G120变频器如何组成环网(MRP)

时间：2020-08-18

作者：上海腾希电气技术有限公司

随着工厂对生产效率和产品质量的要求越来越高，对自动化系统可靠性的要求也不断提高。自动化系统故障造成的生产中断可能给工厂带来很大的损失。因此，容错性对于自动化系统来说是非常基础的要求，对于过程自动化和能源供应尤其如此。

要增加系统可靠性，工业通信网络节点之间的连接经常被设计成冗余的物理连接，这就需要用到介质冗余协议 (Media Redundancy Protocol : MRP). 而环网是工业中实现介质冗余常用的网络拓扑结构。

相比于传统的网络，介质冗余协议的优点如下：

1. 因为单个设备损坏并不影响网络通信，所以冗余结构可以显著增加系统和设备的可靠性。

2. 由于单个设备损坏不会造成整个系统停机，所以维修工作并没有时间上的压力。

3. 当网络发生故障时，可以**速的网络诊断及时定位故障并解决问题。

4.可以减少由于故障停机造成的损失。

MRP简介

带有4个节点的MRP环网示例如下图所示。它由一个管理员(MRP manager)和3个客户端(MRP client)组成。管理员可以是PLC或者交换机。环网每个节点需要有一个集成的双端口交换机，两个端口分别与**个节点和后一个节点连接。

<图2-1 带有4个节点的MRP环网示例>

环网管理员的职责是监控网络中的错误。它从端口1和端口2同时发送测试帧。测试帧沿着两个方向传递，分别进入环网管理员的另一个端口。

正常状态下，环网管理员会阻塞其一个端口的网络数据流，这样物理上的环网在逻辑层面就变成了线型网络，防止产生循环。

当两个节点间的连接中断或者某个节点发生故障时，环网管理员会接收不到测试帧。此时，环网管理员会通过先前被阻塞的端口建立连接。通过这条路径，环网管理员能够恢复所有无故障节点的线型拓扑连接。

对于MRP，从环网中断到冗余路径建立需要的较长时间为200ms。对于具有网络监控看门狗功能的从站，需要设置看门狗监控时间大于200ms，否则可能造成从站因为通信中断而停机。

在TIA中配置包含G120变频器的环网

固件版本V4.5及以上的G120变频器支持MRP。下面通过实例介绍如何在TIA PORTAL软件中配置包含G120变频器的环网。网络拓扑结构如下：

<图3-1 带有3个节点的MRP网络拓扑>

主要实验设备如下：

<表3-1 实验设备列表>

主要软件及其版本：

STEP7 Professional + Startdrive: V15.1

主要配置步骤如下：

(1) 配置完成之前，不要把网络连接成闭环。否则会形成帧循环，导致网络故障。

(2) 在“在线访问”下找到PC的网卡，扫描节点，给所有节点分配IP地址和设备名称。

<图3-2 在线访问视图>

(3) 在TIA PORTAL中添加PLC及G120变频器，在网络视图中添加SCALANCE交换机，将3个设备连接在PN网络中，PLC作为控制器。

<图3-3 网络视图>

(4)为每个设备设置IP地址和设备名称，注意要设置成与之前分配的IP地址和设备名称一致。

<图3-4 设置IP地址和设备名称>

(5) 在拓扑视图中连接网络拓扑。注意，必须按照实际的接线来连接拓扑图。

<图3-5 拓扑视图>

(6) 在网络视图中点击PLC的网络接口，在下方的属性窗口中选择高级选项下的介质冗余，点击“域设置”按钮打开MRP设置窗口。

<图3-6 域设置按钮>

(7) 选择SCALANCE交换机为管理员，G120和PLC为客户端。选择SCALANCE的环网端口为“端口_1”和“端口_2”，这里需要与实际拓扑对应，否则编译时会报错。

<图3-7 MRP域设置>

(8) 设置G120变频器的看门狗时间为202ms: 更新时间采用默认的2ms，看门狗更新周期101.

<图3-8 G120变频器看门狗时间设置>

(9) 完成其他需要的配置步骤之后，可以编译下载组态到PLC。

(10) 将网络连接成闭环。

环网功能测试

在线查看拓扑视图可以得知当前网络运行状况。

正常通信时如下所示：

<图4-1 正常通信时的在线拓扑视图>

让PLC通过标准报文1（PZD 2/2）控制变频器运行，电机转动。此时，断开PLC与SCALANCE交换机之间的网络电缆，变频器未显示任何故障，电机持续转动。拓扑视图如下：

<图4-2 断开PLC与SCALANCE交换机之间的网络电缆>

恢复环网。然后断开SCALANCE交换机和G120变频器之间的网络电缆，变频器未显示任何故障，电机持续动。拓扑视图如下：

<图4-3 断开SCAANCE交换机和G120变频器之间的网络电缆>

恢复环网。然后断开PLC和G120变频器之间的网络电缆，变频器未显示任何故障，电机持续转动。拓扑视图如下：

<图4-4 断开PLC和G120变频器之间的网络电缆>

通过以上测试可以充分说明MRP环网的作用：

在没有组成MRP环网时，如果网络连接中断，G120变频器会报F8501故障，并停止运行。

当组成MRP环网之后，变频器有了两条网络连接路径，一条路径断开时，通信可以从另外一条路径建立，变频器不会报通信中断故障。

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