SIEMENS S7-1500R – redundantni in S7-1500H – visoko dobavljiv
Siemens d.o.o.
Informacije: Andrej Lazovič
2019_274_30
Siemens družino krmilnikov S7-1500, dopolnjuje z dvema redundantnima izvedbama krmilnikov. Izvedbi S7-1500R (R-Redundant) in S7-1500H (H-High available) nam omogočata povezavo dveh krmilnikov, na katerih teče enak program in je sinhroniziran preko redundantne povezave. V primeru izpada enega krmilnika, ki je v redundanci, drugi krmilnik prevzame izvajanje programa (primarni in redundantni krmilnik).
Krmilniki v redundantni so potrebni povsod, kjer je zahtevana visoka razpoložljivost delovanja sistema. Taki primeri so predori, letališča, čistilne naprave, talilne peči za železo, HVAC aplikacije v podatkovnih centrih in farmaciji, itd..
-
- Slika 1: CPU 1513R/1515R. Sinhronizacija preko MRP obroča. Preklopni čas je manjši od 300 ms. Uporabljen mora biti X1 vhod za PROFINET. Med krmilnikoma ne sme biti I/O naprav.
-
- Slika 2: CPU 1517H: Sinhronizacija preko ločene optične povezave. Preklopni čas je manjši od 50 ms
-
- Slika 3: S7-1500R razdalja med krmilnikoma
Izvedba S7-1500R vrši sinhronizacijo med krmilnikoma preko PROFINET obroča (MRP – Media Redundant Protocol), S7-1500H pa za sinhronizacijo uporablja optično povezavo. V R izvedbi sta na voljo dva krmilnika S7-1513R in S7-1515R, preklopni čas med krmilnikoma je manjši od 300ms (slika1).
V zmogljivejši H izvedbi je predviden S7-1517H, ki za sinhronizacijo uporablja optično povezavo. Preklopni čas je krajši od 50 ms (slika 2).
Razdalja med krmilniki v redundanci je v R izvedbi do 100 metrov ob uporabi optičnega pretvornika do 3 km (slika 3).
Pri H izvedbi je razdalja med krmilnikoma v redundanci možna od 10 m do 10 km. Optična kabla sta redundantna, za primer prekinitve enega izmed optičnih kablov (slika 4).
-
- Slika 4: S7-1500H razdalja med krmilnikoma 1517H preko dveh kablov optičnih vlaken, vsak 1517H krmilnik ima vgrajena dva SFP porta
-
- Slika 5: Povezava periferije preko PN/PN Coupler
-
- Slika 6: Izpad enega izmed krmilnikov
Oba sistema za priklop I/O naprav uporabljata periferijo ET 200SP HF in ET 200MP HF, I/O naprave morajo izpolnjevati pogoje za PN System redundancy NAP S2 kar pomeni, da omogočajo uporabo topologije obroča MRP (pri Siemensu so to vse HF High Future naprave). Priklopiti pa je možno na primer frekvenčni pretvornik S120 direktno v MRP obroč. Možna je uporaba PN/PN Pretvornika, ki omogoča priklop naprav, ki ne podpirajo MRP obroča ali priklop naprav s komunicirajo preko PROFIBUS povezave (slika 5).
Možni scenariji izpada
Izpad S7-1500R:
-
- Slika 7: Izpad PROFINET povezave v MRP obroču
-
- Slika 8: Izpad ene povezave za sinhronizacijo v H sistemu
-
- Slika 9: Prikaz skupnega, sistemskega IP naslova
V primeru, da pride do izpada enega izmed krmilnikov S7-1500R, drugi preide v stanje samostojnega delovanja (RUN Solo state). Krmilnik nadaljuje komunikacijo z I/O napravami. V primeru, da se vzpostavi ponovno delovanje izpadlega krmilnika, se izpadli krmilnik sinhronizira z delujočim in oba krmilnika preideta ponovno v stanje redundantnega delovanja (slika 6).
Prekinitev PROFINET povezave:
V primeru, prekinitve PROFINET redundantnega obroča, redundantni sitem deluje naprej. Povezava z I/O napravami poteka preko redundantnega krmilnika (slika 7).
Izpad ene izmed sinhronizacijskih povezav na S7-1500H:
S7-1500H ima dve redundantni optični povezavi. V kolikor ena izpade, komunikacija še vedno deluje preko druge. V primeru izpada krmilnika S7-1500H se preklop izvede v času manjšem od 50 ms (slika 8).
Če obe povezavi izpadeta, eden izmed krmilnikov preide v stanje primarnega delovanja, drugi redundantni krmilnik pa preide v stop način. Sistem še vedno deluje naprej.
Povezava s HMI panelom ali SCADO:
-
- Slika 10: Topologija v TIA portal-u
-
- Slika 11:Redundantna povezava med dvema redundantnima sistemom
-
- Slika 12: Redundantna izvedba dveh krmilnikov, ki sta povezana na redundantno izvedbo SCADA sistema WinCC 7.5 ali WinCC Professional RT 15
Pri povezavi panelom s SCADO, HMI panelom ali drugimi krmilniki imata redundantna krmilnika poleg svojih IP naslovov, dodeljen tretji skupni IP naslov (System IP 3). Z naslovom IP3 je cel redundantni sistem proti SCADA sistemu viden kot en krmilnik. Tisti krmilnik, ki je primaren, ima dodeljen sistemski IP 3 naslov. V primeru izpada enega od krmilnikov drugi prevzame IP naslov. Edina omejitev je trenutno, da morajo biti vsi trije naslovi redundantnih krmilnikov v istem subnetu (slika 9).
Programiranje v TIA Portal V15.1
Programiranje v TIA Portal okolju poteka enako kot za ostale krmilnike. Razlika je edino v diagnostiki stanja krmilnika, kjer je potrebna uporaba funkcijskega bloka R_H_Ssy_status, ki poda informacije, kateri izmed redundantnih krmilnikov je primarnem delovanju in status MRP obroča. Pripravljeni so tudi funkcijski bloki, če želimo uporabljati redundantno vezavo izhodov in vhodov na periferiji: RED_I/O (AI, AO, DI, DO) (slika 10).
Redundantna komunikacija – TCON_RED
Slika 13: S7-1517H
Ta funkcijski blok nam omogoča priklop pasivnega partnerja ali drugega redundantnega partnerja. Preklopni čas je okoli 100 ms, preko TCP ali ISO TCP protokola (slika 11).
Redundantna povezava me WinCC 7.5 in TIA WinCC 15.1. Povezava na panel
Za komunikacijo s SCADA sistemom je predvidena komunikacija direktno preko sistemskega IP naslova IP3, na katerega je lahko povezana SCADA, ki je v redundantni izvedbi (na primer WinCC 7.5 Redundant) ali HMI panel. Mogoča pa je povezava tudi dveh Comfort HMI panelov na IP naslov krmilnika, od katerih je vsak HMI panel povezan na posamični krmilnik v R ali H izvedbi (slika 12,13).
