冗余简介在以下部分中，概述了如何在 S7-1500R/H 冗余系统中实现更高的网络和工厂可用性。介质冗余协议 (MRP) 支持基于环形拓扑的 IO 设备连接。尽管出现网络故障（交换机故障、线路中断），MRP 也仍可确保在整个网络中通过替代路径进行通信。MRP 互连通过在 PROFINET 网络中基于 MRP 以冗余方式耦合两个或多个环网来实现更大数量的结构。S7-1500R/H 冗余系统需要 PROFINET 环网中的介质冗余 (MRP)。自固件版本 V3.0 起，HCPU 不再必须是 PROFINET 环网的一部分。这也允许其它拓扑，例如线形拓扑。MRP 和 MRP 互连可独立于 IO 设备的系统冗余使用。可以在冗余 S7-1500R/H 系统上使用以下 IO 设备：• 采用系统冗余 S2 的 IO 设备• 采用系统冗余 R1 的 IO 设备（jinxian自固件版本 V3.0 起的 S7-1500H）• 通过 CPU 的“交换 S1 设备”功能，可以操作标准 IO 设备。在系统冗余 S2 中，R1 可容忍直接 IO 控制器和 IO 设备通信中的错误。对于开关型 S1 设备，不能容忍 IO 控制器和 IO 设备通信的中断。S1 设备暂时发生故障，然后在必要时恢复。系统概述4.3 S7-1500 R/H-CPUS7-1500R/H 冗余系统64 系统手册, 01/2023, A5E41815205-AES7-1500R/H 中的通信关系对于冗余系统 S7-1500R/H，可使用不同的 IO 设备类型。对于不同的 IO 设备类型，在其可与冗余系统的 CPU 建立的通信关系 AR（应用程序关系）方面有所不同：• 作为开关型 S1 设备的标准 IO 设备支持一个 AR• S2 设备支持两个 AR• R1 设备支持两个 AR（每个接口模块一个 AR）为使 IO 设备能够与 IO 控制器（CPU 或 R/H 系统）交换数据，两者之间需要一个 AR。如果此 AR 中断或 IO 控制器出现故障，则无法通过此 AR 进行进一步的数据交换。IO 设备和R/H 系统的另一个 CPU 之间的另一个 AR 会形成连接的冗余。这增加了冗余系统的可靠性。介质冗余介质冗余是用于确保网络和工厂可用性的功能。如果环网中的传输链路在任何时候中断，例如由于 PROFINET 线路中断或站故障，冗余管理器会立即激活备用通信路径。如果在环形拓扑中设置 S7-1500R/H 冗余系统，则两个 CPU 位于使用介质冗余方法 MRP的 PROFINET 环网中。PROFINET 环网中的所有 PROFINET 设备必须支持介质冗余 (MRP)。对于 S7-1500H 冗余系统，还可以使用开关将两个 H-CPU 与 PROFINET 环网断开，在这种情况下它们不再包含在 PROFINET 环网中。S7-1500R 使用 PROFINET 环网（通过 PROFINET 接口 X1）来同步两个 CPU。S7-1500H 使用通过光缆建立的冗余连接同步两个 CPU。若要建立具有介质冗余性的环形拓扑结构，需要使用一个设备中的 2 个端口（环网端口，端口标签“R”）将线型网络拓扑结构的两个自由端接在一起。在设备组态中指定环网端口。对于 S7-1500H，两个 H-CPU 也可以位于不同的 PROFINET 环网中。可通过 MRP 互连连接两个 PROFINET 环网。在具有环形拓扑的 S7-1500R/H 冗余系统中，两个 CPU 的介质冗余角色必须组态为“管理器（自动）”。对于 PROFINET 环网中的其它所有 PROFINET 设备，必须组态“客户端”介质冗余角色。冗余管理器与冗余客户端之间存在基于 MRP 的通信连接。如果环网中任何一点断开，介质冗余协议 (MRP) 会自动重新组态各个设备之间的数据路径。在 STEP 7 中组态 IO 设备的介质冗余角色和其它 PROFINET 设备。系统概述4.3 S7-1500 R/H-CPUS7-1500R/H 冗余系统系统手册, 01/2023, A5E41815205-AE 65H-Sync 转发使用 H-Sync 转发功能时，支持 MRP 的 PROFINET 设备仅在 PROFINET 环网中转发S7-1500R 冗余系统的同步数据（同步帧）。此外，通过 H-Sync 转发功能，甚至可在对 PROFINET 环网进行重新组态过程中转发同步数据。如果 PROFINET 环网中断，H-Sync 转发功能可避免循环时间增加。说明H-Sync 转发支持技术规范通常表明 PROFINET 设备是否支持 H-Sync 转发功能。GSD 文件也将指示设备是否支持 H-Sync 转发功能。如果“MediaRedundancy”元素中的“AdditionalForwardingRulesSupported”属性设为“true”，则设备支持 H-Sync 转发功能。系统概述4.3 S7-1500 R/H-CPUS7-1500R/H 冗余系统66 系统手册, 01/2023, A5E41815205-AE条件：• H-Sync 转发与冗余 S7-1500H 系统不相关。在 S7-1500H 冗余系统中，H-Sync 帧仅通过光纤传输。• 如果在 R 系统的 PROFINET 环网中使用具有两个以上端口的 PROFINET 设备（如交换机），这些设备必须支持 H-Sync 转发功能。H-Sync 帧为 PROFINET 环网留下了一个没有 H-Sync 转发功能的交换机。这会导致网络负载额外升高。另一个严重的结果是网络中其它 R 系统的冗余可能发生故障或阻止启动。• 如果要在 R 系统的 PROFINET 环网中使用仅具有 2 个端口的 PROFINET 设备，则建议为 PROFINET 环网中的所有设备使用 H-Sync 转发功能。如果在 S7-1500R 冗余系统的 PROFINET 环网中操作不具备 H-Sync 转发功能的PROFINET 设备，则以下情况将导致循环时间额外增加：1. S7-1500R 冗余系统处于 RUN-Redundant 系统状态。2. 直接连接两个 CPU 的 PROFINET 电缆发生故障。3. PROFINET 环网中断。4. PROFINET 环网将重新组态。5. 不具备 H-Sync 转发功能的 PROFINET 设备不会在 PROFINET 环网重新组态过程中转发任何 H-Sync 帧。6. 重新组态 PROFINET 环网会导致循环时间增加。图 4-17 CPU 之间的 PROFINET 电缆故障如果循环程序超过循环监视时间，则启动时间错误 OB (OB 80)。如果时间错误 OB (OB80) 不存在或使用 OB 80 的循环监视时间超过两次，则冗余将丢失。有关超出循环时间时 S7-1500R/H 冗余系统响应的更多信息，请参见“事件与 OB”部分。系统概述4.3 S7-1500 R/H-CPUS7-1500R/H 冗余系统系统手册, 01/2023, A5E41815205-AE 67说明如果直接连接 S7-1500R 冗余系统两个 CPU 的 PROFINET 电缆不太可能发生故障，则可在 S7-1500R 冗余系统的 PROFINET 环网中使用不具备 H-Sync 转发功能的 PROFINET设备。示例：S7-1500R/H 冗余系统的两个 CPU 在控制柜中并排放置。在这种情况下，PROFINET 电缆不太可能发生故障。
S7-1500 R/H-CPUS7-1500R/H 冗余系统允许两个 R-CPU 或 H-CPU 中有一个发生故障。如果主 CPU 发生故障，则备用 CPU 将作为新的主 CPU 在中断点继续进行过程控制。所有相关数据会通过主 CPU 与备用 CPU 之间的冗余连接在 CPU 之间进行yongjiu同步。主 CPU 和备用 CPU 并行执行用户程序。通过 CPU 的显示屏，可以在各菜单中显示控制和状态信息。维修时，通过快速访问诊断报警，显著缩短工厂停工时间。CPU 支持对所有 CPU 变量执行追踪功能，可实现驱动装置和控件的高效调试和快速优化。系统概述4.3 S7-1500 R/H-CPUS7-1500R/H 冗余系统62 系统手册, 01/2023, A5E41815205-AE4.3.1 CPU 技术规范概述下表列出了 S7-1500 R/H CPU 的主要技术规范。表格 4- 4 R/H-CPU 技术规范概述CPU 1513R-1 PN CPU 1515R-2 PN CPU 1517H-3 PN CPU 1518HF-4PN数据工作存储器，最大 2.5 MB 4.5 MB 8 MB 60 MB代码工作存储器，最大 600 KB 1 MB 2 MB 9 MB插入式装载存储器（SIMATIC 存储卡），最大32 GB 32 GB 32 GB 32 GBI/O 地址区，最大 32 KB/32 KB 32 KB/32 KB 32 KB/32 KB 32 KB/32 KBPROFINET IO 接口 1 1 1 1PROFINET 接口 - 1 1 2位运算的处理时间 50 ns 20 ns 4 ns 4 ns显示画面大小 3.45 cm 6.1 cm 6.1 cm 6.1 cmR/H 系统的 PROFINET 环网中适用的 PROFINET 设备，最大值：• IO 设备• S7-1500R/H CPU• 交换机• S7-1500 CPU（自 V2.5起）• HMI 设备50 个（建议值：最多 16 个）50 个（建议值：最多 16 个）50 50可在 R/H CPU 上使用的 IO设备，最大值：64 64 256 256每个机架中的最大模块数量 2（PM 和 CPU） 2（PM 和 CPU） 2（PM 和 CPU） 2（PM 和 CPU）CPU 之间的最大距离 取决于所用的介质转换器（PROFINET 电缆，最长100 m）取决于所用的介质转换器（PROFINET 电缆，最长100 m）取决于所用同步模块：最长40 km取决于所用同步模块：最长40 km冗余连接（同步链路） PROFINET 环网 PROFINET 环网 光纤电缆 光纤电缆系统概述4.3 S7-1500 R/H-CPUS7-1500R/H 冗余系统系统手册, 01/2023, A5E41815205-AE 63CPU 1513R-1 PN CPU 1515R-2 PN CPU 1517H-3 PN CPU 1518HF-4PN系统冗余 ✓ ✓ ✓ ✓热备份 ✓ ✓ ✓ ✓切换时间 1) 300 ms 300 ms 50 ms 50 ms1) 切换时间是从主 CPU 发生故障或停止开始，直到备用 CPU 成为主 CPU 并且在中断点处作为主 CPU 进行过程控制的时间。切换时间会延长循环时间。参考有关完整的技术规范，请参见相关 CPU 的手册和 Internet
系统冗余 S2系统冗余 S2 通过支持两个 AR 的接口模块将 IO 设备连接到冗余系统中的 IO 控制器。使用 S2 系统冗余的 IO 设备可在以下情况下与 S7-1500R/H 冗余系统进行不间断的过程数据交换：• CPU 故障• PROFINET 环网中断• 线形拓扑中断（适用于固件版本 V3.0 起的 S7-1500H）使用系统冗余 S2 的 IO 设备支持系统冗余 AR。在冗余系统中，带有系统冗余 S2 的一个 IO 设备将与两个 CPU（IO 控制器）均建立系统冗余 AR。因此 IO 设备同时支持两个 IO 控制器的 AR（用于相同模块）。系统冗余 AR 可以是主 AR 或备用 AR。IO 设备会在输出端激活主 AR 的数据。备份 AR 的数据最初不被评估。• RUN-Redundant 系统状态下的特性：两个 CPU 均为 IO 控制器。PROFINET 通信在其中一个 CPU（IO 控制器）与 IO 设备之间的两个系统冗余 AR 上同步运行。如果主 CPU 发生故障或切换为 STOP，备用 CPU 会成为主 CPU，还会将备用 AR 切换为主 AR。该 AR 的数据会在输出端激活。对于线形拓扑，只有主 AR 会发生故障。在这种情况下，之前的备份 AR 会切换到主AR，但 CPU 的角色保持不变。• RUN-Solo 系统状态下的特性：只有主 CPU 是 IO 控制器。PROFINET 通信在主 CPU 与 IO 设备之间的主 AR 上进行。备用 CPU 与 IO 设备之间无 AR。在 STEP 7 中，将具有系统冗余 S2 的 IO 设备分配给冗余 S7-1500R/H 系统的两个 CPU。系统概述4.3 S7-1500 R/H-CPUS7-1500R/H 冗余系统68 系统手册, 01/2023, A5E41815205-AE系统冗余 R1自固件版本 V3.0 起，S7-1500H 冗余系统支持采用系统冗余 R1 的 IO 设备。系统冗余 R1 通过两个接口模块连接 IO 设备，每个接口模块都支持一个 AR 以连接到冗余系统中的 IO 控制器。IO 设备可通过两个接口模块基于两个独立的 PROFINET 网络（子网）进行通信。使用系统冗余 R1 的 IO 设备可在以下情况下与 S7-1500H 冗余系统进行不间断的过程数据交换：• CPU 故障• PROFINET 环网或线形拓扑中断• 接口模块故障• 子网故障。与系统冗余 S2 不同，对于两个 AR 中的每一个，系统冗余 R1 都有一个单独的接口模块。由于这些冗余接口模块，可用性高于 S2 设备。• RUN-Redundant 系统状态下的行为：PROFINET 通信同时在两个系统冗余 AR 上运行，每个 AR 在一个 CPU（IO 控制器）和R1 设备的接口模块之间。仅在 R1 设备的接口模块发生故障时，AR 才会切换。H-CPU 的角色不会更改。但是，如果主 CPU 发生故障或切换到 STOP，则 S7-1500H 冗余系统的行为如下：– 之前的备用 CPU 成为新的主 CPU。– 新的主 CPU 使用 AR 连接 IO 设备的其它接口模块，并且仍然可以访问 IO 设备的输入和控制其输出。– 之前的主 CPU 和分配的接口模块之间的 AR 断开连接。• RUN-Solo 系统状态下的行为：只有主 CPU 是 IO 控制器。PROFINET 通信在主 CPU（IO 控制器）和分配给主 CPU 的IO 设备的接口模块之间的 AR 上运行。备用 CPU 将其所有 AR 分开。在 STEP 7 中，通过以下方式组态具有系统冗余 R1 的 IO 设备：• 将 R1 设备的左侧接口模块连接到冗余 ID 为 1 的 H-CPU。• 必须将 R1 设备的右侧接口模块连接到冗余 ID 为 2 的 H-CPU。系统概述4.3 S7-1500 R/H-CPUS7-1500R/H 冗余系统系统手册, 01/2023, A5E41815205-AE 69交换 S1 设备自固件版本 V2.8 起，S7-1500R/H 冗余系统支持“交换 S1 设备”功能。通过 CPU 的“交换 S1 设备”功能，可以在 S7-1500R/H 冗余系统上操作标准 IO 设备。标准 IO 设备始终分配给 S7-1500R/H 冗余系统的两个 CPU。与使用 S2 系统冗余的 IO 设备相比，标准 IO 设备仅支持一个 AR。自固件版本 V3.0 起，S7-1500H 的备用 CPU 可与线形拓扑中的 S1 设备建立 AR。然后主CPU 通过备用 CPU 接收数据。• RUN-Redundant 系统状态下的行为：PROFINET 通信在其中一个 CPU（IO 控制器）和标准 IO 设备之间的 AR 上运行。如果这是主 CPU 并且其发生故障，则冗余 S7-1500R/H 系统行为如下：– 主 CPU 和标准 IO 设备之间的 AR 已断开连接。– 之前的备用 CPU 成为新的主 CPU。– S7-1500R/H 冗余系统暂时无法访问输入，也无法控制标准 IO 设备的输出。输出组态取决于相应通道的替换值特性。– 新的主 CPU 再次建立与标准 IO 设备的 AR。– 新的主 CPU 建立 AR 后，S7-1500R/H 冗余系统可再次访问输入并控制标准 IO 设备的输出。线形拓扑中断时 S7-1500H 中的特殊行为：说明在主 CPU 和 IO 设备之间出现线路中断的情况下临时断开标准 IO 设备如果主 CPU 和标准 IO 设备之间的线路中断，则 S7-1500H 冗余系统暂时无法访问标准IO 设备的输入，也无法控制其输出。输出组态取决于相应通道的替换值特性。备用 CPU 为标准 IO 设备建立 AR。备用 CPU 设置了 AR 后，S7-1500H 冗余系统便会再次访问标准 IO 设备的输入和控制其输出。• RUN-Solo 系统状态下的特性：只有主 CPU 是 IO 控制器。PROFINET 通信在主 CPU（IO 控制器）与标准 IO 设备之间的 AR 上进行。备用 CPU 与标准 IO 设备之间没有 AR。系统概述4.3 S7-1500 R/H-CPUS7-1500R/H 冗余系统70 系统手册, 01/2023, A5E41815205-AE在 STEP 7 中，通过将标准 IO 设备分配给 S7-1500R/H 冗余系统的两个 CPU，组态通过“交换 S1 设备”功能连接的 IO 设备。说明S7-1500R 冗余系统中的标准 IO 设备标准 IO 设备通常不支持 H-Sync 转发。为避免 PROFINET 环网中断时循环时间增加，请将标准 IO 设备（无 H-Sync 转发）集成在交换机下游，而不是 PROFINET 环网中。说明智能设备用作标准 IO 设备请勿将在 STEP 7 中组态的设备作为智能设备分配给 S7-1500R/H 冗余系统。要在 S7-1500R/H 冗余系统上采用智能设备作为标准 IO 设备，请始终通过 GSD 文件组态智能设备。• SIMATIC CPU 用作智能设备– 首先，将 STEP 7 中的 SIMATIC CPU 组态为具有所有传输区域的智能设备。– 将智能设备导出为 GSD 文件。GSD 导出功能位于 PROFINET 接口属性的“操作模式 >智能设备通信 > 导出通用系统描述文件 (GSD)”(Operating mode > I-devicecommunication > Export Generic System Description file (GSD)) 下。– 在 STEP 7 中安装 GSD 文件。