西門子CPU 412-3H模塊

• 具有冗余設(shè)計(jì)的高可用型自動(dòng)化系統(tǒng)。

• 用于具有很高故障安全要求的應(yīng)用：
  重新啟動(dòng)成本很高、停產(chǎn)代價(jià)高昂、幾乎不需要監(jiān)視且維護(hù)選項(xiàng)較少的過程。

• 冗余的集中功能。

• 提高 I/O 的可用性：切換式 I/O 配置。

• 也可作為標(biāo)準(zhǔn) I/O 使用：單側(cè)配置。

• 熱備用：發(fā)生故障時(shí)，可自動(dòng)切換到備用設(shè)備。

• 采用兩個(gè)獨(dú)立機(jī)架或一個(gè)分開的*機(jī)架的配置

• 通過冗余 PROFIBUS DP 和/或 PROFINET 來連接切換式 I/O。

西門子CPU 412-3H模塊

應(yīng)用

設(shè)計(jì)

功能

概述

• 具有冗余設(shè)計(jì)的高可用型自動(dòng)化系統(tǒng)。

• 用于具有很高故障安全要求的應(yīng)用：
  重新啟動(dòng)成本很高、停產(chǎn)代價(jià)高昂、幾乎不需要監(jiān)視且維護(hù)選項(xiàng)較少的過程。

• 冗余的集中功能。

• 提高 I/O 的可用性：切換式 I/O 配置。

• 也可作為標(biāo)準(zhǔn) I/O 使用：單側(cè)配置。

• 熱備用：發(fā)生故障時(shí)，可自動(dòng)切換到備用設(shè)備。

• 采用兩個(gè)獨(dú)立機(jī)架或一個(gè)分開的*機(jī)架的配置

• 通過冗余 PROFIBUS DP 和/或 PROFINET 來連接切換式 I/O。

產(chǎn)品目錄 ST 70：

在產(chǎn)品目錄 ST 70 中也可找到有關(guān) SIMATIC S7-400 的信息：

應(yīng)用

在自動(dòng)化技術(shù)的許多領(lǐng)域中，有關(guān)可用性、自動(dòng)化系統(tǒng)故障安全的要求一直在提高。在許多領(lǐng)域，設(shè)備停機(jī)可能造成極為高昂的費(fèi)用。這里，只有冗余系統(tǒng)才能滿足其可用性要求。

SIMATIC S7-400H 所具有的容錯(cuò)性可以滿足這些要求。即使在一個(gè)或多個(gè)故障導(dǎo)致部分控制器失靈時(shí)也能繼續(xù)運(yùn)行。因此實(shí)現(xiàn)了其可用性，這樣 SIMATIC S7-400H 及其適合用于以下應(yīng)用領(lǐng)域：

• 控制器故障后，過程重新啟動(dòng)將會導(dǎo)致很高成本（通常在過程工業(yè)中）。

• 停機(jī)時(shí)間很寶貴的過程。

• 涉及貴重材料的過程（例如在制藥工業(yè)中）。

• 無人監(jiān)管的應(yīng)用。

• 涉及減少維護(hù)人員的應(yīng)用。

訂貨數(shù)據(jù)

S7-400H 部件訂貨數(shù)據(jù)可在“S7-400/S7-400H/S7-400F/FH"下的相應(yīng)模塊找到。

設(shè)計(jì)

SIMATIC S7-400H 由以下部件組成：

• 2 個(gè)*控制器：
  2 個(gè)單獨(dú)的 UR1/UR2 *控制器，或一個(gè)分隔式*控制器 (UR2-H) 上的 2 個(gè)區(qū)域。

• 每個(gè)*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)*控制器 1 個(gè) CPU 412-3H、1 個(gè) CPU 414-4H 或 1 個(gè) CPU 417-4H。

• *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。

zui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)*控制器中的一個(gè)來尋址。單邊I/O模塊可以插接

• 一個(gè)*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)*控制器使用。在出現(xiàn)故障的情況下，受到影響的*控制器的I/O模塊將會停止工作。

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

配置選項(xiàng)

可進(jìn)行下列配置：

• 針對單側(cè) DP 從站采用冗余 I/O

• 針對切換式 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，請咨詢用戶支持部門或者參考相關(guān)手冊。

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，用戶可以對其冗余功能進(jìn)行編程。識別出主動(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*：

• 由操作系統(tǒng)直接支持。
  對于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"。

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功能

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。必要的切換工作對于用戶來說是透明的。

• 工作簡單；
  容錯(cuò)處理對于用戶也是透明的。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*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*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

• 相同的內(nèi)部數(shù)據(jù)，例如定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、位存儲單元等

這意味著，這兩個(gè)設(shè)備的更新操作始終*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*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，會對其結(jié)果進(jìn)行比較，以將*性的值提供給用戶以進(jìn)一步處理。對于冗余輸出來說，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：

• *控制器的連接。

• CPU

• 處理器/ASIC

• 存儲器

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 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zui低的那個(gè)模塊。第二個(gè)地址對用戶來說不可見，無論是冗余還是非冗余I/O，控制部分的編程工作都*相同。與非冗余I/O*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。