ET 200SP 站及其 I/O 模块和 2个精智面板组态系统。“组态 (页 19)” 部分2 在 STEP 7 中创建用户程序：• 在组织块中编写用户程序。• 创建 HMI画面。
要求示例要求以下硬件和软件可用于执行该示例：表格 1- 2硬件/软件要求硬件/软件 模块/版本2 H-CPU，带有同步模块和 SIMATIC 存储卡• 2 个相同的 1517H-3 PNCPU，订货号、功能版本和固件版本完全相同• 4 个同步模块，适用于长达 10 km 的光纤电缆(6ES7960-1FB00-0AA5)• 2 个 SIMATIC 存储卡，容量为 256 Mb(6ES7954-8LL02-0AA0)3 个 ET 200SP 分布式 I/O 系统隧道第 1 段和第 3 段的 2 个 ET200SP，其中分别包含：• 1 个接口模块 IM 155-6 PN HF (6ES7155-6AU01-0CN0)，固件版本V4.2 或更高版本（系统冗余 S2）• 4 个数字量输出模块：– 2 个 D/2A ST，分别带有一个浅色BaseUnit，BU 型号 A0：BU15-P16+A0+2D– 1 个 D/2A ST，带有一个深色BaseUnit，BU 型号 A0：BU15-P16+A0+2B– 1 个 D/2A HF，带有一个浅色BaseUnit，BU 型号 U0：BU20-P16+A0+2D• 1 个模拟量输入模块：– AI 4xU/I 2 线制ST，带有一个深色 BaseUnit，BU 型号 A0：BU15-P16+A0+2B• 1 个服务模块隧道第 2 段的 1 个 ET200SP，包含：• 1 个接口模块 IM 155-6 PN HF (6ES7155-6AU01-0CN0)，固件版本 V4.2或更高版本（系统冗余 S2）• 2 个数字量输出模块：– 1 个 D/2A ST，带有一个浅色BaseUnit，BU 型号 A0：BU15-P16+A0+2D– 1 个 D/2A HF，带有一个浅色BaseUnit，BU 型号 U0：BU20-P16+A0+2D• 1 个模拟量输入模块：– AI 4xU/I 2 线制ST，带有一个深色 BaseUnit，BU 型号 A0：BU15-P16+A0+2B• 1 个服务模块示例简介1.5隧道段的接线图S7-1500R/H 冗余系统12 入门指南, 10/2018, A5E44913199-AA硬件/软件 模块/版本2个 HMI 设备 TP1900 Comfort2 个用于 S7-1500R/H 的负载电流PM 190 W 120/230 V AC3个用于 ET 200SP的负载电流24 V DC 输出电压的负载电流（具有安全电气隔离）附件 1 根安装导轨，2根光纤电缆，PROFINET 电缆具有工程组态系统的PC/PG带以太网接口的 PG/PC 和以下正确安装的软件安装包：•SIMATIC STEP 7 Professional V15.1 或更高版本PG/PC 连接的交换机 SCALANCEX-204IRT附加要求PG/PC 通过 PROFINET 接口连接到交换机。调试期间，需要在 PROFINET环网中添加交换机。安装模块并连接各组件可以在组态和编写用户程序前后设置和连接硬件。
隧道段的接线图简介下图显示了隧道段 1 或 3 内 ET 200SP分布式 I/O 系统的 I/O 模块的布线。对隧道第 2段进行布线时，不对交通信号灯控制和障碍物控制的数字量输出模块进行布线，也不对模拟量输入模块上的隧道外光传感器进行布线。示例简介1.5隧道段的接线图S7-1500R/H 冗余系统14 入门指南, 10/2018,A5E44913199-AA连接电源电压、PROFINET 电缆并接地下图显示了 ET 200SP 的电源电压、PROFINET电缆和接地的布线。① 接口模块 IM 155-6 PN HF（6ES7155-6AU01-0CN0 固件版本 V4.2 及更高版本）②交通信号灯控件：D/2A ST 数字量输出模块，带有一个浅色 BaseUnit BU15-P16+A0+2D（BU型号 A0）③ 障碍物控件：D/2A ST 数字量输出模块，带有一个深色 BaseUnitBU15-P16+A0+2B（BU 型号 A0）④ 测量光照强度和空气污染等级：4xU/I 2-wire ST模拟量输入模块，带有一个深色 BaseUnit BU15-P16+A0+2B（BU 型号 A0）⑤ 风扇控制系统：D/2A ST 数字量输出模块，带有一个浅色 BaseUnit BU15-P16+A0+2D（BU 型号 A0）⑥照明控制系统：D/2A HF 数字量输出模块，带有一个浅色 BaseUnitBU20-P16+A0+2D（BU 型号 U0）⑦ 服务模块⑧ 安装导轨在 PE 处接地⑨ 24 V DC输出电压的负载电流（具有安全电气隔离）⑩ 用于 PROFINET 环网的 PROFINET 电缆图 1-3 接线图示例简介1.5隧道段的接线图S7-1500R/H 冗余系统入门指南, 10/2018, A5E44913199-AA15连接交通信号灯控件下图显示了 D/2A ST 数字量输出模块 ② 上的交通信号灯布线。图 1-4交通信号灯的布线连接障碍物控件下图显示了 D/2A ST 数字量输出模块 ③上的障碍物控件布线。障碍物通过三相电机控制开关。三相电机的旋转方向由一个可逆接触器控制：● 打开障碍物 → 接触器 K1 启动●关闭障碍物 → 接触器 K2 启动如果障碍物已达到各自的Zui终位置，会通过限位开关自动关闭。图 1-5 障碍物控件的布线示例简介1.5隧道段的接线图S7-1500R/H 冗余系统16 入门指南, 10/2018,A5E44913199-AA连接测量光照强度和空气污染等级的传感器下图显示了 AI 4xU/I 2 线制 ST 模拟量输入模块 ④上用于测量光照强度和空气污染等级的传感器的布线。图 1-6 测量光照强度和空气污染等级的传感器的布线示例简介1.5隧道段的接线图S7-1500R/H 冗余系统入门指南, 10/2018, A5E44913199-AA 17连接照明控制功能下图显示了D/2A ST 数字量输出模块 ⑤ 上的风扇控件布线。风扇的旋转方向（右/左）由一个可逆接触器控制：●风扇顺时针旋转 → 接触器 K1 启动● 风扇逆时针旋转 → 接触器 K2 启动风扇速度（高/低）通过达兰德电路控制：● 风扇低速 →接触器 K5 启动● 风扇高速 → 接触器 K3 和 K4 启动图 1-7 风扇控件的接线示例简介1.5隧道段的接线图S7-1500R/H 冗余系统18 入门指南, 10/2018, A5E44913199-AA连接照明控制功能下图显示了D/2A HF 数字量输出模块 ⑥ 上的照明灯控件布线。通过数字量输出模式的相位控制 -相位比例功能使灯变暗：● L1 → 入口照明灯● L2 → 内部照明灯图 1-8 交通信号灯的布线S7-1500R/H冗余系统入门指南, 10/2018, A5E44913199-AA 19组态 22.1 组态各组件简介创建一个新项目，然后添加 CPU1517H-3 PN 和 3 个 ET 200SP 分布式 I/O 系统。将组件连接到 PROFINET 环网。将 2 个 HMI设备 TP1900 Comfort 添加到组件中。未组态 PM 190 W 120/230 V 交流负载电流。要求已设置 PG/PC的 IP 地址，示例中为 192.168.0.50。创建项目并分配硬件1. 在 STEP 7中创建新项目。将项目命名为“S7-1500H_GS”。图 2-1 创建新项目2. 选择“组态设备”(Configure adevice)，然后选择“组态网络”(Configure networks)。网络视图随即打开。3. 从网络视图的硬件目录中选择CPU 1517H-3 PN。4. 将 CPU 拖放到网络视图的任务窗口中。结果：– STEP 7 会自动创建冗余系统的两个1517H-3 PN CPU。– STEP 7 将自动为两个 CPU 的 PROFINET 接口 X1 分配 MRP角色“管理员（自动）”(Manager (auto))。– 这两个 CPU 将以图形方式显示在 STEP 7 的网络视图中。5.从硬件目录中选择 ET 200SP 接口模块 IM 155-6 PN HF（订货号 6ES7155-6AU01-0CN0）。6.将此接口模块拖放到网络视图的任务窗口中。7. 将 2 个 IM 155-6 PN HF 接口模块拖放到网络视图的任务窗口中。8.从硬件目录中选择 SIMATIC 精智面板 TP1900 Comfort 作为 HMI 设备。建议：使用 HMI 设备向导 (页30) 组态 HMI 设备。9. 将 TP1900 Comfort 拖放到网络视图的任务窗口中。10. 将另一个 TP1900Comfort 拖放到网络视图的任务窗口中。结果：已创建项目。已插入硬件组件。已自动分配设备的 PROFINET 接口的 IP地址。