西門子6ES7451-3AL00-0AE0

S7-400 是 SIMATIC 控制器家族功能*為強(qiáng)大的 PLC。它可以成功實(shí)現(xiàn)全集成自動(dòng)化 (TIA) 解決方案。S7-400 是一個(gè)用于制造業(yè)和過程工業(yè)系統(tǒng)解決方案的自動(dòng)化平臺(tái)，其主要特點(diǎn)是具有模塊化的結(jié)構(gòu)并擁有性能儲(chǔ)備。

S7-400

• 中端到高端性能范圍內(nèi)功能強(qiáng)大的 PLC
• 可滿足要求極為苛刻的任務(wù)的解決方案
• 全面的模塊和各種性能等級(jí) CPU 可針對(duì)具體自動(dòng)化任務(wù)進(jìn)行*佳調(diào)整
• 可實(shí)現(xiàn)分布式結(jié)構(gòu)，適用十分靈活
• 連接方便
• *優(yōu)通信和聯(lián)網(wǎng)功能
• 操作方便，設(shè)計(jì)簡單，不含風(fēng)扇
• 任務(wù)增加時(shí)可順利擴(kuò)展
• 多重計(jì)算：
  多個(gè) CPU 在一個(gè) S7-400 中央控制器中同時(shí)運(yùn)行。
  多重計(jì)算功能可對(duì) S7-400 的總體性能進(jìn)行分配。例如，可將復(fù)雜的技術(shù)任務(wù)（如開環(huán)控制、計(jì)算或通信）進(jìn)行拆分并分配給不同的 CPU。可以為每個(gè) CPU 分配自己的 I/O。
• 模塊化：
  通過功能強(qiáng)大的 S7-400 背板總線和可直接連接到 CPU 的通信接口，可實(shí)現(xiàn)許多大量通信線路的高性能操作。例如，這樣可以擁有一條用于 HMI 和編程任務(wù)的通信線路、一條用于高性能等距運(yùn)動(dòng)控制組件的通信線路和一條“正常”I/O 現(xiàn)場總線。另外，還可以實(shí)現(xiàn)額外需要的與 MES/ERP 系統(tǒng)或 Internet 的連接。
• 工程組態(tài)和診斷：
  結(jié)合使用 SIMATIC 工程組態(tài)工具，可極為高效地對(duì) S7-400 進(jìn)行組態(tài)和編程，尤其對(duì)于采用高性能工程組件的廣泛自動(dòng)化任務(wù)。為此，可以使用高級(jí)語言（如 SCL）以及用于順序控制、狀態(tài)圖和工藝圖的圖形化組態(tài)工具。

容錯(cuò)通訊

帶有容錯(cuò)通信功能的SIMATIC提供了一種新的通信類型，該通信類型具有以下特點(diǎn)：

• 可用性更高：
  發(fā)生故障時(shí)，憑借其多達(dá)4個(gè)的冗余連接，可以繼續(xù)通信。必要的切換工作對(duì)于用戶來說是透明的。
• 工作簡單；
  容錯(cuò)處理對(duì)于用戶也是透明的。可使用用于標(biāo)準(zhǔn)通訊的用戶程序，無需修改。冗余功能的定義僅需在參數(shù)化階段就可以完成。

容錯(cuò)通訊目前由 S7-400H（冗余和非冗余配置）和 PC 所支持。對(duì)于 PC 來說，需要使用 Redconnect 軟件包（參見“SIMATIC NET 通訊系統(tǒng)”）。

取決于對(duì)可用性的需求，可以使用不同的組態(tài)選項(xiàng)：

• 單一總線或冗余總線。
• 線型拓?fù)浜铜h(huán)型拓?fù)淇偩€。

運(yùn)行模式

CPU 417-4H、CPU 414-4H 和 CPU 412-3H 的操作系統(tǒng)可自主執(zhí)行 S7-400H 的所有必要附加功能：

• 數(shù)據(jù)交換
• 故障響應(yīng)（控制轉(zhuǎn)換給備用設(shè)備）
• 兩個(gè)子設(shè)備的同步
• 自檢

冗余原理

S7-400H的工作符合“熱備份”模式的主動(dòng)冗余原理（支持故障發(fā)生時(shí)的無重啟自動(dòng)切換功能）。根據(jù)該原理，在無故障運(yùn)行期間，兩個(gè)子單元都處于工作狀態(tài)。當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，未出現(xiàn)故障的設(shè)備將獨(dú)立地接管過程控制。

為了確保平穩(wěn)的控制接管，必須通過中央控制器鏈路實(shí)現(xiàn)高速、可靠的數(shù)據(jù)交換。

在控制轉(zhuǎn)移期間，設(shè)備自動(dòng)地使用

• 相同的用戶程序
• 相同的數(shù)據(jù)塊
• 相同的過程圖像內(nèi)容
• 相同的數(shù)據(jù)，例如定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、位存儲(chǔ)單元等

這意味著，這兩個(gè)設(shè)備的更新操作始終完全一樣，并可以在出現(xiàn)故障時(shí)獨(dú)立地繼續(xù)執(zhí)行控制功能。

I/O 工作于冗余模式時(shí)，其結(jié)果將是：

• 在沒有故障的工作期間，兩個(gè)模塊均處于工作狀態(tài)，即，在存在冗余輸入的情況下，例如通過兩個(gè)模塊讀入的共用傳感器（也可以設(shè)置兩個(gè)傳感器）的信號(hào)，會(huì)對(duì)其結(jié)果進(jìn)行比較，以將一致性的值提供給用戶以進(jìn)一步處理。對(duì)于冗余輸出來說，由用戶程序計(jì)算出的值通過兩個(gè)模塊來輸出。
• 如果出現(xiàn)了故障，例如輸入模塊中有一個(gè)或者兩個(gè)均出現(xiàn)了故障，則不再尋址故障模塊，且對(duì)故障進(jìn)行報(bào)告處理，此后，僅使用未出現(xiàn)故障的模塊繼續(xù)工作。聯(lián)機(jī)修理工作完成之后，又可以尋址兩個(gè)模塊。

對(duì)于無重啟切換，必須實(shí)現(xiàn)兩個(gè)子單元的同步。

S7-400H采用“事件驅(qū)動(dòng)同步”技術(shù)。

同步操作伴隨著導(dǎo)致兩個(gè)子單元內(nèi)部狀態(tài)出現(xiàn)差異的每個(gè)事件而進(jìn)行。這些事件的發(fā)生情況例如有：

• 直接訪問 I/O
• 中斷、報(bào)警
• 更新用戶時(shí)間，或
• 使用通信功能更改數(shù)據(jù)。

同步由操作系統(tǒng)自動(dòng)完成，程序編制期間無需處理。

自檢

S7-400H 可執(zhí)行大量自檢。這涉及到以下部分的檢測工作：

• 中央控制器的連接。
• CPU
• 處理器/ASIC
• 存儲(chǔ)器

每個(gè)檢測到故障都將被報(bào)告。

啟動(dòng)時(shí)自檢

啟動(dòng)時(shí)，每個(gè)子單元都會(huì)完整地執(zhí)行全部自檢功能。

循環(huán)工作期間的自檢

完整的自檢需要多個(gè)循環(huán)。每個(gè)循環(huán)僅執(zhí)行一小部分的自檢，因此，施加至物理控制器上的負(fù)荷很小。

組態(tài)、編程

S7-400H 的編程與 S7-400 相類似。所有可用的 STEP 7 功能都可以使用。

對(duì) S7-400H 進(jìn)行編程需要使用 STEP 7 V5.2。

I/O模塊的組態(tài)

硬件組態(tài)時(shí)，用戶必須通過HW Config明確地指出彼此相互冗余的模塊。這僅需指出需要工作于冗余模式的模塊和需要作為“冗余伙伴”的第二個(gè)模塊。在用戶程序中，程序編制時(shí)使用地址*低的那個(gè)模塊。第二個(gè)地址對(duì)用戶來說不可見，無論是冗余還是非冗余I/O，控制部分的編程工作都完全相同。與非冗余I/O唯*的差別是，冗余I/O程序有兩個(gè)塊庫中的功能塊（RED_IN 和 RED_OUT），且在用戶程序的起始和結(jié)束部分調(diào)用這兩個(gè)功能塊。

自STEP 7 V5.3起，該庫作為標(biāo)準(zhǔn)組件已經(jīng)集成在STEP 7中。

SIMATIC S7-400H 由以下部件組成：

• 2 個(gè)中央控制器：
  2 個(gè)單獨(dú)的 UR1/UR2 中央控制器，或一個(gè)分隔式中央控制器 (UR2-H) 上的 2 個(gè)區(qū)域。
• 每個(gè)中央控制器兩個(gè)同步模塊，用于通過光纜連接兩個(gè)設(shè)備。
• 每個(gè)中央控制器 1 個(gè) CPU 412-3H、1 個(gè) CPU 414-4H 或 1 個(gè) CPU 417-4H。
• 中央控制器中具有 S7-400 I/O 模塊。
• UR1/UR2/ER1/ER2 擴(kuò)展單元和/或帶有I/O模塊的 ET 200M 分布式 I/O 設(shè)備。

*重要的功能始終采用冗余型設(shè)計(jì)。

I/O可以組態(tài)為常規(guī)可用性型和switched型。

常規(guī)可用I/O（單邊組態(tài)）

在單邊組態(tài)中，I/O模塊為單通道設(shè)計(jì)，僅能由兩個(gè)中央控制器中的一個(gè)來尋址。單邊I/O模塊可以插接

• 一個(gè)中央控制器和/或
• 擴(kuò)展單元/分布式I/O設(shè)備

.

在I/O尋址設(shè)備工作正常的情況下，從單邊讀入的信息始終可以被兩個(gè)中央控制器使用。在出現(xiàn)故障的情況下，受到影響的中央控制器的I/O模塊將會(huì)停止工作。

單邊組態(tài)用于：

• 不需要很高可用性的工廠部分。
• 連接基于用戶程序的冗余 I/O。此時(shí)，系統(tǒng)必須具有一種對(duì)稱設(shè)計(jì)。

增加可用性（倒換型配置）

在switched組態(tài)中，I/O模塊為單通道設(shè)計(jì)，但是其尋址工作是由兩個(gè)中央控制器通過冗余PROFIBUS DP完成。Switched I/O模塊僅能插接

• 一個(gè)ET 200M分布式I/O設(shè)備

.

至中央控制器的連接通過PROFIBUS DP實(shí)現(xiàn)。此時(shí)，switched ET 200M連接至兩個(gè)子單元上。

I/O 的冗余性

3.1版以及更高版本的操作系統(tǒng)均支持冗余I/O。

冗余 I/O 模塊以冗余方式成對(duì)配置。使用冗余I/O可以實(shí)現(xiàn)可用性的*大化，因?yàn)檫@種工作模式能夠容忍一個(gè)CPU、PROFIBUS或者信號(hào)模塊出現(xiàn)故障。

配置選項(xiàng)

可進(jìn)行下列配置：

• 針對(duì)單側(cè) DP 從站采用冗余 I/O
• 針對(duì)切換式 DP 從站采用冗余 I/O

適宜的 I/O 模塊

彼此冗余的模塊的類型必須相同，且采用相同的設(shè)計(jì)（例如，均為集中式或者均為分布式）。插槽不強(qiáng)制規(guī)定。不過，出于可用性原因，建議在不同的站中使用。關(guān)于可以使用哪些模塊，請(qǐng)咨詢用戶支持部門或者參考相關(guān)手冊(cè)。

FM 和 CP 的冗余

這兩種不同的組態(tài)都可以以冗余方式使用功能模塊（FM）和通信處理機(jī)（CP）：

• 切換冗余設(shè)計(jì)：
  功能模塊（FM）/通信處理機(jī)（CP）可以成雙地連接至單個(gè)ET 200M或者一個(gè)switched ET 200M。
• 雙通道冗余設(shè)計(jì)：
  功能模塊（FM）/通信處理機(jī)（CP）可以插接兩個(gè)子單元或者子單元所連接的擴(kuò)展單元（參見單邊組態(tài)）。

此時(shí)可以不同方式取得模塊的冗余性：

• 由用戶編程：
  在功能模塊和SIMATIC通信處理機(jī)上，總體上說，用戶可以對(duì)其冗余功能進(jìn)行編程。識(shí)別出主動(dòng)模塊，當(dāng)檢測到可能出現(xiàn)故障時(shí)啟動(dòng)切換操作。所需要的程序與用于配有冗余FM/CP的單個(gè)CPU的程序相一致：
• 由操作系統(tǒng)直接支持。
  對(duì)于SIMATIC NET-CP 443-1，冗余由操作系統(tǒng)直接支持。詳細(xì)信息，參見下面的“通信”。