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S7-1500 RH冗余系统操作指南---连载8

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S7-1500 RH冗余系统操作指南---连载8

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2021-01-28 08:24:05

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第三章SIMATIC S7-1500 R/H 同步原理

     冗余系统至少有两个相同的设备例如CPU,用于增加系统的可用性。两个CPU中间的数据同步也是非常重要的,否则在主-备CPU切换的过程中会产生数据的抖动,从而对设备造成损害,所以冗余系统的无扰切换时非常重要的。

3.1 几种冗余同步的方式

    不同品牌的冗余系统同步的方式也是不同的,常见的同步方式如图3-1所示。

     第一种方式为周期同步,这种方式比较简单,由于两个CPU执行速度不同,一个周期内可能会产生数据的偏差,在这个偏差还没有进行同步时主-备CPU进行切换,输出的数据可能发生抖动。

     第二种方式为时间同步,是在第一种方式下进行再优化,尽量减少主-备CPU进行切换时的数据偏差。只是减少出现偏差的概率,但是还是会出现。

     第三种方式为命令同步,不管指令是否会产生数据的偏差都进行同步,这样的好处是主-备CPU无扰切换,缺点是同步占用大量的CPU资源,降低了CPU的性能。

3.2 S7-400H的同步方式

     介绍S7-1500R/H系统为什么还要介绍S7-400H的同步原理,因为S7-1500R/H是在S7-400H基础上再次进行了优化,回顾过去可以更清楚S7-1500R/H的工作原理。两者的同步原理仍然是相同,都是采用了事件同步的机制,即凡是可能产生数据偏差的事件都需要同步,例如:

● 直接访问 I/O 设备

● 中断循环程序执行的事件

● 更新用户时间,例如 S7 定时器

● 更新过程映像

● 通过通信功能更改数据

● 访问不同的 CPU 上可能不同的数据,例如当前时间、系统时间或运行系统消息

     同步原理如图3-2。L PIW100指令为立即访问输入信息即立即读(没有经过过程影像区,不能保证数据的一致性),可能会造成数据的偏差,执行指令后进行同步,同步完成后执行下一条指令。

     S7-400H数据偏差的调整是同步,即有数据偏差立即同步,同步完成后再执行下一条指令,事件同步的执行与程序的执行的同步的,如图3-3所示。

     从图3-3中可以看到,数据偏差调整与程序运行是同步的,并且是双向的,例如,一个I/O站点如果只连接备用CPU(网线中断),I/O的数据可以从备用CPU通过同步光纤传递到主CPU中,此外程序如果下载到备用CPU,也可以同步到主CPU中。同步调整数据偏差的方式除了造成CPU的运行负荷外,同步的数据也会比较大,这也是为什么在S7-400H的使用时不建议使用外设地址即PIWXX或者PQWXX、S5定时器和计数器等方式。

3.3 S7-1500R/H的同步方式

     S7-1500R/H同样采用事件同步的方式,但是数据偏差的调整是异步的,即同步事件与CPU的运行是异步的。此外同步的方向是单向的(除通信以外),例如,一个I/O站点如果只连接备用CPU(网线中断),I/O的数据不能从备用CPU通过同步光纤传递到主CPU中(S7-1500R通信线中断就不能运行在冗余模式下)、程序的下载只能通过主CPU等,异步偏差数据调整方式如图3-4所示。

     与同步调整数据偏差的方式不同,异步调整方式在备用CPU中使用一个缓存区存储主CPU同步的数据,当然主-备CPU不固定,哪一个CPU先启动哪一个就是主CPU,所以每一个CPU中都有缓存区。异步调整方式分为两种,第一种情况,主CPU运行的快,如图3-5所示。

     主CPU 比备用CPU块的情况下,例如HMI与备用CPU进行通信,导致备用CPU的运行变慢,经过同步事件时,例如一个读取外设输入指令,主CPU将发送需要同步的数据到备用CPU的缓存区中,备用CPU运行到该同步点时提取缓冲区中的同步数据并清除该数据。这样将保证CPU一直快速运行,减少CPU同步的负荷。如果主-备相差过大,系统将自动补偿。

     第二种情况,主CPU运行的慢,如图3-6所示。

     使用系统IP通信方式,大部分是与主CPU进行通信),备用CPU经过同步事件点时,等待主CPU运行到该点,然后被主CPU同步,最后备用CPU再执行程序。

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