浅谈PROFINET 环网冗余功能在汽车工控领域的应用

何军，马锶海

（一汽-大众汽车有限公司成都分公司，四川 成都 610000）

0 引言

随着PROFINET 网络技术在汽车工控领域的广泛应用，介质环网冗余也在生产实际中普遍采用。本文系统介绍介质环网冗余（MRP）在整车制造现实际应用，首次提出介质环网冗余(MRP)的“快换”属性，进一步明确了介质环网冗余的特性和性能。

1 介质环网冗余协议（MRP）介绍：

1.1 MRP 介质冗余介绍

MRP 是介质冗余协议（Media Redundancy Protocol）的缩写。它满足IEC 61158 中类别10 “PROFINET”中介质冗余协议（MRP）规定。冗余管理器“MRP Manage”在两个环口上发出测试报文，只要测试报文每次都通过介质冗余客户端“MRP Client”顺利到达另一个环口，冗余管理器就不会认为环网故障[1-2]。

介质冗余功用于确保网络与系统可用性。冗余传输路径(环型拓扑)保证当一个传输路径失效时，冗余管理器重新接通堵塞端口，建立另一个有效路径，并使所有节点之间实现完整连接。介质冗余的环型网络拓扑中，一个设备作为冗余管理器，其他在环网中的设备都是冗余客户端[3-4]。在环网中断后，重构网络时间最大为200ms

广播风暴：为防止在环网上无限循环的广播数据，冗余管理器堵塞一个环口中除测试报文之外的所有报文，从而将环网转换为线型网络。在环型网络上，为消除广播风暴，需按照环网冗余设置启用环网功能[5]。

1.2 MRP 介质冗余协议必须满足的要求

MRP 最大支持50 个交换机，超过此数目可能导致数据通讯的丢失；双方传输介质的连接设置必须设为全双工，并且所有的环网口至少为100Mbps；采用MRP 的环网只能由支持此功能的设备组成(支持此功能的非西门子设备)。

1.3 MRP 介质冗余的环网拓扑结构中使用需满足下列规则

在环网中所连接的设备都是同一冗余域的成员；在环网中的一个设备充当冗余管理器，其它设备都是冗余客户端；不兼容MRP 的设备通过SCALANCE X 交换机或带CP1616 的计算机连接到环网[6-8]。

1.4 MRP 介质冗余的设置

以下分步骤举例说明环网冗余设置。

Step.1 选 择“PEOFINET-IO-System(100)” 总线，右键选择：“PROFINET IO Domain Managemenet”网络范围管理。New 键：新建MRP 介质冗余环网范围“mrpdomain-X”；Delete 键：删除MRP 冗余环网范围；Edit 键：对新建的MRP 范围进行自命名。

Step.2 MRP 端口设置：选择MRP domain，可选择具备环网冗余的设备的端口。将可以作为冗余管理器的交换机设置成冗余管理器。其他在环网中的设备都是冗余客户端。

Step.3 MRP 看门狗时间设置，更新时间：控制器与设备之间在该时间间隔内，通过IO 系统循环交换数据；看门狗时间：控制器或设备允许的且不含接收IO 数据的时间；重构网络：在环网中断后，重构网络最大为200ms，所以看门狗应大于200ms。如果看门狗时间小于200ms，可能会导致调用OB86 并报告子站丢站。可增加更新时间和允许I/O 数据丢失的循环数量增加看门狗时间。

2 普通工位环网冗余功能应用

图2 是某整车制造车间一套CPU 所带的网络拓扑图。包含两个MRP 介质冗余环网，所有网络节点之间均存在稳定的连结方式，不存在“快换”网络节点方式。此种连结是整车制造工位网络普遍设置的方式，通用性强。

2.1 普通工位MRP 介质环网冗余设置说明

存在两个环网冗余网络“mrpdomain-1” 及“mrpdomain-2”（具体几个环网冗余网络根据现场实际设备数量及应用方式而定）。

参数设置说明：看门狗时间默认一般小于200ms，若环网中某两网络节点间网线损坏后，在复位后可正常使用，如图3 所示。

2.2 普通工位环网冗余设置优点

未设置环网时，网络整体是线型，某网络节点故障时，其之后节点均报错[9-10]，不便于故障排除。环网冗余功能启用后，只有此故障节点报错，其他网络节点均正常。

3 特殊工位环网冗余功能应用

图4 是某整车制造车间一套CPU 所带具有“快换”功能的网络拓扑图。此工位带有8 套快换夹具，可供4 种不同车型柔性化生产使用。

3.1 特殊“快换”工位MRP 介质环网冗余设置说明

存在“快换”连接方式，因生产车型切换，网络连接方式也会切换。采用MRP 介质环网冗余功能很好的实现网络节点的“快换”，保证大型夹具组顺利切换时网络正常通讯，实现无缝生产，如图5 所示。

特殊“快换”工位存在多个环网冗余网络。且有独立“快换”相关网络节点为一个环网段。

所有“快换”属性的网络模块看门狗时间必须设置成大于200ms，夹具组切换网络正常。

3.2 特殊“快换”工位环网冗余设置优点

MRP 网络具有“快换”属性，夹具组切换时，网络也切换，在200ms 内重构网络，通讯正常，保证设备正常运行。

4 结语

MRP 介质环网冗余功能有助于汽车工控领域多车型柔性化生产应用：（1）环网冗余功能使生产设备故障分析及处理更便捷，设备网络故障处理更精准，提升了整车制造设备网络的可靠性和稳定性，提高生产效率；（2）环网冗余“快换”功能的使用，便于多车型共线生产，使设备柔性智能化切换。