故障安全的共享设备

1. 概述

大型或分布较广的分布式系统经常使用数量众多的 IO 控制器。

不使用“共享设备”功能的话，I/O 设备的每个 IO 模块都会分配给同一个 IO 控制器。

“共享设备”功能允许 IO 设备的模块或子模块分配给不同的 IO 控制器。这充分体现了灵活的自动化理念，并节省了相关的接口模块、IO模块与网线。例如，可以将多个邻近的 I/O 模块组合到一个 IO 设备中，该IO设备可以同时与多个（2-4）IO控制器同时通信，如图1-1所示。

图1-1 共享设备

1. PROFINET
2. 逻辑关系

如果IO设备包含多个F-IO模块，同样可以将不同的F-IO模块分配给不同的F-CPU，实现故障安全的共享设备功能，本文即介绍该功能的实现过程。

本例中使用的

硬件：

CPU 1511TF V2.9.2

CPU 1214FC DC/DC/DC V4.5.1

ET200SP IM155-6PN/2 HF V4.2

ET200SP F-DI 8x24VDC HF

ET200SP F-DQ 4xDC 24V/2A V2.0

软件：

TIA PORTAL V17

2. 共享设备组态过程

2.1 基本组态操作

首先打开TIA PORTAL软件，添加两个CPU，分别设置IP地址，将这两个CPU的以太网接口设置在不同子网，如图2-1所示。注意两个CPU的IP地址在同一网段。

图2-1 组态CPU

之后从右边硬件目录找到并将ET200SP 接口模块添加至网络视图，本例中使用的模块在如图2-2所示的红框位置。

图2-2 添加模块

添加接口模块以后，在该接口模块属性中进行相关的设置，如图2-3，2-4所示。

图2-3 设置以太网接口

1. 左键单击“以太网地址”
2. 设置接口模块IP地址，确保和两个CPU设置在同一网段
3. 取消激活“自动生成PROFINET设备名称”
4. 设置使用的PROFINET设备名称，本例中为“sharedevice”

图2-4 设置IO周期

1. 左键单击“高级选项”
2. 左键单击“实时设定”
3. 左键单击“IO周期”
4. 此处修改为1，即代表设备共享给2个IO控制器，如果选2则共享给3个IO控制器，如果选3则共享给4个IO控制器
5. 此处保持自动计算更新时间
6. 此处保持看门狗时间

没有特殊需要，⑤⑥保持不变。

将需要的F-IO模块配置在接口模块后面，注意所选的模块底座颜色，如图2-5所示。

图2-5 组态IO

在网络视图，将刚刚组态的IO设备复制出一个完全相同的IO设备，如图2-6所示。

图2-6 复制IO设备

1. 右键单击选中整个IO设备
2. 左键单击复制、粘贴出第二个IO设备

之后将两个IO设备分别分配给两个CPU。如图2-7所示。

图2-7 分配控制器

然后对分配给PLC_1的IO设备属性进行共享设备访问权的设置，如图2-8所示。

图2-8 IO设备访问权

1. 左键单击“模块参数”
2. 左键单击“Shared Device”
3. 如图所示设置访问权，在F-DQ处选择“-”，其他均选择“PLC_1”，这意味着接口模块以及F-DI的模块的控制访问权属于PLC_1

而对分配给PLC_2的IO设备属性进行共享设备访问权的设置与图2-8相反，只将F-DQ处选择“PLC_2”，其他均选择“-”，如图2-9所示。这意味着PLC_2只对F-DQ模块有控制访问权。

图2-9 IO设备访问权

分别检查两个CPU生成的FIO DB，也可以验证组态成功，如图2-10红框所示，左边PLC_1访问F-DI模块，右边PLC_2访问F-DQ模块。

图2-10 检查FIO DB

然后对两个IO控制器的发送时钟设置进行检查，确保设置相同，如图2-11所示。

图2-11 检查发送时钟

1. 左键单击“PROFINET接口[X...]”展开
2. 左键单击“高级选项”展开
3. 左键单击“实时设定”展开
4. 左键单击“IO通信”
5. 确保发送时钟设置相同

最后确保图2-7中复制后的IO设备和原始组态的IO设备，设备名称与IO地址相同。

2.2 调试过程

将两个CPU和一个IO设备安装好，并置于同一个网络下，组态编译下载至两个CPU。下载过后，此时两个CPU以及IO设备均处于报警状态，因为没有分配设备名称与模块的Profisafe 目标地址。

首先分配IO设备的设备名称，如图2-12所示点击红框按钮。

图2-12 分配名称

在弹出页面对名称进行分配，如图2-13所示。

图2-13分配名称

1. 选择待分配设备的设备名称，本例中只有一个IO设备只需使用默认选择
2. 设置“PN/IE”
3. 选择使用的电脑网卡
4. 左键单击“更新列表”按钮
5. 等待片刻，这里显示搜索到的设备，此时只有一个还没有名称和IP的IO设备
6. 如果搜索到同一类型的多个IO设备，可以通过激活“闪烁LED”的方式确定哪个是需要分配的硬件设备
7. 左键选择待分配的IO设备，然后左键单击“分配名称”按钮，分配成功后，显示如图2-14所示

图2-14分配成功

分配设备名称后，需要分配安全模块的Profisafe目标地址。与通常的分配不同，因为两个F-IO分属两个不同的控制器，所以无法一次同时分配两个模块的地址。

首先对IO设备的F-DI模块进行Profisafe目标地址的分配，该模块由PLC_1控制，所以需要对属于PLC_1的IO设备操作，如图2-15所示。

图2-15分配Profisafe目标地址

1. 右键单击该IO设备
2. 在弹出菜单左键单击“Assign PROFIsafe address”

之后弹出窗口，如图2-16所示操作。

图2-16 识别

1. 选择待分配的模块，此时发现F-DQ无法选择，因为该模块属于另一控制器
2. 左键单击“Identification”按钮
3. 等待片刻，这里显示“unassigned”，即还没有分配
4. 选择已识别的待分配的模块
5. 左键单击“Assign PROFIsafe addr...”按钮，之后弹出如图2-17所示的对话框，在一分钟内左键单击“Yes”按钮

图2-17 确认分配对话框

分配成功后，如图2-18所示。

图2-18 分配成功

同样操作再对IO设备的F-DQ模块进行Profisafe目标地址的分配，该模块由PLC_2控制，所以需要对属于PLC_2的IO设备操作，如图2-19所示。

图2-19 分配Profisafe目标地址

1. 右键单击该IO设备
2. 在弹出菜单左键单击“Assign PROFIsafe address”

之后弹出窗口，如图2-20所示操作。

图2-20 识别

1. 选择待分配的模块，此时发现F-DI无法选择，因为该模块属于另一控制器
2. 左键单击“Identification”按钮
3. 等待片刻，这里显示“unassigned”，即还没有分配
4. 选择已识别的待分配的模块
5. 左键单击“Assign PROFIsafe addr...”按钮，之后弹出如图2-17所示的对话框，在一分钟内左键单击“Yes”按钮

分配成功后，如图2-21所示。

图2-21 分配成功

最后，当两个CPU都转至在线后，发现CPU与IO设备都处于正常状态，如图2-22所示。

图2-22 通信正常

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