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【摘 要】本文讲述了如何利用心跳信号实现了AS412-3 H冗余系统与EMRON系统的冗余通讯。并且针对具体项目提供了源代码以展示详细的解决方法。
【关键词】心跳信号；CP441-2；EMRON-Serial；MODBUS-RTU
一.项目简介
扬子石化—巴斯夫有限责任公司是中国石化和德国巴斯夫以50：50的股比共同出资建立的大型石油化工企业，总投资约29亿美元，2001年9月开始工程建设，于2005年6月投入商业运营。
BASF-YPC新近委托沈阳蓝英工业自动化装备有限公司为其系统集成由沈阳远大压缩机制造有限公司提供的空气压缩机。该压缩机产生氢气、一氧化碳及氢气和一氧化碳的混合气。控制系统的冗余通讯原理如图1所示。
AS412-3H CP441-2与EMRON-Serial通过RS485通讯电缆相连。利用Modbus-RTU通讯协议来进行主站与从站的数据交换。
二.冗余通讯要求
EMRON系统为单CPU，两个冗余通讯网卡Serial。SIEMENS系统为双CPU，两个冗余通讯网卡CP441-2。EMRON做为Modbus主站，SIEMENS做为Modbus从站。通讯协议为Modbus-RTU协议。
通信参数：
Slave Address：1；
Master Address：2；
波特率：19200Bits/s；
8位数据，1位停止，无奇偶效验位；
硬冗余通讯，无论主站或是从站有且只要一条通讯链路损坏时，系统自动切换到另一条链路。由于SIEMENS系统的硬冗余机制是：CP通讯卡相对CPU是独立的，即CPU故障时，相应的CP通讯卡仍然“正常”工作。而EMRON系统的硬冗余机制是：主Serial通讯卡没有接收到通讯数据，则备用Serial通讯卡工作。由于两者的硬冗余机制不一样，所以进行现场冗余通讯试验时，出现以下一些问题，见表1和表2。↓-表示故障；
根据冗余试验我们可以得出几个结论：
①根据表1，EMRON系统Serial通讯卡有且只有一个故障时，通讯仍然是正常的；这时，原来的Serial备用通讯卡作为主通讯卡；
②根据表2，如果SIEMENS系统的CPU发生故障且通讯卡无故障时，由于CP通讯卡还“正常”工作，所以EMRON所得到的数据是CPU停止后的“静态”数据，冗余通讯故障；
③根据表2，如果如果SIEMENS系统的CP通讯卡发生故障时，EMRON系统可以正常切换；
所以，问题的关键在于SIEMENS系统的CPU故障后且相应的CP通讯卡“正常”工作时，EMRON系统的Serial通讯卡要进行一次主/备切换。
三.冗余通讯实现
由于SIEMENS系统与EMRON系统的冗余通讯机制完全不同，单凭硬件组态实现不了冗余通讯。故提出了利用心跳信号Heartbeat来实现双方系统的冗余通讯。
Heartbeat实现冗余通讯的原理是：SIEMENS系统周期2秒产生方波（心跳），EMRON系统若周期接收到心跳信号，则认为通讯正常；若心跳停止（恒为0或1），则因为通讯故障，这时需要进行通讯卡Serial的“自动切换”，利用EMRON系统的内部通讯卡切换命令SWREQ进行“自动”切换。切换成功后，再次接收到心跳信号，通讯正常；见图2，心跳信号的产生。
利用心跳信号后，我们再次做冗余通讯试验，见表3。
四.应用体会
⑴SIEMENS系统的通讯冗余机制是CP冗余与CPU无关，最大程度实现了硬冗余；⑵EMRON系统的通讯冗余机制是主/备冗余，Serial通讯卡只要一个工作，另一个在备用状态；⑶利用心跳信号后，可以实现“软”冗余通讯，数据延迟一个或两个周期（切换时间）；⑷由于EMRON系统Modbus-RTU通讯时，AO，DO数据如果没有变化，则Serial通讯卡不发送相应的功能码，故EMRON系统也需给SIEMENS系统一个心跳信号；所以，当Serial切换完成后，AO，DO的实时数据也相应发送到CP441-2。
【关键词】心跳信号；CP441-2；EMRON-Serial；MODBUS-RTU
一.项目简介
扬子石化—巴斯夫有限责任公司是中国石化和德国巴斯夫以50：50的股比共同出资建立的大型石油化工企业，总投资约29亿美元，2001年9月开始工程建设，于2005年6月投入商业运营。
BASF-YPC新近委托沈阳蓝英工业自动化装备有限公司为其系统集成由沈阳远大压缩机制造有限公司提供的空气压缩机。该压缩机产生氢气、一氧化碳及氢气和一氧化碳的混合气。控制系统的冗余通讯原理如图1所示。
AS412-3H CP441-2与EMRON-Serial通过RS485通讯电缆相连。利用Modbus-RTU通讯协议来进行主站与从站的数据交换。
二.冗余通讯要求
EMRON系统为单CPU，两个冗余通讯网卡Serial。SIEMENS系统为双CPU，两个冗余通讯网卡CP441-2。EMRON做为Modbus主站，SIEMENS做为Modbus从站。通讯协议为Modbus-RTU协议。
通信参数：
Slave Address：1；
Master Address：2；
波特率：19200Bits/s；
8位数据，1位停止，无奇偶效验位；
硬冗余通讯，无论主站或是从站有且只要一条通讯链路损坏时，系统自动切换到另一条链路。由于SIEMENS系统的硬冗余机制是：CP通讯卡相对CPU是独立的，即CPU故障时，相应的CP通讯卡仍然“正常”工作。而EMRON系统的硬冗余机制是：主Serial通讯卡没有接收到通讯数据，则备用Serial通讯卡工作。由于两者的硬冗余机制不一样，所以进行现场冗余通讯试验时，出现以下一些问题，见表1和表2。↓-表示故障；
根据冗余试验我们可以得出几个结论：
①根据表1，EMRON系统Serial通讯卡有且只有一个故障时，通讯仍然是正常的；这时，原来的Serial备用通讯卡作为主通讯卡；
②根据表2，如果SIEMENS系统的CPU发生故障且通讯卡无故障时，由于CP通讯卡还“正常”工作，所以EMRON所得到的数据是CPU停止后的“静态”数据，冗余通讯故障；
③根据表2，如果如果SIEMENS系统的CP通讯卡发生故障时，EMRON系统可以正常切换；
所以，问题的关键在于SIEMENS系统的CPU故障后且相应的CP通讯卡“正常”工作时，EMRON系统的Serial通讯卡要进行一次主/备切换。
三.冗余通讯实现
由于SIEMENS系统与EMRON系统的冗余通讯机制完全不同，单凭硬件组态实现不了冗余通讯。故提出了利用心跳信号Heartbeat来实现双方系统的冗余通讯。
Heartbeat实现冗余通讯的原理是：SIEMENS系统周期2秒产生方波（心跳），EMRON系统若周期接收到心跳信号，则认为通讯正常；若心跳停止（恒为0或1），则因为通讯故障，这时需要进行通讯卡Serial的“自动切换”，利用EMRON系统的内部通讯卡切换命令SWREQ进行“自动”切换。切换成功后，再次接收到心跳信号，通讯正常；见图2，心跳信号的产生。
利用心跳信号后，我们再次做冗余通讯试验，见表3。
四.应用体会
⑴SIEMENS系统的通讯冗余机制是CP冗余与CPU无关，最大程度实现了硬冗余；⑵EMRON系统的通讯冗余机制是主/备冗余，Serial通讯卡只要一个工作，另一个在备用状态；⑶利用心跳信号后，可以实现“软”冗余通讯，数据延迟一个或两个周期（切换时间）；⑷由于EMRON系统Modbus-RTU通讯时，AO，DO数据如果没有变化，则Serial通讯卡不发送相应的功能码，故EMRON系统也需给SIEMENS系统一个心跳信号；所以，当Serial切换完成后，AO，DO的实时数据也相应发送到CP441-2。