西門(mén)子S7-400H冗余系統

上海燁哲自動(dòng)化科技有限公司本著(zhù)“以人為本、科技先導、顧客滿(mǎn)意、改進(jìn)"的工作方針，致力于工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域的產(chǎn)品、工程配套和集成，擁有豐富的自動(dòng)化產(chǎn)品的應用和實(shí)踐以及雄厚的技術(shù)力量，尤其以PLC復雜控制、傳動(dòng)技術(shù)應用、伺服控制、數控備品備件、人機界面及網(wǎng)絡(luò )/應用為公司的技術(shù)長(cháng)。

西門(mén)子ET200SP 模塊也支持相關(guān)的通訊。的DI和DO模塊和標準模塊具有相同的體積。其功能的標準認證符合EN 61508，可以達到SIL3 （根據EN 62061）和PL e（根據ISO 13849）的標準。

ET 200SP的F模塊，它的一個(gè)特殊功能是通過(guò)工程軟件可以分配全站的F地址，而不需要再像原來(lái)一樣為每個(gè)模塊設置DIP撥碼 (F-address) 。

有冗余設計的容錯自動(dòng)化系統

• 在容錯技術(shù)下用于需要可靠性的場(chǎng)合：再啟動(dòng)或停機將會(huì )造成較大損失的生產(chǎn)領(lǐng)域；需要少量管理和維護的工廠(chǎng)

• 冗余的功能

• 加強 I/O 的可用性：可切換 I/O 的配置

• 也可應用常規的 I/O：?jiǎn)芜吪渲?/p>

• 熱備：在故障事件發(fā)生時(shí)自動(dòng)地切換到備用單元

• 2 個(gè)單獨的或一個(gè)分隔的機架配置

• 連接到冗余 PROFIBUS -DP 或者 PROFINET 上的可切換 I/O

應用

在許多自動(dòng)化領(lǐng)域中，要求容錯和可靠性的自動(dòng)化系統的應用越來(lái)越多。特別是在某些領(lǐng)域，停機將帶來(lái)巨大的經(jīng)濟損失。在這種情況下，只有冗余系統才能滿(mǎn)足可靠性的要求。

可靠性的 SIMATIC S7-400H 能充分滿(mǎn)足這些要求。它能連續運行，即使控制器的某些部件由于一個(gè)或幾個(gè)故障而失效也不受影響。由于 SIMATIC S7-400H 具有很的可用性，它特別適合于以下的應用領(lǐng)域：

• 控制器發(fā)生故障后再啟動(dòng)的費用十分昂貴（一般在過(guò)程控制工業(yè)）

• 如發(fā)生停機，將會(huì )造成重大的經(jīng)濟損失

• 過(guò)程控制中包含有貴重的材料（如制藥工業(yè)）

• 無(wú)人管理的應用場(chǎng)合

• 需減少維護人員的場(chǎng)合

SIMATIC S7-400H 包括以下部件：

• 2 個(gè)控制器（機架）：

2 個(gè)分立的控制器（UR1/UR2），或 1 個(gè)分割為 2 個(gè)區的控制器（UR2-H）。

• 每個(gè)控制器有 2 個(gè)同步模塊，通過(guò)光纖連接這兩個(gè)控制器

• 每個(gè)控制器有一個(gè) CPU412-5H、CPU414-5H、CPU416-5H、CPU417-5H

• 在控制器機架有 S7-400 I/O 模板

• UR1/UR2/ER1/ER2 擴展單元與/或有 I/O 模板組的 ET 200M 分布式 I/O功能總是冗余配置的。

I/O 模板可以是常規配置或切換型配置。

在單邊配置中，I/O 模板是單通道設計的，只能由二個(gè)控制器中的一個(gè)配置地址。單邊配置的 I/O 模板可進(jìn)行：

• 插入到一個(gè)控制器以及/或

• 插入到擴展機架或分布式 I/O 站

在單邊配置中，讀到的信息同時(shí)提供給 2 個(gè)控制器，使訪(fǎng)問(wèn) I/O 的操作正確地運行。如發(fā)生故障，屬于故障控制器的 I/O

模板退出運行。單邊配置適用于

• 不需要增加可靠性的應用場(chǎng)合

• 連接到以用戶(hù)程序為基礎的冗余 I/O 站?；诖朔N目的，系統對稱(chēng)的配置設計

在切換式配置中，I/O 模板雖為單通道設計，但是兩個(gè)控制器均可通過(guò)冗余的總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )訪(fǎng)問(wèn) I/O 模板。切換式 I/O 模板只能插入

• ET 200M 遠程 I/O 站。

通過(guò) PROFIBUS-DP 或者 PROFINET 連接到控制器。

切換式配置 1

切換式配置 2

單邊配置（常規的可用性）

FM 和 CP 的冗余

FM 和 CP 的冗余

功能模板（FM）和通訊模板有兩種冗余配置：

• 可切換的冗余設置：

FM/CP 可插到分立的 ET 200M 中，或成對的插入到可切換的ET200M 中的一個(gè)。

• 雙通道冗余配置：FM/CP 可插到兩個(gè)子單元或者是和這些子單

元接口的擴展設備中（參考單邊配置）

實(shí)現模板的冗余有不同的方法。

• 由用戶(hù)編程：利用功能模塊和 SIMATIC CP 可以由用戶(hù)編程實(shí)現

冗余功能。

選擇主動(dòng)模板并檢測任何故障以便啟動(dòng)轉換機制。所要求的程序

和帶冗余 FM/CP 的非冗余 CPU 的結構相一致。

• 操作系統直接支持：在 SIMATIC NET-CP（CP-443-1，CP 443-1

TCP，CP 443-5 基本型和 CP 443-5 擴展型）上，操作系統直接

支持冗余結構，詳細內容見(jiàn)通訊手冊。

CPU412-5H、CPU414-5H、CPU416-5H、CPU417-5H 操作系統自

動(dòng)地執行所有 S7-400H 需要的附加功能：

• 數據通訊

• 故障響應（切換到備用控制器）

• 2 個(gè)子單元的同步功能

• 自檢

“熱備"模式的 S7-400H 的運行是根據主動(dòng)冗余原理（在發(fā)生故

障時(shí)，無(wú)擾動(dòng)地自動(dòng)切換）。根據這個(gè)原理，時(shí)兩個(gè)子單

元都在運行狀態(tài)。如果發(fā)生故障，正常工作的子單元能獨立地完

成整個(gè)過(guò)程的控制。

為了保證無(wú)擾動(dòng)地切換，做到控制器鏈路之間快速、可

靠的數據交換。

為此控制器自動(dòng)的接收

• 相同的用戶(hù)程序

• 相同的數據塊

• 過(guò)程映象內容

• 相同的內部數據，如計時(shí)器、計數器、位存儲器等

這樣確保兩個(gè)子控制器要隨時(shí)更新內容，并在任何時(shí)間只要一

個(gè)有故障，另一個(gè)可承擔全部控制任務(wù)，因此CPU的切換時(shí)間為

零，連接I/O站大切換時(shí)間100ms。

為了無(wú)擾動(dòng)地切換，兩個(gè)單元保持同步。

S7-400H 運行于“事件驅動(dòng)同步"。

這就是說(shuō)兩個(gè)子單元有不同的內部狀態(tài)時(shí)，就會(huì )進(jìn)行同步操作。

例如在下列情況：

• 直接 I/O 訪(fǎng)問(wèn)

• 中斷，報警

• 刷新用戶(hù)時(shí)間

• 通過(guò)通訊功能修改數據

由操作系統自動(dòng)地執行同步功能，編程時(shí)不需要考慮。

S7-400H 執行擴展的自檢。包括如下內容：

• 控制器間的鏈接

• CPU 模板

• 處理器/ASIC

• 存儲器

檢測到的每一個(gè)故障都給出報告。

運行后的自檢，當再起動(dòng)時(shí)，每個(gè)子單元完整地執行所有的測

試功能。

周期運行時(shí)的自檢：

全部自測試被分配到幾個(gè)周期中進(jìn)行。每個(gè)周期只執行自檢中

的一部分，以減輕控制器的負擔。

SIMATIC 的可用性的通訊，為用戶(hù)提供了一種新型的通訊

類(lèi)型，它具有以下特點(diǎn)：

• 增強了可用性：

發(fā)生故障時(shí)，通過(guò)多達 4 個(gè)冗余連接，使通訊仍能繼續

進(jìn)行。對用戶(hù)來(lái)說(shuō)，需要的切換過(guò)程是看不到的。

• 用戶(hù)友好特點(diǎn)

從用戶(hù)觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，可用性是看不到的，可使用含標準通訊的

用戶(hù)程序，不需要做修改。冗余功能只在參數化階段建立。

目前 S7-400H（冗余和非冗余配置）和 PC 支持容錯通訊。PC

冗余需要有連接程序軟件包。

配置

由于對容錯的要求不同，其配置也是各種各樣的：

• 非冗余或冗余總線(xiàn)

• 總線(xiàn)型或環(huán)形結構

S7-400H 的編程和 S7-400 相同，可使用所有 SIMATIC S7 的

編程語(yǔ)言。

編程 S7-400H 需使用 STEP7 V5.5 SP2 HF1 版本。

組態(tài) S7-400H 的基本步驟和組態(tài) S7-400 的基本步驟相同，

例如

• 建立項目和站

• 配置硬件和網(wǎng)絡(luò )

• 裝載系統數據到目標系統