连接面板到S7-400H系统——心跳信号法

1. 简介
在另一个技术文档《连接面板到S7-400H系统——主站跟踪方法》（文档编号：F0244）中，已经介绍了一种用于将面板连接到S7-400H系统的方法。该文档中，通过始终选择连接主CPU的方法，使与S7-400H连接的面板（操作屏）能在冗余系统中自动切换。该方法实现简单、思路清楚、切换速度较快；但在“面板与S7-400H间的网络线路故障”等情形下，不能实现有效地自动切换。所以，本文提供了另一种方法，可以解决上述问题。

本方法基本原理如下：
1) 在H-CPU中使用唯一的一个心跳信号变量，并周期性变化。在面板中，通过检测其变化，来实现对两个连接状态的判断。
2) 在面板中使用两个独立的连接与两个机架的CPU通讯，接收来自H-CPU的心跳信号以及与CPU连接状态信号。建立第三个连接，用于创建除以上两种信号之外的其他的所有工程变量。
3) 为两个CPU分别建立死亡计数器，当对应于其中一条连接的死亡计数器数值超出一定限制时，此连接不再可用。同时，利用连接切换函数，将第三个连接切换至另一个CPU。
4) 如果系统检测到正常的心跳信号，对应的死亡计数器将被周期性地复位至初始值，此时该计数器数值会维持在较低的范围（本例中为2~3）；如果其中一个连接失效后，该死亡计数器数值会维持在较高的范围（本例中为11~12）。

本文的方法适用于：
 IE方式（推荐方式）
 MPI方式
 DP方式㈡*
*注：可以参考技术文档《连接面板到S7-400H系统——主站跟踪方法》（文档编号：F0244）的应用场合。
此方法只适合于支持3个及以上连接的、并且支持“ChangeConnection” 函数的面板。像OP 77、OP/TP 170、OP/TP177、OP/TP 270、OP/TP 277、MP 270、MP 277、MP 370等面板都满足这些要求。
关于使用“主站跟踪方法”连接面板到S7-400H系统，可以参考下面连接。

本文不介绍WinCC Flexible的基本使用和HMI画面的组态过程与组态方法。详细可以参考下面链接。

2. 心跳信号方法组态步骤

2.1 配置CPU的心跳信号
对于S7-400H，我们可以使用Clock Memory来作为心跳信号。关于Clock Memory的说明，可以参考在线帮助获得更详细的信息。
注1：确保项目程序或其他应用中没有占用Clock Memory所组态的地址区域。本例中，使用MB 10作为Clock Memory（心跳信号）。
注2：若S7-400H系统已经在生产运行中，且不能停机，可以参考： 3. 不停机增加心跳信号产生程序。

图1 组态Clock Memory作为心跳信号

2.2 配置面板连接
在WinCC Flexible中，为面板组态与S7-400H的三个连接，分别为：

表1 连接配置

组态配置可以参考下图。

图2 为面板组态与S7-400H的三个连接

2.3 创建必要的变量
在WinCC Flexible中，在相应的连接下创建必要变量，如下图所示。（其中Process_Data为测试变量，可根据实际情况使用用户自定义的变量。）

图3 在相应的连接下创建必要的变量

变量的具体意义如下：

表2 变量的具体意义

本例方法中，为两个心跳信号在H-CPU各注册了一个变量地址。但在面板项目中，对两个心跳信号各创建了三个“具有相同地址”的变量。原因为：
CPU?_DeathCouter定义了死亡计数的上限值以及使用此变量进行计数的累加和复位；CPU?_DeathDeclare仅用于“判定死亡计数器是否已经达到死亡标准（触发上限）”；CPU?_DeathCounter_Reset仅用于“当一个连接失效后，将另一个连接死亡计数器复位至非死亡区域内”（此变量与前两个变量使用相反的连接，参考图3）。
* 注：由于同一变量不能自加计数超过自身上限，所以必须至少使用两个相同地址的变量，一个用于触发一个上限，另一个用于累加计数并能超过前者的上限。因此，CPU0_DeathCounter、CPU0_DeathCounter_Reset和CPU0_DeathDeclare这三个“死亡计数变量”使用相同的物理地址；同样，CPU1_DeathCounter、CPU1_DeathCounter_Reset和CPU1_DeathDeclare也使用相同的物理地址。
2.4 为部分变量设置上限
CPU0_DeathCounter和CPU1_DeathCounter设置上限为12，定义了“死亡计数变量”的最大值为12；CPU0_DeathDeclare和CPU1_DeathDeclare设置上限10，定义了当“死亡计数变量 > 10”时，宣布连接丢失。

图4 为变量设置上限

2.5 增加死亡计数与心跳监测相关的函数
当“死亡计数变量 > 10”时，宣布连接丢失： 切换连接，并将另一个死亡计数复位回“非死亡区”。

图5 增加死亡计数与心跳监测相关的函数(1)

每一次心跳被检测到，都复位相应“死亡计数变量”，并向上累计与另一个CPU的“死亡计数变量”。

图6 增加死亡计数与心跳监测相关的函数(2)

2.6 设计画面
项目中画面的设计，应根据用户需求而定。本例中，仅提供一些常用的相关设计。
与连接状态判断和切换无关的变量（工程变量），都应基于连接“Connection_X”创建。

图7 为连接状态、连接切换和切换测试组态画面(1)

可以设计两个按钮用于手动的连接切换，如上图和下图。

图8 为连接状态、连接切换和切换测试组态画面(2)

2.7 结果测试
当两个连接链路都正常时的画面状态，如下图。

图9 测试结果——与两个CPU连接都正常

当与CPU 0连接超时并失败时的画面状态，如下图。

图10 测试结果——与CPU0的连接故障

3. 不停机增加心跳信号产生程序
如果当前系统正在运行，且无法停机修改组态来增加Clock Memory。此时，我们可以通过增加程序或程序段的方式来产生心跳信号（代替Clock Memory）。下面给出了用于梯形图LAD编程和CFC编程使用的两种示例程序段。

图11 心跳信号生成程序段——LAD编程

图12 心跳信号生成程序段——CFC编程
注：确保项目程序或其他应用中没有占用“心跳信号”使用的地址区域。本例中，使用MB 10作为心跳信号。使用上述程序后，不要再将相同的地址区域组态为Clock Memory使用。

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