河南西门子S7-200SMART系列PLC代理商

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西门子S7-400H冗余控制PLC的工作原理

    CPU 417H的操作系统自动地执行S7-400H需要的附加功能，包括数据通信、故障响应（切换到备用控制器）、两个子单元的同步和自检功能等。

    S7-400H采用“热备用”模式的主动冗余原理，在发生故障时，无扰动地自动切换。*时两个子单元都处于运行状态，如果发生故障，正常工作的子单元能独立完成整个过程的控制。

    为了保证无扰动切换，必须实现*控制器链路之间的快速、可靠的数据交换。两个控制器必须使用相同的用户程序，自动地接收相同的数据块、过程映像和相同的内部数据，例如定时器、计数器、位存储器等。这样可以确保两个子控制器同步地更新内容，任意一个子系统出现故障时，另一个可以承担全部控制任务。

    S7-400H采用“事件驱动同步”，当两个子单元的内部状态不同时，例如在直接I/O访问、中断、报警和修改实时钟时，就会进行同步操作。通过通信功能修改数据，由操作系统自动执行同步功能，不需要用户编程。

    S7-400H对*控制器之间的链接、CPU模块、处理器/ASIC和存储器进行自检。再启动后每个子单元完整地执行所有的测试功能。自检功能被分为几部分，每个周期只执行部分自检功能，以减轻CPU的负担。

S7-400H由两个子系统组成，典型的结构是使用分为两个区（每个区9个槽）的机架UR2H，每个区可以视为一个*控制器（见图2-9中的Rack 0和Rack 1），也可以使用两个独立的*控制器（即*机架）UR1/UR2。每个*控制器有一块有容错功能的CPU 414-4H或CPU 417-4H，一块PS 407冗余(Redundant)电源模块。

    同步子模块用于连接两个*处理器，它们放置在*处理器内部，并由光缆互连。

    每个*控制器上有S7 I/O模块，*控制器也可以有扩展机架或ET 200M分布式I/O。*功能总是冗余配置的，I/O模块可以是常规配置、切换型配置或冗余配置。

    若要提高供电的冗余能力，每个子系统可以采用冗余供电的方式。在这种情况下需使用PS 407或PS 405冗余电源模块，输出电流为10A。

    SIMATIC S7系统所有的I/O模块都可以在S7-400H中使用。I/O模块可以插入*控制器、扩展机架或分布式I/O站。

    S7-400H可以使用系统总线（例如工业以太网）或点对点通信，从简单的线性网络结构到冗余式双光缆环路。S7的通信功能*支持PROFIBUS或工业以太网的容错通信。

    出现通信故障时，通过多4个冗余连接，使通信继续下去。切换过程不需要用户编程，冗余功能在参数设置时建立，用户的通信程序与标准通信程序一样。网络可以配置为冗余的或非冗余的总线，可以是总线型或环形结构。

 在许多生产领域中，要求容错和高度可靠性的应用越来越多，某些领域由于故障引起的停机将会带来重大的经济损失。

    西门子的S7 Software Redundancy（软件冗余性）可选软件可以在S7-300/400标准系统上运行。生产过程出现故障时，在几秒钟内切换到替代系统，例如可以用于水厂水处理系统或交通流量控制系统等场合。

    S7-400H是按冗余方式设计的，主要器件都是双重的，可以在事件发生后继续使用备用的器件。设计成双重器件的有*处理器CPU、电源模块以及连接两个*处理器的硬件。用户可以自行决定系统是否需要更多的双重器件，以增强设备的冗余性。

(1)通用机架UR1/UR2

    机架上的P总线是I/O总线，C总线（或称K总线）是通信总线，与CPU的MPI接口连接，使具有通信总线接口的FM和CP模块可以通过MPI总线进行通信。

    UR1（18槽）和UR2（9槽）有P总线和K总线（见图2-7），可以用作*机架(CC)和扩展机架(EU)。它们用作*机架时，可以安装除接收IM外的所有S7 -400模块。

    图2-7    机架与总线

    (2)*机架CR2/CR3

    CR2是18槽的*机架，P总线分为两个本地总线段，分别有10个插槽和8个插槽。两个总线段都可以对K总线进行访问。CR2需要一个电源模块和两个CPU模块，每个CPU有它自己的I/O模块，它们能相互操作和并行运行。CPU之间通过通信总线交换数据。CR3是4槽的*机架，有I/O总线和通信总线。

    (3)扩展机架ER1/ER2

    ER1和ER2是扩展机架，分别有18槽和9槽，只有I/O总线，未提供中断线，可以使用电源模块、接收IM模块和信号模块。但是电源模块不能与IM 461-1（接收IM）一起使用。

    (4) UR2-H机架

    UR2-H机架用于在一个机架上配置一个完整的S7- 400H冗余系统，也可以用于配置两个具有电气隔离的独立运行的S7-400 CPU，每个均有自己的I/O。UR2-H需要两个电源模块和两个冗余CPU模块。

    S7-400提供多种级别的CPU模块和种类齐全的通用功能的模块，使用户能根据需要组合成不同的系统。S7 -400采用模块化设计，性能范围宽广的不同模块可以灵活组合，扩展十分方便。

    *机架（或称*控制器，CC）必须配置CPU模块和一个电源模块，可以安装除用于接收的IM（接口模块）之外的所有S7-400模块。如果有扩展机架，*机架和扩展机架都需要安装接口模块。

    IM 460-x是用于*机架的发送接口模块；IM 461-x是用于扩展机架的接收接口模块。接口模块的主要参数见表2-3。

    表2-3    S7- 400的接口模块

    电源模块应安装在机架的左边（第1槽），有冗余功能的电源模块是一个例外。扩展机架中的接口模块只能安装在右边的槽（第18槽或第9槽）。通信处理器CP只能安装在编号不大于6的扩展机架中。

  1)运行速度高，CPU 417-4执行一条位操作指令、字操作指令或定点运算指令只要18ns。

    2)存储器容量大，例如CPU 417-4集成的工作存储器为30MB，可以扩展64MB的装载存储器（FEPROM或RAM）。

    3) I/O扩展功能强，可以扩展21个机架，CPU 417-4多可以扩展262144点数字量I/O和16384点模拟量I/O。

    4)有*的通信能力，有的CPU集成了多种通信接口，容易实现分布式结构和冗余控制系统。用ET 200分布式I/O可以进行远程扩展，用于分布范围很广的系统。

    5)诊断功能强，故障和中断时间保存在FIFO（先入先出）缓冲区中。

    6)集成有HMI（人机接口）服务，用户只需要为HMI服务定义源和目的地址，系统会自动地传送信息。

    S7-400与S7-300一样，都用STEP 7编程软件编程，编程语言与编程方法*相同。

  1．紧凑型CPU

    S7-31xC有6种紧凑型CPU：CPU312C、CPU313C、CPU313C-PtP、CPU313C-2DP、CPU 314C-PtP和CPU 314C-2DP。它们均有集成的数字量输入/输出(DI/DO)，有的有集成的模拟量输入/输出( AI/AO)。它们还有集成的高速计数、频率测量、脉冲输出、闭环控制功能，脉宽调制频率高为2. 5kHz。CPU314C-2DP和CPU 314C-2PtP有定位控制功能。

    2．标准型CPU

    标准型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。型号中带2DP的CPU有一个MPI接口和一个DP接口。型号中带PN/DP的CPU有一个PROFINET接口和一个DP接口。

    3．技术功能型CPU

    CPU 315T-2DP和CPU 317T-2DP有*的处理速度，用于对PLC性能以及运动控制功能具有较高要求的设备。除了准确的单轴定位功能以外，还适用于复杂的同步运动控制，一个通信接口是DP/MPI接口，另一个DP( DRIVE)接口用于连接带PROFIBUS接口的驱动系统，支持所有主要的西门子驱动系统。技术功能型CPU还有本机集成的4点数字量输入和8点数字量输出，使用标准的编程言编程，无需的运动控制系统语言。

    4．SIPLUS户外型CPU

    SIPLUS CPU包括SIPLUS紧凑型CPU、SIPLUS标准型CPU和SIPLUS故障安全型CPU。这些模块可以在环境温度- 25~+70CC的环境运行，允许短时的冷凝。它们适用于特殊的环境，例如空气中含有氯和硫的场合。

    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。用于组成故障安全型自动化系统，以满足安全运行的需要。使用内置的DP接口和PROFISafe协议，可以在标准数据报文中传输带有安全功能的用户数据。不需要对故障安全I/O进行额外的布线，就可以实现与故障安全有关的通信。

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