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通信

*控制器和 ET 200M 之間的安全相關(guān)通信和標準通信是通過 PROFIBUS DP 實現(xiàn)的,。通過專門開發(fā)的 PROFIBUS 行規(guī) PROFIsafe,，可在標準數(shù)據(jù)報文中傳輸與安全功能相關(guān)的用戶數(shù)據(jù)。無需附加的硬件組件,，如安全總線,。所需的軟件既可以作為操作系統(tǒng)的擴展功能集成在硬件組件中，也可作為經(jīng)過認證的軟件塊裝載到 CPU 中,。

帶有隔離模塊的安全等

在 ET 200M 中隔離模塊具有以下優(yōu)點：

• 可以使用銅質(zhì)總線電纜來建立 PROFIBUS DP 總線,。沒有必要使用光纖電纜。
• 每個 IM 153-x 都可以使用,。
• 在一個 ET 200M 中，可以混合使用安全模式下的故障安全信號模塊和 S7-300 標準模塊,。

若需要取得安全等級 SIL 2,，則無需使用隔離模塊。

模塊的診斷和過程監(jiān)控

SIMATIC S7-400 的眾多輸入/輸出模塊具有智能功能：

• 監(jiān)控信號采集（診斷）
• 監(jiān)控來自過程的信號（硬件中斷）

診斷

智能診斷系統(tǒng)可用來確定模塊的信號采集（對于數(shù)字量模塊）或者模擬量處理（對于模擬量模塊）是否正常工作,。在診斷分析中，必須區(qū)分可參數(shù)化和不可參數(shù)化的診斷消息：

• 可參數(shù)化的診斷消息：
  僅當通過適當參數(shù)設(shè)置啟用之后,，才會發(fā)送診斷消息。
• 不可參數(shù)化的診斷消息：
  這些消息是自動發(fā)送的，即與參數(shù)設(shè)置無關(guān),。

如果某個診斷消息處于激活狀態(tài)（例如，“無傳感器輸入”）,，則該模塊會觸發(fā)一個診斷中斷（如果已為該診斷消息設(shè)置了參數(shù),，則僅在相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置之后才會觸發(fā)中斷）,。CPU 將中斷用戶程序或低優(yōu)先級任務(wù)的處理,，并處理相關(guān)診斷中斷塊 (OB 82),。通過硬件中斷可以監(jiān)控過程信號,，并且可以觸發(fā)對信號變化的響應(yīng),。

根據(jù)模塊類型的不同,，提供了各種不同診斷消息：

硬件中斷

可以監(jiān)控過程信號，并且可通過過程中斷觸發(fā)對信號變化的響應(yīng),。

• 數(shù)字量輸入模塊：
  根據(jù)具體參數(shù)設(shè)置,，該模塊可在信號狀態(tài)變化的上升沿、下降沿或上升沿和下降沿上為每個通道組觸發(fā)硬件中斷,。CPU 中斷用戶程序或低優(yōu)先級任務(wù)的處理，并處理相關(guān)過程中斷塊（例如,，OB 40）,。信號模塊可以每個通道緩沖一個中斷。
• 模擬量輸入模塊：
  通過設(shè)置上限值和下限值,，可以定義工作范圍,。模塊將數(shù)字化測量值與這些限值進行比較。若測量值違反其中任何一個限值,，就會觸發(fā)硬件中斷,。CPU 中斷用戶程序或低優(yōu)先級任務(wù)的處理，并處理相關(guān)過程中斷塊（例如,，OB 40）,。若限值高于/低于過量程/欠量程值，則不進行進行比較,。

S7-400H

容錯通信

進行高可用性通信時,，SIMATIC 將提供以下功能：

• 更高可用性：
  發(fā)生故障時,，通信可通過多 4 個冗余連接繼續(xù)進行。
• 操作簡便,；
  高可用性對用戶來說并不是透明的,。可以并經(jīng)過任何改動而采用標準通信的用戶程序,。冗余功能僅在參數(shù)設(shè)置階段進行定義,。

S7-400H（冗余和非冗余配置）和 PC 目前支持容錯通信。在 PC 上,，需要安裝 Redconnect 程序包（參見“SIMATIC NET 通信系統(tǒng)”）,。

根據(jù)具體可用性要求，可使用不同組態(tài)選項：

• 單一總線或冗余總線,。
• 總線型拓撲或環(huán)型拓撲總線,。

操作模式

CPU 417-5H/416-5H/414-5H/412-5H 的操作系統(tǒng)可自主執(zhí)行 S7-400H 的所有必要額外功能：

• 數(shù)據(jù)交換
• 故障響應(yīng)（故障轉(zhuǎn)移至備用設(shè)備）
• 兩個子單元的同步
• 自檢

冗余原理

S7-400H 按“熱備份”模式下的主動冗余原理工作（發(fā)生故障時執(zhí)行無反應(yīng)的自動切換）。根據(jù)該原理,，在*運行期間,，兩個子單元都處于激活狀態(tài)。發(fā)生故障時,，未發(fā)生故障的設(shè)備獨自接管過程控制,。

為確保平穩(wěn)接管，必須通過*控制器鏈路實現(xiàn)高速,、可靠的數(shù)據(jù)交換,。

在故障轉(zhuǎn)移期間，設(shè)備會自動保留：

• 相同的用戶程序
• 相同的數(shù)據(jù)塊
• 相同的過程映像內(nèi)容
• 相同的內(nèi)部數(shù)據(jù),，如定時器,、計數(shù)器、位存儲器等

這意味著,，這兩個設(shè)備始終保持在狀態(tài),，并且可以在出現(xiàn)故障時獨立地繼續(xù)執(zhí)行控制。

采用冗余 I/O 操作時,，這會帶來以下結(jié)果：

• 在*的運行期間,，兩個模塊均處于激活狀態(tài)，例如在采用冗余輸入時,，將通過兩個模塊讀取共用傳感器（也可以是兩個傳感器）的信號,，對結(jié)果進行比較并提供給用戶以作為用于進一步處理的統(tǒng)一值。采用冗余輸出時,，由用戶程序計算的值通過兩個模塊進行輸出,。
• 發(fā)生故障時（例如,，兩個輸入模塊之一出現(xiàn)故障）,，不再對有故障的模塊尋址,，發(fā)生故障信號，僅未受影響的模塊繼續(xù)運行,。在線進行修復(fù)之后,，將再次對兩個模塊尋址。

同步

為了實現(xiàn)無反應(yīng)切換,，需要對兩個子單元進行同步,。

S7-400H 遵循“時間驅(qū)動的同步”工作原理。

每當子單元中發(fā)生可能導(dǎo)致不同內(nèi)部狀態(tài)的事件時,，都會執(zhí)行同步操作,，例如在發(fā)生以下事件時：

• 直接訪問 I/O
• 中斷、報警
• 更新用戶時間
• 通過通信功能修改數(shù)據(jù)

同步是通過操作系統(tǒng)自動進行的,，可在編程階段將其忽略,。

自檢

S7-400H 可執(zhí)行大量自檢。自檢涉及以下方面：

• *控制器的連接
• *處理單元
• 處理器/ASIC
• 存儲器

報告每個檢測到的故障,。

啟動時自檢

啟動時,，每個子單元都會完整執(zhí)行全部自檢功能。

循環(huán)操作期間的自檢

完整的自檢分布在多個循環(huán)中,。每個循環(huán)僅執(zhí)行一小部分自檢,，因此，實際控制器所承受的負荷不是很大,。

組態(tài),、編程

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

對 S7-400H 編程需要使用 STEP 7 V5.2,。

I/O 模塊的組態(tài)

硬件組態(tài)時，用戶必須通過 HW Config 相互形成冗余的模塊,。只需要在冗余模式下運行的模塊以及要作為“冗余伙伴”的第二個模塊,。在用戶程序中，應(yīng)訪問具有低地址的模塊,。第二個地址不向用戶顯示,，并且含有冗余和非冗余 I/O 的控制部分的編程*相同。與非冗余 I/O 之間的差別是塊庫中的兩個函數(shù)塊（RED_IN 和 RED_OUT）,，需要在用戶程序的開始處和結(jié)束處調(diào)用這兩個函數(shù)塊,。

在 STEP 7 V5.3 或更高版本中，該庫已作為標準庫集成到 STEP 7 中,。

S7-400H

S7-400F/FH 滿足下列安全要求：

• 要求等級 AK 1 至 AK 6,，根據(jù) DIN V 19250/DIN V VDE 0801
• 安全要求等級 SIL 1 至 SIL 3，根據(jù) IEC 61508
• Cat1 至 Cat4,，根據(jù) EN 954-1

操作模式

S7-400F/FH 的安全功能包含在 CPU 的 F 程序中,，并包含在故障安全信號模塊中,。

信號模塊通過差異分析和測試信號注入來監(jiān)控輸出和輸入信號。

通過定期自檢,、命令測試以及按時間順序執(zhí)行的邏輯程序執(zhí)行檢查,，CPU 可檢查控制器的運行是否正常。此外,，通過狀態(tài)監(jiān)視 (sign-of-life) 請求,，還可以檢查 I/O 狀況。

若在系統(tǒng)中診斷出故障,，則將系統(tǒng)切換到安全狀態(tài),。

F-Runtime 許可證

必須將 F-Runtime 許可證加載到 CPU 上以運行 S7-400F/FH。每個 S7-400F/FH 都需要一份許可證,。

編程

S7-400F/FH 的編程方式與其它 SIMATIC S7 系統(tǒng)的編程方式相同,。非故障安全工廠部分的用戶程序可用成熟可靠的編程工具（如 STEP 7）來創(chuàng)建。

S7 F Systems 可選軟件包

編程安全相關(guān)的程序段時,，需要使用可選軟件包“S7 F Systems”,。該軟件中包括創(chuàng)建 F 程序所需的全部函數(shù)和塊。

對于包含安全功能的 F 程序,，可使用 CFC 調(diào)用來 F 庫中的函數(shù)塊并進行互連,。使用 CFC 可以簡化工廠的組態(tài)和編程工作，由于工廠范圍內(nèi)具有統(tǒng)一的表示形式,，也將簡了驗收測試,。無需使用額外工具，程序員就可以*專注于安全相關(guān)應(yīng)用程序,。

技術(shù)規(guī)范