河南西門子S7-200SMART系列PLC代理商

西門子S7-400H冗余控制PLC的工作原理

    CPU 417H的操作系統(tǒng)自動地執(zhí)行S7-400H需要的附加功能，包括數(shù)據(jù)通信、故障響應(yīng)（切換到備用控制器）、兩個子單元的同步和自檢功能等。

    S7-400H采用“熱備用”模式的主動冗余原理，在發(fā)生故障時，無擾動地自動切換。*時兩個子單元都處于運行狀態(tài)，如果發(fā)生故障，正常工作的子單元能獨立完成整個過程的控制。

    為了保證無擾動切換，必須實現(xiàn)*控制器鏈路之間的快速、可靠的數(shù)據(jù)交換。兩個控制器必須使用相同的用戶程序，自動地接收相同的數(shù)據(jù)塊、過程映像和相同的內(nèi)部數(shù)據(jù)，例如定時器、計數(shù)器、位存儲器等。這樣可以確保兩個子控制器同步地更新內(nèi)容，任意一個子系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，另一個可以承擔(dān)全部控制任務(wù)。

    S7-400H采用“事件驅(qū)動同步”，當(dāng)兩個子單元的內(nèi)部狀態(tài)不同時，例如在直接I/O訪問、中斷、報警和修改實時鐘時，就會進(jìn)行同步操作。通過通信功能修改數(shù)據(jù)，由操作系統(tǒng)自動執(zhí)行同步功能，不需要用戶編程。

    S7-400H對*控制器之間的鏈接、CPU模塊、處理器/ASIC和存儲器進(jìn)行自檢。再啟動后每個子單元完整地執(zhí)行所有的測試功能。自檢功能被分為幾部分，每個周期只執(zhí)行部分自檢功能，以減輕CPU的負(fù)擔(dān)。

S7-400H由兩個子系統(tǒng)組成，典型的結(jié)構(gòu)是使用分為兩個區(qū)（每個區(qū)9個槽）的機(jī)架UR2H，每個區(qū)可以視為一個*控制器（見圖2-9中的Rack 0和Rack 1），也可以使用兩個獨立的*控制器（即*機(jī)架）UR1/UR2。每個*控制器有一塊有容錯功能的CPU 414-4H或CPU 417-4H，一塊PS 407冗余(Redundant)電源模塊。

    同步子模塊用于連接兩個*處理器，它們放置在*處理器內(nèi)部，并由光纜互連。

    每個*控制器上有S7 I/O模塊，*控制器也可以有擴(kuò)展機(jī)架或ET 200M分布式I/O。*功能總是冗余配置的，I/O模塊可以是常規(guī)配置、切換型配置或冗余配置。

    若要提高供電的冗余能力，每個子系統(tǒng)可以采用冗余供電的方式。在這種情況下需使用PS 407或PS 405冗余電源模塊，輸出電流為10A。

    SIMATIC S7系統(tǒng)所有的I/O模塊都可以在S7-400H中使用。I/O模塊可以插入*控制器、擴(kuò)展機(jī)架或分布式I/O站。

    S7-400H可以使用系統(tǒng)總線（例如工業(yè)以太網(wǎng)）或點對點通信，從簡單的線性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)到冗余式雙光纜環(huán)路。S7的通信功能*支持PROFIBUS或工業(yè)以太網(wǎng)的容錯通信。

    出現(xiàn)通信故障時，通過多4個冗余連接，使通信繼續(xù)下去。切換過程不需要用戶編程，冗余功能在參數(shù)設(shè)置時建立，用戶的通信程序與標(biāo)準(zhǔn)通信程序一樣。網(wǎng)絡(luò)可以配置為冗余的或非冗余的總線，可以是總線型或環(huán)形結(jié)構(gòu)。

 在許多生產(chǎn)領(lǐng)域中，要求容錯和高度可靠性的應(yīng)用越來越多，某些領(lǐng)域由于故障引起的停機(jī)將會帶來重大的經(jīng)濟(jì)損失。

    西門子的S7 Software Redundancy（軟件冗余性）可選軟件可以在S7-300/400標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)上運行。生產(chǎn)過程出現(xiàn)故障時，在幾秒鐘內(nèi)切換到替代系統(tǒng)，例如可以用于水廠水處理系統(tǒng)或交通流量控制系統(tǒng)等場合。

    S7-400H是按冗余方式設(shè)計的，主要器件都是雙重的，可以在事件發(fā)生后繼續(xù)使用備用的器件。設(shè)計成雙重器件的有*處理器CPU、電源模塊以及連接兩個*處理器的硬件。用戶可以自行決定系統(tǒng)是否需要更多的雙重器件，以增強(qiáng)設(shè)備的冗余性。

(1)通用機(jī)架UR1/UR2

    機(jī)架上的P總線是I/O總線，C總線（或稱K總線）是通信總線，與CPU的MPI接口連接，使具有通信總線接口的FM和CP模塊可以通過MPI總線進(jìn)行通信。

    UR1（18槽）和UR2（9槽）有P總線和K總線（見圖2-7），可以用作*機(jī)架(CC)和擴(kuò)展機(jī)架(EU)。它們用作*機(jī)架時，可以安裝除接收IM外的所有S7 -400模塊。

    圖2-7    機(jī)架與總線

    (2)*機(jī)架CR2/CR3

    CR2是18槽的*機(jī)架，P總線分為兩個本地總線段，分別有10個插槽和8個插槽。兩個總線段都可以對K總線進(jìn)行訪問。CR2需要一個電源模塊和兩個CPU模塊，每個CPU有它自己的I/O模塊，它們能相互操作和并行運行。CPU之間通過通信總線交換數(shù)據(jù)。CR3是4槽的*機(jī)架，有I/O總線和通信總線。

    (3)擴(kuò)展機(jī)架ER1/ER2

    ER1和ER2是擴(kuò)展機(jī)架，分別有18槽和9槽，只有I/O總線，未提供中斷線，可以使用電源模塊、接收IM模塊和信號模塊。但是電源模塊不能與IM 461-1（接收IM）一起使用。

    (4) UR2-H機(jī)架

    UR2-H機(jī)架用于在一個機(jī)架上配置一個完整的S7- 400H冗余系統(tǒng)，也可以用于配置兩個具有電氣隔離的獨立運行的S7-400 CPU，每個均有自己的I/O。UR2-H需要兩個電源模塊和兩個冗余CPU模塊。

    S7-400提供多種級別的CPU模塊和種類齊全的通用功能的模塊，使用戶能根據(jù)需要組合成不同的系統(tǒng)。S7 -400采用模塊化設(shè)計，性能范圍寬廣的不同模塊可以靈活組合，擴(kuò)展十分方便。

    *機(jī)架（或稱*控制器，CC）必須配置CPU模塊和一個電源模塊，可以安裝除用于接收的IM（接口模塊）之外的所有S7-400模塊。如果有擴(kuò)展機(jī)架，*機(jī)架和擴(kuò)展機(jī)架都需要安裝接口模塊。

    IM 460-x是用于*機(jī)架的發(fā)送接口模塊；IM 461-x是用于擴(kuò)展機(jī)架的接收接口模塊。接口模塊的主要參數(shù)見表2-3。

    表2-3    S7- 400的接口模塊

    電源模塊應(yīng)安裝在機(jī)架的左邊（第1槽），有冗余功能的電源模塊是一個例外。擴(kuò)展機(jī)架中的接口模塊只能安裝在右邊的槽（第18槽或第9槽）。通信處理器CP只能安裝在編號不大于6的擴(kuò)展機(jī)架中。

  1)運行速度高，CPU 417-4執(zhí)行一條位操作指令、字操作指令或定點運算指令只要18ns。

    2)存儲器容量大，例如CPU 417-4集成的工作存儲器為30MB，可以擴(kuò)展64MB的裝載存儲器（FEPROM或RAM）。

    3) I/O擴(kuò)展功能強(qiáng)，可以擴(kuò)展21個機(jī)架，CPU 417-4多可以擴(kuò)展262144點數(shù)字量I/O和16384點模擬量I/O。

    4)有*的通信能力，有的CPU集成了多種通信接口，容易實現(xiàn)分布式結(jié)構(gòu)和冗余控制系統(tǒng)。用ET 200分布式I/O可以進(jìn)行遠(yuǎn)程擴(kuò)展，用于分布范圍很廣的系統(tǒng)。

    5)診斷功能強(qiáng)，故障和中斷時間保存在FIFO（先入先出）緩沖區(qū)中。

    6)集成有HMI（人機(jī)接口）服務(wù)，用戶只需要為HMI服務(wù)定義源和目的地址，系統(tǒng)會自動地傳送信息。

    S7-400與S7-300一樣，都用STEP 7編程軟件編程，編程語言與編程方法*相同。

  1．緊湊型CPU

    S7-31xC有6種緊湊型CPU：CPU312C、CPU313C、CPU313C-PtP、CPU313C-2DP、CPU 314C-PtP和CPU 314C-2DP。它們均有集成的數(shù)字量輸入/輸出(DI/DO)，有的有集成的模擬量輸入/輸出( AI/AO)。它們還有集成的高速計數(shù)、頻率測量、脈沖輸出、閉環(huán)控制功能，脈寬調(diào)制頻率高為2. 5kHz。CPU314C-2DP和CPU 314C-2PtP有定位控制功能。

    2．標(biāo)準(zhǔn)型CPU

    標(biāo)準(zhǔn)型CPU包括CPU312、CPU 314、CPU 315-2DP、CPU 315-2PN/DP、CPU 317-2DP、CPU 317-2PN/DP和CPU 319-3PN/DP。型號中帶2DP的CPU有一個MPI接口和一個DP接口。型號中帶PN/DP的CPU有一個PROFINET接口和一個DP接口。

    3．技術(shù)功能型CPU

    CPU 315T-2DP和CPU 317T-2DP有*的處理速度，用于對PLC性能以及運動控制功能具有較高要求的設(shè)備。除了準(zhǔn)確的單軸定位功能以外，還適用于復(fù)雜的同步運動控制，一個通信接口是DP/MPI接口，另一個DP( DRIVE)接口用于連接帶PROFIBUS接口的驅(qū)動系統(tǒng)，支持所有主要的西門子驅(qū)動系統(tǒng)。技術(shù)功能型CPU還有本機(jī)集成的4點數(shù)字量輸入和8點數(shù)字量輸出，使用標(biāo)準(zhǔn)的編程言編程，無需的運動控制系統(tǒng)語言。

    4．SIPLUS戶外型CPU

    SIPLUS CPU包括SIPLUS緊湊型CPU、SIPLUS標(biāo)準(zhǔn)型CPU和SIPLUS故障安全型CPU。這些模塊可以在環(huán)境溫度- 25~+70CC的環(huán)境運行，允許短時的冷凝。它們適用于特殊的環(huán)境，例如空氣中含有氯和硫的場合。

    5．故障安全型CPU

    故障安全型CPU包括CPU 315F-2DP、CPU 315F-2PN/DP、CPU 317F-2DP和CPU 317F-2PN/DP。用于組成故障安全型自動化系統(tǒng)，以滿足安全運行的需要。使用內(nèi)置的DP接口和PROFISafe協(xié)議，可以在標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)報文中傳輸帶有安全功能的用戶數(shù)據(jù)。不需要對故障安全I/O進(jìn)行額外的布線，就可以實現(xiàn)與故障安全有關(guān)的通信。

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