西門子CPU 412-3H模塊

• 具有冗余設計的高可用型自動化系統。

• 用于具有很高故障安全要求的應用：
  重新啟動成本很高、停產代價高昂、幾乎不需要監視且維護選項較少的過程。

• 冗余的集中功能。

• 提高 I/O 的可用性：切換式 I/O 配置。

• 也可作為標準 I/O 使用：單側配置。

• 熱備用：發生故障時，可自動切換到備用設備。

• 采用兩個獨立機架或一個分開的*機架的配置

• 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

應用

設計

功能

概述

• 具有冗余設計的高可用型自動化系統。

• 用于具有很高故障安全要求的應用：
  重新啟動成本很高、停產代價高昂、幾乎不需要監視且維護選項較少的過程。

• 冗余的集中功能。

• 提高 I/O 的可用性：切換式 I/O 配置。

• 也可作為標準 I/O 使用：單側配置。

• 熱備用：發生故障時，可自動切換到備用設備。

• 采用兩個獨立機架或一個分開的*機架的配置

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

產品目錄 ST 70：

在產品目錄 ST 70 中也可找到有關 SIMATIC S7-400 的信息：

應用

在自動化技術的許多領域中，有關可用性、自動化系統故障安全的要求一直在提高。在許多領域，設備停機可能造成極為高昂的費用。這里，只有冗余系統才能滿足其可用性要求。

SIMATIC S7-400H 所具有的容錯性可以滿足這些要求。即使在一個或多個故障導致部分控制器失靈時也能繼續運行。因此實現了其可用性，這樣 SIMATIC S7-400H 及其適合用于以下應用領域：

• 控制器故障后，過程重新啟動將會導致很高成本（通常在過程工業中）。

• 停機時間很寶貴的過程。

• 涉及貴重材料的過程（例如在制藥工業中）。

• 無人監管的應用。

• 涉及減少維護人員的應用。

訂貨數據

S7-400H 部件訂貨數據可在“S7-400/S7-400H/S7-400F/FH"下的相應模塊找到。

設計

SIMATIC S7-400H 由以下部件組成：

• 2 個*控制器：
  2 個單獨的 UR1/UR2 *控制器，或一個分隔式*控制器 (UR2-H) 上的 2 個區域。

• 每個*控制器兩個同步模塊，用于通過光纜連接兩個設備。

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

• *控制器中具有 S7-400 I/O 模塊。

• UR1/UR2/ER1/ER2 擴展單元和/或帶有I/O模塊的 ET 200M 分布式 I/O 設備。

zui重要的功能始終采用冗余型設計。

I/O可以組態為常規可用性型和switched型。

常規可用I/O（單邊組態）

在單邊組態中，I/O模塊為單通道設計，僅能由兩個*控制器中的一個來尋址。單邊I/O模塊可以插接

• 一個*控制器和/或

• 擴展單元/分布式I/O設備

.

在I/O尋址設備工作正常的情況下，從單邊讀入的信息始終可以被兩個*控制器使用。在出現故障的情況下，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，系統必須具有一種對稱設計。

增加可用性（倒換型配置）

在switched組態中，I/O模塊為單通道設計，但是其尋址工作是由兩個*控制器通過冗余PROFIBUS DP完成。Switched I/O模塊僅能插接

• 一個ET 200M分布式I/O設備

.

至*控制器的連接通過PROFIBUS DP實現。此時，switched ET 200M連接至兩個子單元上。

I/O 的冗余性

3.1版以及更高版本的操作系統均支持冗余I/O。

冗余 I/O 模塊以冗余方式成對配置。使用冗余I/O可以實現可用性的zui大化，因為這種工作模式能夠容忍一個CPU、PROFIBUS或者信號模塊出現故障。

配置選項

可進行下列配置：

• 針對單側 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，且采用相同的設計（例如，均為集中式或者均為分布式）。插槽不強制規定。不過，出于可用性原因，建議在不同的站中使用。關于可以使用哪些模塊，請咨詢用戶支持部門或者參考相關手冊。

FM 和 CP 的冗余

這兩種不同的組態都可以以冗余方式使用功能模塊（FM）和通信處理機（CP）：

• 切換冗余設計：
  功能模塊（FM）/通信處理機（CP）可以成雙地連接至單個ET 200M或者一個switched ET 200M。

• 雙通道冗余設計：
  功能模塊（FM）/通信處理機（CP）可以插接兩個子單元或者子單元所連接的擴展單元（參見單邊組態）。

此時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通信處理機上，總體上說，用戶可以對其冗余功能進行編程。識別出主動模塊，當檢測到可能出現故障時啟動切換操作。所需要的程序與用于配有冗余FM/CP的單個CPU的程序相*：

• 由操作系統直接支持。
  對于SIMATIC NET-CP 443-1，冗余由操作系統直接支持。詳細信息，參見下面的“通信"。

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功能

容錯通訊

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

• 可用性更高：
  發生故障時，憑借其多達4個的冗余連接，可以繼續通信。必要的切換工作對于用戶來說是透明的。

• 工作簡單；
  容錯處理對于用戶也是透明的?？墒褂糜糜跇藴释ㄓ嵉挠脩舫绦?，無需修改。冗余功能的定義僅需在參數化階段就可以完成。

容錯通訊目前由 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"）。

取決于對可用性的需求，可以使用不同的組態選項：

• 單一總線或冗余總線。

• 線型拓撲和環型拓撲總線。

運行模式

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

• 數據交換

• 故障響應（控制轉換給備用設備）

• 兩個子設備的同步

• 自檢

冗余原理

S7-400H的工作符合“熱備份"模式的主動冗余原理（支持故障發生時的無重啟自動切換功能）。根據該原理，在*運行期間，兩個子單元都處于工作狀態。當故障發生時，未出現故障的設備將獨立地接管過程控制。

為了確保平穩的控制接管，必須通過*控制器鏈路實現高速、可靠的數據交換。

在控制轉移期間，設備自動地使用

• 相同的用戶程序

• 相同的數據塊

• 相同的過程圖像內容

• 相同的內部數據，例如定時器、計數器、位存儲單元等

這意味著，這兩個設備的更新操作始終*一樣，并可以在出現故障時獨立地繼續執行控制功能。

I/O 工作于冗余模式時，其結果將是：

• 在*的工作期間，兩個模塊均處于工作狀態，即，在存在冗余輸入的情況下，例如通過兩個模塊讀入的共用傳感器（也可以設置兩個傳感器）的信號，會對其結果進行比較，以將*性的值提供給用戶以進一步處理。對于冗余輸出來說，由用戶程序計算出的值通過兩個模塊來輸出。

• 如果出現了故障，例如輸入模塊中有一個或者兩個均出現了故障，則不再尋址故障模塊，且對故障進行報告處理，此后，僅使用未出現故障的模塊繼續工作。聯機修理工作完成之后，又可以尋址兩個模塊。

對于無重啟切換，必須實現兩個子單元的同步。

S7-400H采用“事件驅動同步"技術。

同步操作伴隨著導致兩個子單元內部狀態出現差異的每個事件而進行。這些事件的發生情況例如有：

• 直接訪問 I/O

• 中斷、報警

• 更新用戶時間，或

• 使用通信功能更改數據。

同步由操作系統自動完成，程序編制期間無需處理。

自檢

S7-400H 可執行大量自檢。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

每個檢測到故障都將被報告。

啟動時自檢

啟動時，每個子單元都會完整地執行全部自檢功能。

循環工作期間的自檢

完整的自檢需要多個循環。每個循環僅執行一小部分的自檢，因此，施加至物理控制器上的負荷很小。

組態、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 進行編程需要使用 STEP 7 V5.2。

I/O模塊的組態

硬件組態時，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"的第二個模塊。在用戶程序中，程序編制時使用地址zui低的那個模塊。第二個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程序有兩個塊庫中的功能塊（RED_IN 和 RED_OUT），且在用戶程序的起始和結束部分調用這兩個功能塊。

自STEP 7 V5.3起，該庫作為標準組件已經集成在STEP 7中。