西門子S7-400H冗余系統(tǒng)西門子S7-400H冗余系統(tǒng)

有冗余設(shè)計(jì)的容錯(cuò)自動(dòng)化系統(tǒng)

• 在容錯(cuò)技術(shù)下用于需要可靠性的場(chǎng)合：再啟動(dòng)或停機(jī)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(hù)的工廠

• 冗余的功能

• 加強(qiáng) I/O 的可用性：可切換 I/O 的配置

• 也可應(yīng)用常規(guī)的 I/O：?jiǎn)芜吪渲?/span>

• 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(dú)的或一個(gè)分隔的機(jī)架配置

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

應(yīng)用

在許多自動(dòng)化領(lǐng)域中，要求容錯(cuò)和可靠性的自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用越來(lái)越多。特別是在某些領(lǐng)域，停機(jī)將帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失。在這種情況下，只有冗余系統(tǒng)才能滿足可靠性的要求。可靠性的 SIMATIC S7-400H 能充分滿足這些要求。它能連續(xù)運(yùn)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(yīng)用領(lǐng)域：

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

• 如發(fā)生停機(jī)，將會(huì)造成重大的經(jīng)濟(jì)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(yīng)用場(chǎng)合

• 需減少維護(hù)人員的場(chǎng)合

SIMATIC S7-400H 包括以下部件：

• 2 個(gè)控制器（機(jī)架）：2 個(gè)分立的控制器（UR1/UR2），或 1 個(gè)分割為 2 個(gè)區(qū)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(jī)架有 S7-400 I/O 模板

• UR1/UR2/ER1/ER2 擴(kuò)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(guī)配置或切換型配置。

在單邊配置中，I/O 模板是單通道設(shè)計(jì)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(kuò)展機(jī)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，使訪問(wèn) I/O 的操作正確地運(yùn)行。如發(fā)生故障，屬于故障控制器的 I/O模板退出運(yùn)行。單邊配置適用于

• 不需要增加可靠性的應(yīng)用場(chǎng)合

• 連接到以用戶程序?yàn)榛A(chǔ)的冗余 I/O 站?；诖朔N目的，系統(tǒng)對(duì)稱的配置設(shè)計(jì)在切換式配置中，I/O 模板雖為單通道設(shè)計(jì)，但是兩個(gè)控制器均可通過(guò)冗余的總線網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn) I/O 模板。切換式 I/O 模板只能插入

• ET 200M 遠(yuǎn)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(guī)的可用性）

FM 和 CP 的冗余功

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(shè)置：FM/CP 可插到分立的 ET 200M 中，或成對(duì)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(kuò)展設(shè)備中（參考單邊配置）實(shí)現(xiàn)模板的冗余有不同的方法。

• 由用戶編程：利用功能模塊和 SIMATIC CP 可以由用戶編程實(shí)現(xiàn)冗余功能。選擇主動(dòng)模板并檢測(cè)任何故障以便啟動(dòng)轉(zhuǎn)換機(jī)制。所要求的程序和帶冗余 FM/CP 的非冗余 CPU 的結(jié)構(gòu)相一致。

• 操作系統(tǒng)直接支持：在 SIMATIC NET-CP（CP-443-1，CP 443-1TCP，CP 443-5 基本型和 CP 443-5 擴(kuò)展型）上，操作系統(tǒng)直接支持冗余結(jié)構(gòu)，詳細(xì)內(nèi)容見(jiàn)通訊手冊(cè)。CPU412-5H、CPU414-5H、CPU416-5H、CPU417-5H 操作系統(tǒng)自動(dòng)地執(zhí)行所有 S7-400H 需要的附加功能：

• 數(shù)據(jù)通訊

• 故障響應(yīng)（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(yùn)行是根據(jù)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(jù)這個(gè)原理，*時(shí)兩個(gè)子單元都在運(yùn)行狀態(tài)。如果發(fā)生故障，正常工作的子單元能獨(dú)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(shù)據(jù)交換。為此控制器自動(dòng)的接收

• 相同的用戶程序

• 相同的數(shù)據(jù)塊

• 過(guò)程映象內(nèi)容

• 相同的內(nèi)部數(shù)據(jù)，如計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器、位存儲(chǔ)器等這樣確保兩個(gè)子控制器要隨時(shí)更新內(nèi)容，并在任何時(shí)間只要一個(gè)有故障，另一個(gè)可承擔(dān)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(yùn)行于“事件驅(qū)動(dòng)同步”。這就是說(shuō)兩個(gè)子單元有不同的內(nèi)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 訪問(wèn)

• 中斷，報(bào)警

• 刷新用戶時(shí)間

• 通過(guò)通訊功能修改數(shù)據(jù)由操作系統(tǒng)自動(dòng)地執(zhí)行同步功能，編程時(shí)不需要考慮。

S7-400H 執(zhí)行擴(kuò)展的自檢。包括如下內(nèi)容：

• 控制器間的鏈接

• CPU 模板

• 處理器/ASIC

• 存儲(chǔ)器檢測(cè)到的每一個(gè)故障都給出報(bào)告。運(yùn)行后的自檢，當(dāng)再起動(dòng)時(shí)，每個(gè)子單元完整地執(zhí)行所有的測(cè)試功能。周期運(yùn)行時(shí)的自檢：全部自測(cè)試被分配到幾個(gè)周期中進(jìn)行。每個(gè)周期只執(zhí)行自檢中的一部分，以減輕控制器的負(fù)擔(dān)。SIMATIC 的可用性的通訊，為用戶提供了一種新型的通訊類型，它具有以下特點(diǎn)：

• 增強(qiáng)了可用性：發(fā)生故障時(shí)，通過(guò)多達(dá) 4 個(gè)冗余連接，使通訊仍能繼續(xù)進(jìn)行。對(duì)用戶來(lái)說(shuō)，需要的切換過(guò)程是看不到的。

• 用戶友好特點(diǎn)從用戶觀點(diǎn)來(lái)看，可用性是看不到的，可使用含標(biāo)準(zhǔn)通訊的用戶程序，不需要做修改。冗余功能只在參數(shù)化階段建立。目前 S7-400H（冗余和非冗余配置）和 PC 支持容錯(cuò)通訊。PC

冗余需要有連接程序軟件包。

由于對(duì)容錯(cuò)的要求不同，其配置也是各種各樣的：

• 非冗余或冗余總線

• 總線型或環(huán)形結(jié)構(gòu)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(xiàng)目和站

• 配置硬件和網(wǎng)絡(luò)

• 裝載系統(tǒng)數(shù)據(jù)到目標(biāo)系統(tǒng)