规划拓扑

规划拓扑

选型前首先要规划好拓扑，好的拓扑能提高系统可用性，避免单一硬件故障导致的设备意外停机，下面介绍两种常用的拓扑架构：

1、冗余系统 – S2 开环

冗余系统S2 设备为单接口设备，例如：ET200SP，变频器和马达保护器等，这些设备连接到 CPU 410-5H 的 PROFINET 接口，可实现多达 250 个设备。如果使用 CPU 的两个接口，则可以实现多达 500 个设备的数量结构。所使用的设备必须支持通过系统冗余 S2 连接，如果集成一个只支持 S1 的设备，则组态时只能挂在其中一个 CPU，此 CPU 停止时该PROFINET 设备无法访问。

• 不额外增加硬件

• 网络中可避免单点错误

PCS 7 中的 PROFINET 典型拓扑 ，网络无须分割成多个子网。拓扑图如下：

图2－1 S2开环拓扑

说明：

1）PCS 7 PROFINET 蓝图中冗余系统的最经济和简单的网络结构

2）冗余控制器和 PROFINET 设备通过手拉手方式的开环网络结构

3）单个 PN 口最多 250 个 PROFINET 设备

4）将开放端口（即图中 X8 另外一个端口）互连形成 MRP 不会有优势而且会将设备数量限制在 48 个（50-2 个控制器），增加故障切换时间。另外 MRP环会增加额外的组态工作（潜在的错误来源），且必须调整看门狗时间 。

5）CPU 在线路的开头和结尾都有一个未分配的端口，可用于为 Service Bridge提供访问。

6）该网络结构不需要为网络结构设计额外的组件，但未进行逻辑分段。

优势：

• 无须额外增加硬件

• 允许出现单点错误

• 可通过开放端口（该图为 X8 空闲端口）连接 Service Bridge，实现通过系统总线访问PROFINET 网络的功能

不足：

接口模块不是冗余配置，接口模块故障会导致该站点掉站。

注意：

也可以将CPU之间再用一根网线连接，将开环改为闭环结构，但是这种架构相比开环并没有提高可用性，同时由于MRP环网出现断点后网络重构需要较长时间，从站看门狗设置必须大于200ms，支持的从站数量不如开环多，具体请参考：

S7-400H V6.0 PROFINET 配置指南

https://www.ad.siemens.com.cn/download/documentdetail_17308.html

2、冗余系统 – R1

接下来介绍具有两个独立网络的高可用性自动化系统的 PROFINET 网络拓扑 – R1。

R1 网络中控制器每个接口最多可以连接 250 个设备，S2 的设备可以通过 Y Switch交换机集成到 R1 网络中。

如果需要通过系统总线访问 PROFINET 网络中的设备，R1 网络的两个子网中都需要一个访问端口连接到 Service Bridge。

拓扑以 410-5H 连接 ET 200SP HA 和 ET 200PA SMART+为例进行说明。

需求：

• 连接分布式 I/O 时满足最高可用性

• 单点错误存在时网络能正常工作

• 不额外增加硬件

• 网络无须分割成多个逻辑分段

方案：

拓扑 1 – 所有 PROFINET 设备均为 R1 设备

图2－2 R1经典拓扑

拓扑 2 -除 R1 设备外还通过 Y Switch(SCALANCE XF204-2BA DNA)额外集成 S2 的设备。

图2－3 R1+S2设备的拓扑

拓扑的说明：

1） 上述两个蓝图展示了将 R1 设备连接到冗余系统的的两种标准拓扑

2）从冗余系统的 CPU PN 口开始，R1 设备通过两个独立的线路结构连接

3）为了提高可用性，建议反向布线(如蓝图中所示)。使用反向布线，如果一个I/O 设备被移除，所有设备仍然可用

4）从技术上讲，用两个 MRP 环代替线型网络是可能的，但在上述两种变型中没有提供，因为这需要更多的工程组态(可能的错误来源)，同时导致切换时间变慢，并将环中的设备数量限制在 50 个。

5）第二种变型在两个 XF204-2BA 交换机的下游增加了一个 Y Switch，这样可以连接到仅支持系统冗余 S2 的设备。CPU 未使用的端口可以用于连接Service Bridge，实现通过系统总线访问 R1 网络的两个子网。

优势：

• 在纯 R1 网络中无须增加额外硬件

• 单个错误点存在时网络能正常工作

• 可通过 CPU 开放端口（该图为 X8 空闲端口）连接 Service Bridge,实现通过

系统总线访问 PROFINET 网络的功能

更多的推荐拓扑，请参考：

https://www.ad.siemens.com.cn/download/documentdetail_17837.html

过程IO应用篇 - ET 200SP HA ET 200PA SMART+典型拓扑

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