工厂组件与自动化层级工厂组件与自动化层级以下示意图显示了冗余系统中从管理层级到控制层级和现场层级的主要组件。图 4-10 以 S7-1500R 为例介绍管理、控制和现场层级的可能组态系统概述4.1 什么是 S7-1500R/H 冗余系统？S7-1500R/H 冗余系统系统手册, 01/2023, A5E41815205-AE 49位于管理层级的主 PC 访问位于控制层级和现场层级的各种设备。主 PC 通过工业以太网连接到 CPU。处于控制层级的 R-CPU 采用冗余设计。处于现场层级的 IO 设备连接至 PROFINET 环网内的 R-CPU。冗余 S7-1500R 系统通过 PN/PN 耦合器与另一 PROFINET IO 系统循环交换 IO 数据。PN/PN耦合器的左侧分配给 S7-1500R 冗余系统。PN/PN 耦合器的右侧分配给 CPU 1516-3 PN/DP（IO 控制器）。该组态允许一个 CPU 发生故障或 PROFINET 环网中断。主 CPU 和备用 CPU 并行执行用户程序。如果一个 CPU 发生故障，另一个 CPU 将接管过程控制。如果 PROFINET 环网中断（例如因电缆断开或 IO 设备故障），环网不再冗余。但未发生故障的 IO 设备会继续运行并可被访问。4.1.4 可扩展性简介与非冗余系统相比，冗余系统使用起来对成本更为敏感：• 有两个 CPU。• 物理连接（PROFINET 环网和冗余连接）可能需要跨越较远的距离。S7-1500R/H 冗余系统可扩展。也就是说，S7-1500R 和 S7-1500H 系统的功能范围相同，但在以下方面有所不同：• 性能• 硬件• 组态版本• 范围• 组态限值• 成本系统概述4.1 什么是 S7-1500R/H 冗余系统？S7-1500R/H 冗余系统50 系统手册, 01/2023, A5E41815205-AE说明MRP 互连MRP 互连可在 PROFINET 网络中实现两个或更多环网与 MRP 的冗余耦合。采用 MRP 互连后，设置冗余网络拓扑时将不受环网中最多设备数量的限制。更多信息，请参见“冗余(页 63)”部分。S7-1500R通过 CPU S7-1515R-2 PN 的 X2 PROFINET 接口或使用额外的交换机将 CPU 连接至工业以太网。S7-1500R 支持的 PROFINET 设备（交换机、S7-1500R CPU、S7-1500 CPU（V2.5 或更高版本）、HMI 设备和 IO 设备，如 ET 200MP 和 ET 200SP）数目如下：最多 50 个（建议值：最多 16 个）（在 PROFINET 环网中）S7-1500R 在 R CPU 上支持以下数量的 IO 设备：在 PROFINET 环网中最多 64 个，通过交换机（附加线形拓扑）分隔开说明针对 S7-1500R 的建议：PROFINET 环网中最多运行 16 个 PROFINET 设备（包括 RCPU）。PROFINET 环网中的设备数量会影响 S7-1500R 系统的可用性。因此在 PROFINET 环网中运行的 PROFINET 设备（包括 R-CPU）数量不应超过 16 个。如果 PROFINET 环网中运行的设备数量显著高于该限值，则会降低 IO 设备与 R-CPU 的可用性。本文档中的技术规范基于环网中建议的 S7-1500R 可连接 PROFINET 设备最大数量，16个。系统概述4.1 什么是 S7-1500R/H 冗余系统？S7-1500R/H 冗余系统系统手册, 01/2023, A5E41815205-AE 51S7-1500R 中的冗余连接为支持 MRP 的 PROFINET 环网。CPU 通过 PROFINET 环网进行同步。① 负载电流电源（可选）② CPU S7-1515R-2 PN③ PROFINET 电缆（冗余连接，PROFINET 环网）④ PROFINET 环网中的 IO 设备⑤ 交换机⑥ PROFINET 环网之外的 IO 设备（通过交换机分隔开）图 4-11 S7-1500R 组态方式系统概述4.1 什么是 S7-1500R/H 冗余系统？S7-1500R/H 冗余系统52 系统手册, 01/2023, A5E41815205-AES7-1500H通过 PROFINET 接口或使用额外的交换机将 CPU 连接至工业以太网。S7-1500H 支持的 PROFINET 设备（交换机、S7-1500H CPU、S7-1500 CPU（V2.5 或更高版本）、HMI 设备和 IO 设备，如 ET 200MP 和 ET 200SP）数目如下：最多 50 个（在PROFINET 环网中）S7-1500H 在 H-CPU 上支持以下数量的 IO 设备：最多 256 个（在 PROFINET 网络中）（环网、线形或组合拓扑）S7-1500H 中的冗余连接是两根双工光纤电缆，通过同步模块将 CPU 直接连接在一起。系统概述4.1 什么是 S7-1500R/H 冗余系统？S7-1500R/H 冗余系统系统手册, 01/2023, A5E41815205-AE 53下图显示了 PROFINET 环网中 S7-1500H 的组态示例。① 负载电流电源（可选）② CPU 1517H-3 PN③ PROFINET 电缆（PROFINET 环网）④ 冗余连接（2 根双工光纤电缆）⑤ PROFINET 环网中的 IO 设备⑥ 交换机⑦ PROFINET 环网之外的 IO 设备（通过交换机分隔开）图 4-12 PROFINET 环网中的 S7-1500H 组态变型系统概述4.1 什么是 S7-1500R/H 冗余系统？S7-1500R/H 冗余系统54 系统手册, 01/2023, A5E41815205-AE4.1.5 特点概述下图总结了 S7-1500R/H 冗余系统的主要功能。图 4-13 S7-1500R/H 特点系统概述4.2 组态S7-1500R/H 冗余系统系统手册, 01/2023, A5E41815205-AE 554.2 组态4.2.1 S7-1500R 冗余系统的结构组态S7-1500R 冗余系统包含以下组件：• 两个 R-CPU• 两个 SIMATIC 存储卡• PROFINET 电缆（冗余连接，PROFINET 环网）• IO 设备• 负载电流电源（可选）冗余系统 S7-1500R 可安装在一个公共安装导轨，也可分别安装在 2 个单独的安装导轨上。将 PROFINET 电缆连接至 CPU 的 PROFINET 接口 X1 P2R 上会直接连接两个 CPU。利用 CPU 的 PROFINET 接口 X1 P1R，建立通过 IO 设备从第一个 CPU 连接到第二个 CPU 的PROFINET 环网。组态示例① 负载电流电源，可选② CPU③ 集成有 DIN 导轨规约的安装导轨④ PROFINET 电缆（冗余连接，PROFINET 环网）图 4-14 S7-1500R 组态示例系统概述4.2 组态S7-1500R/H 冗余系统56 系统手册, 01/2023, A5E41815205-AE4.2.2 S7-1500H 冗余系统的结构组态S7-1500H 冗余系统包含以下组件：• 两个 H-CPU• 两个 SIMATIC 存储卡• 四个同步模块（每个 H-CPU 中两个同步模块）• 两个冗余连接（两根双工光纤电缆）• IO 设备（如适用）• 负载电流电源（可选）S7-1500H 冗余系统应安装在共用安装导轨或两个单独的安装导轨上。通过光纤电缆，可将两个 CPU 连接到各 CPU 中的两个同步模块。通过 CPU 的 PROFINET 接口 X1 P1R 和 X1P2R 建立 PROFINET 网络。组态示例① 负载电流电源，可选② CPU（包含两个同步模块，在下方连接，图中未显示）③ 集成有 DIN 导轨规约的安装导轨④ 冗余连接（光纤电缆）⑤ PROFINET 电缆图 4-15 S7-1500H 组态示例系统概述4.2 组态S7-1500R/H 冗余系统系统手册, 01/2023, A5E41815205-AE 574.2.3 采用 SIMATIC S7-1500HF 的故障安全系统的组态组态故障安全自动化系统（F 系统）用于具有较高安全要求的系统。F 系统用于控制过程，确保中断后这些过程可立即处于安全状态。也就是说，F 系统用于控制过程，在这些过程中发生即时中断不会危害人身或环境。1518HF-4 PN CPU 是一种集成了故障安全功能的高性能 H-CPU (HF-CPU)。HF 系统由以下组件组成：• 两个 HF-CPU• 两个 SIMATIC 存储卡• 四个同步模块（每个 HF-CPU 有两个同步模块）• 两个冗余连接（两根双工光纤电缆）• 使用故障安全模块的 IO 设备• 负载电流电源（可选）可以在 IO 设备中混合使用故障安全 I/O 模块和非故障安全 I/O 模块。HF 系统（采用 1518HF-4 PN CPU）执行以下数据交换：• 与 IO 设备的故障安全模块交换安全相关数据• 与 IO 设备的非故障安全模块交换非安全相关数据系统概述4.2 组态S7-1500R/H 冗余系统58 系统手册, 01/2023, A5E41815205-AE组态示例① CPU 1518HF-4 PN② 冗余连接（光纤电缆）③ ET 200SP IO 设备④ PROFINET 电缆（PROFINET 环网）⑤ 含故障安全模块和非故障安全模块的 ET 200MP IO 设备⑥ 含故障安全模块和非故障安全模块的 ET 200SP IO 设备图 4-16 PROFINET 环网中使用两个 1518HF-4 PN CPU 的冗余系统的组态示例说明1518HF-4 PN CPU 固件版本 V3.0 及更高版本的其它组态变型自固件版本 V3.0 起，HF 系统支持其它功能和组态变型：• 系统冗余 R1• HF CPU 不必是 PROFINET 环网或 MRP 域的一部分。这样便可实现其它拓扑变型，例如线型拓扑、组合拓扑或无需额外设备的设置。系统概述4.2 组态S7-1500R/H 冗余系统系统手册, 01/2023, A5E41815205-AE 59参考有关组态变型的详细信息，请参见“S7-1500H 的特定组态变型 (页 105)”部分。关于 ET 200SP/ET 200SP HA/ET 200MP 故障安全模块的更多信息，请参见相关的系统和设备手册。4.2.4 组件S7-1500R/H 冗余系统的组件表格 4- 3 S7-1500R/H 组件组件 功能 图示安装导轨 安装导轨是 S7-1500R/H 自动化系统的机架。可以利用安装导轨的整个长度。可按照附件/备件 (页 450)来订购安装导轨。标准导轨适配器 R/H CPU 通过标准导轨适配器安装在标准 35 mm 导轨上。标准导轨适配器可作为附件/备件 (页 450)订购。安装导轨的 PE 连接元件螺钉套件将插入安装导轨的 T 形槽，需要将安装导轨接地。螺钉套件包含在标准长度（160 mm 到 830 mm）安装导轨的交付清单中，可作为“附件/备件 (页 450)”进行订购。系统概述4.2 组态S7-1500R/H 冗余系统60 系统手册, 01/2023, A5E41815205-AE组件 功能 图示R/H-CPU CPU 运行用户程序。CPU 的附加特性和功能：• 通过工业以太网通信• 通过 PROFINET IO 通信• 冗余模式• HMI 通信• 集成系统诊断• 集成保护保护（访问和专有技术保护）PROFINET 电缆 使用 PROFINET 电缆连接 PROFINET 环网或 PROFINET网络中的 CPU 和 IO 设备。同步模块（适用于S7-1500H）通过 2 根光纤电缆在两个 H-CPU 之间建立冗余连接，共使用 4 个同步模块（每个 H-CPU 使用 2 个）。可订购以下同步模块版本：• 1 GB FO 10 m 同步模块：适用于长达 10 m 的光纤电缆• 1 GB FO 10 km 同步模块：适用于长达 10 km 的光纤电缆• 1 GB FO 40 km 同步模块：适用于最长 40 km 的光纤电缆光纤电缆（适用于S7-1500H）通过光纤电缆，可为每个 CPU 配对连接 2 个同步模块。可订购下列长度的光纤电缆：• 1 m• 2 m• 10 m• 最长 40 km（有关更长的光缆型号的详细信息，请参见工业商城