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西門子S7-300系列PLC控制器  詳細介紹

SIMENS 上海非俗自動化科技有限公司 

：劉香

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SIMATIC S7-300 是模塊化的微型 PLC 系統(tǒng)，可滿足中、低端的性能要求。

模塊化、無風扇設計、易于實現(xiàn)分布式結(jié)構(gòu)以及方便的操作,使得 SIMATIC S7-300 成為中、低端應用中各種不同任務的經(jīng)濟、用戶友好的解決方案。

SIMATIC S7-300 的應用領域包括：

• 特殊機械，
• 紡織機械，
• 包裝機械，
• 一般機械設備制造，
• 控制器制造，
• 機床制造，
• 安裝系統(tǒng)，
• 電氣與電子工業(yè)及相關產(chǎn)業(yè)。

多種性能等級的 CPU，具有用戶友好功能的全系列模塊，可允許用戶根據(jù)不同的應用選取相應模塊。任務擴展時，可通過使用附加模塊隨時對控制器進行升級。

SIMATIC S7-300 是一個通用的控制器：

• 具有高電磁兼容性和抗震性，可zui大限度地用于工業(yè)領域。

S7-300F

SIMATIC S7-300F 故障安全自動化系統(tǒng)可使用在對安全要求較高的設備中。其可對立即停車過程進行控制，因此不會對人身、環(huán)境造成損害。

S7-300F 滿足下列安全要求：

• 要求等級 AK 1 - AK 6 符合 DIN V 19250/DIN V VDE 0801
• 安全要求等級 SIL 1 - SIL 3 符合 IEC 61508
• 類別 1 - 4 符合 EN 954-1

另外，標準模塊還可用在 S7-300F 及故障安全模塊中。因此它可以創(chuàng)建一個全集成的控制系統(tǒng)，在非安全相關和安全相關任務共存的工廠中使用。使用相同的標準工具對整個工廠進行組態(tài)和編程。

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西門子S7-400系列PLC控制器 

SIMATIC S7-400有多個型號：

• S7-400：
  Power PLC，用于中、性能應用，并采用模塊化、免風扇設計。
• S7-400H:
  容錯型自動化系統(tǒng)使用冗余設計，可以用于故障安全型應用。
• S7-400F/FH:
  故障安全自動化系統(tǒng)也使用冗余設計，同樣具備容錯能力。

S7-400

S7-400自動化系統(tǒng)采用模塊化設計。它擁有豐富的模塊，且這些模塊均可以獨立地組合使用。

一個系統(tǒng)包含下列組件：

• 電源模塊(PS)：
  用于將120/230 V AC 或 24 V DC電源連接至SIMATIC S7-400。
• CPU：
  針對各種性能范圍，都可以提供集成有PROFIBUS DP接口的不同CPU。視型號的不同，也可以為它們配供集成式PROFINET接口。使用PROFIBUS接口，zui多可以連接125個PROFIBUS DP從站。PROFINET接口zui多可以連接256個PROFINET IO設備。SIMATIC S7-400的所有CPU 可以處理極為大型的組態(tài)。此外，在單個*控制器的多值計算模式下，多個CPU可以協(xié)同工作，據(jù)此，可以進一步提高系統(tǒng)的性能。這些CPU 處理速度極快，具備確定性的響應時間，因此，其機器周期時間極短。
• 信號模板（SM），用于數(shù)字量（DI/DO）和模擬量（AI/AO）的輸入/輸出。
• 用于連接總線和點對點連接的通訊處理器 (CP)。
• 功能模板（FM）：
  用于諸如計數(shù)、定位和凸輪控制等高要求任務的專家級系統(tǒng)。

根據(jù)要求，也可使用下列模塊：

• 接口模板(IM)：
  用于連接*控制器和擴展單元。SIMATIC S7-400的*控制器工作時可支持多達21個擴展單元。
• SIMATIC S5 模塊：
  在相關的SIMATIC S5擴展單元中可以尋址SIMATIC S5-115U/-135U/-155U的所有輸入/輸出模塊。此外，在S5 EU 或者直接在CC（借助適配器套接件）中都有可能使用SIMATIC S5的特定IP和WF模塊。

擴展

當用戶需要在應用中使用一個以上的*控制器時，可以對S7-400進行擴展：

• zui多 21 個擴展單元：
  *控制器（CC）上zui多可以連接21個擴展單元（EU）。
• 接口模塊（IM）的連接：
  *控制器（CC）和擴展單元（EU）是通過發(fā)送接口模塊（IM）和接收接口模塊（IM）完成連接的。發(fā)送接口模塊插在*控制器（CC）上，相應的接收接口模塊則插在串行連接的擴展單元（EU）上。*控制器（CC）上zui多可以插接6個發(fā)送接口模塊（IM）（其中zui多有2個配5-V傳輸器），擴展單元（EU）上則只能插接1個接收接口模塊（IM）。每個發(fā)送接口模塊均有2個接口，每個接口均用于連接1條線路。發(fā)送接口模塊的每個接口均可以連接至多4個擴展單元（無5-V傳輸器）或者至多1個擴展單元（配5-V傳輸器）。
• 電源模塊的固定插槽：
  在*控制器（CC）和擴展單元（EU）的zui左側(cè)必須始終連接電源模塊。
• C總線受限數(shù)據(jù)交換：
  C總線數(shù)據(jù)交換僅用于*控制器（CC）和6個擴展單元（EU）
  （EU 1 - EU 6）之間。
• *擴展：
  *用于直接安裝在機床旁邊的小型裝置或者小型控制柜。也可以選擇提供5-V電源。
  • *控制器（CC）和zui后一個擴展單元（EU）之間的zui大單線距離：
    使用5 V傳輸器時為1.5 m；無5-V傳輸器時為3 m。
• 用EU進行分布式擴展：
  *用于占地面積較大、在同一個位置安裝多個擴展單元（EU）的工廠。甚至于可以使用S7-400 EU或者SIMATIC S5 EU。
• *控制器（CC）和zui后一個擴展單元（EU）之間的zui大單線距離：
  對于S7 EU為100 m，對于S5 EU為600 m。
• EG 183U
• EG 185U
• EG 186 U
• ER 701-2
• ER 701-3
• 注意 用于S5擴展單元至某個S7-400的分布式連接：
  IM 463-2可以用于S7-400的*控制器（CC），IM 314則用于S5-EU。以下S5 EU可連接S7-400：
• 通過EU 200實現(xiàn)的分布式擴展：
  *用于占地面積*的工廠。使用CPU的PROFIBUS DP接口，單條線路可以連接多達125個總線節(jié)點。*控制器與zui后一個節(jié)點之間的單線zui大距離：23 km（使用光纜）。

通訊

SIMATIC S7-400擁有不同的通信選項：

• 組合了多點接口和DP主站，集成于所有CPU中：
  用于同時連接PG/PC、HMI 系統(tǒng)、S7-200 和 S7-300 系統(tǒng)以及其它S7-400系統(tǒng)。
• 額外的PROFIBUS DP接口，集成于多種型號的CPU中，用于成本高效地連接分布式I/O系統(tǒng)（例如ET 200）。
• PROFINET CPU 上的集成式PROFINET接口，用于連接分布式I/O系統(tǒng)或者與其它控制器和PC系統(tǒng)進行通信。
• 通信處理機，用于連接PROFIBUS總線系統(tǒng)和工業(yè)以太網(wǎng)。
• 通信處理機，用于功能強大的點對點連接。

PROFIBUS DP進行過程通訊

通過S7-400-CPU的集成式PROFIBUS DP接口（可選），可以連接SIMATIC S7-400并將其作為帶有PROFIBUS DP接口的主站。

以下均可以連接為PROFIBUS DP上的主站：

• SIMATIC S7-400 (CPU, CP 443-5)
• SIMATIC S7-300 (CPU, CP 342-5 DP 或 CP 343-5)
• SIMATIC C7（通過配有PROFIBUS DP接口的C7，或者PROFIBUS DP CP）
• SIMATIC S5-115U/H、S5-135U 和 S5-155U/H，帶IM 308
• 帶 PROFIBUS DP 接口的 S5-95U
• 帶 PROFIBUS DP 接口的 SIMATIC 505

盡管配有STEP 7的PG/PC或者OP是總線上的主站，但它們僅使用也部分地通過PROFIBUS DP運行的PG和OP功能。

以下設備可作為從站連接：

• 分布式 I/O 設備，例如 ET 200
• 現(xiàn)場設備
• SIMATIC S7-200, S7-300
• C7-633/P DP, C7-633 DP, C7-634/P DP, C7-634 DP, C7-626 DP
• SIMATIC S7-400 (只有通過 CP 443-5)

使用多點接口 (MPI) 進行數(shù)據(jù)通訊

多點接口（MPI）是集成于SIMATIC S7-400的CPU內(nèi)部的一種通信接口。

它用于

• 編程和參數(shù)化
• 人機界面接口，和
• 建立涉及到對等通信伙伴的簡單網(wǎng)絡拓撲
• 可選擇的連接選項：
  MPI 可以實現(xiàn)同時連接 32 個節(jié)點：
  • PGs/PCs
  • HMI 系統(tǒng)
  • S7-200 (作為從站)
  • S7-300
  • S7-400
  • C7
• 通訊連接：
  S7-400 CPU可以同時建立多達96個連接（取決于的CPU型號）：
• 至節(jié)點，
• 至相關C總線（內(nèi)部通信總線，見后文）上的C總線節(jié)點（例如通信處理機），
• 至通過通信處理機連接的節(jié)點，例如工業(yè)以太網(wǎng)節(jié)點。此外，通信處理機必須為C總線節(jié)點。
• 內(nèi)部通訊總線(C-bus);
  使用S7-400的C總線，通過MPI或DP接口，可以尋址配有C總線接口的通信處理機和功能模塊。這可以從編程設備直接訪問在 C 總線上連接的模塊。通過接口模塊可以將 C 總線zui多轉(zhuǎn)到 6 個擴展單元。
• zui多 32 個 MPI 節(jié)點
• 數(shù)據(jù)傳輸速率高達12 Mbit/s
• MPI 的性能數(shù)據(jù)：
• 靈活的安裝選項：
  可靠的組件用于建立 MPI 通訊： 不低于PROFIBUS和“distributed I/O"產(chǎn)品系列的總線電纜、總線連接器和RS 485中繼器（12 Mbit/s）。
  使用這些組件，可以根據(jù)需求實現(xiàn)設計的*化調(diào)整。例如，任意兩個MPI節(jié)點之間zui多可以開啟9個中繼器，以橋接更大的距離。
• DP主站：
  還可將 S7-400 的 MPI 作為 DP 主站組態(tài)。此后，zui多可以連接32個zui大傳輸速率為12 Mbit/s的DP從站。據(jù)此，編程功能和人機界面功能得以保留下來

使用通信處理機的數(shù)據(jù)通信（點對點）

使用CP 441通信處理機，可以建立功能強大的點對點連接。

• 多種連接選件：例如，可以連接以下設備：
  • PC
  • SIMATIC S5/S7
  • 工業(yè)PC
  • 其他供應商提供的 PLC
  • 掃描儀、條形碼閱讀器、識別系統(tǒng)
  • 機器人控制
  • 打印機
• 可變接口：
  可更換接口模塊，據(jù)此可以使用不同的傳輸介質(zhì)進行通信：
• 20 mA (TTY)
• RS 232C (V.24)
• RS 422/485

通過 CP（PROFIBUS 或工業(yè)以太網(wǎng)）的數(shù)據(jù)通訊

通過CP 443-x通信處理機，可以將SIMATIC S7-400連接至PROFIBUS和工業(yè)以太網(wǎng)總線系統(tǒng)。

例如，可以連接以下設備：

• SIMATIC S7-200 (通過 PROFIBUS)
• SIMATIC S7-300
• SIMATIC S7-400
• SIMATIC S5-115U/H、S5-135U 和 S5-155U/H
• 編程器
• PC 機
• SIMATIC HMI 人機界面系統(tǒng)
• 數(shù)控裝置
• 機器人控制
• 工業(yè)PC
• 驅(qū)動控制器
• 其它廠商設備

S7-400H

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(qū)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(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(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，系統(tǒng)必須具有一種對稱設計。

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(xiàn)。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(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可以實現(xiàn)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(xiàn)故障。

配置選項

可進行下列配置：

• 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，且采用相同的設計（例如，均為集中式或者均為分布式）。插槽不強制規(guī)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(tài)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(tài)）。

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

S7-400F/FH

故障安全型S7-400F/FH自動化系統(tǒng)可以根據(jù)需求進行不同的組態(tài)：

S7-400F的單通道單側(cè)I/O

工廠需要使用故障安全型控制器。無需容錯。需要下列部件：

• 1 CPU 414-4H/417-4H，含 F-Runtime 許可證。
• 1 PROFIBUS DP 連接線。
• ET 200M，配有IM 153-2。
• 故障安全信號模塊，非冗余型。

在發(fā)生故障的情況下，I/O不可用。故障安全信號模塊為被動型。

單通道switched I/O，用于S7-400FH

工廠需要使用故障安全型控制器。對于 CPU 需要容錯。需要下列部件：

• 2 CPU 414-4H/417-4H，含 F-Runtime 許可證。
• 2 根 PROFIBUS DP 連接線。
• 1 個 ET 200M ，帶 2 個 IM 153-2 (冗余)。
• 故障安全信號模塊，非冗余型。

在CPU、IM 153-2或者PROFIBUS DP連接線出現(xiàn)故障的情況下，控制器仍然保持可用狀態(tài)。在故障安全信號模塊或者ET 200M出現(xiàn)故障的情況下，I/O不再可以使用。故障安全信號模塊為被動型。

冗余switched I/O，用于S7-400FH

工廠需要使用故障安全型控制器。在CPU側(cè)和I/O側(cè)，必須實現(xiàn)容錯功能。需要下列部件：

• 2 CPU 414-4H/417-4H，含 F-Runtime 許可證。
• 2 根 PROFIBUS DP 連接線。
• 2 個 ET 200M ，帶 2 個 IM 153-2 (冗余)。
• 故障安全信號模塊，冗余型。

CPU、IM 153-2或者PROFIBUS DP連接線、故障安全信號模塊或者ET 200M出現(xiàn)故障的情況下，控制器仍然保持可用狀態(tài)。

在S7-400F/FH自動化系統(tǒng)中也可以使用標準模塊。這些設備不能與故障安全型模塊在同一個ET 200M中一起使用。

通訊

*控制器和ET 200M之間與安全相關的通信和標準通信通過PROFIBUS DP實現(xiàn)。通過特別開發(fā)的PROFIsafe，可以在標準數(shù)據(jù)報文中傳輸帶有安全功能的用戶數(shù)據(jù)。無需其它硬件組件（例如安全總線）。必要的軟件已經(jīng)或者作為擴展集成在硬件組件之中，或者作為認證軟件塊重載至CPU內(nèi)。

配有絕緣模塊時的安全等級

在ET 200M中使用絕緣模塊具有以下優(yōu)點：

• PROFIBUS DP連接線可以使用銅質(zhì)總線電纜來實現(xiàn)。沒有必要使用光纖電纜。
• 可以使用每一種IM 153-x模塊。
• 在一個ET 200M中，可以混合使用工作于安全模式的故障安全信號模塊和S7-300標準模塊。

安全等級達到 SIL 2 時無需使用隔離模塊。

Functions

S7-400

提供有大量功能，支持用戶的S7-400編程、調(diào)試和維護等工作：

• 高速執(zhí)行指令。
• 用戶友好的參數(shù)賦值
• 人機界面：
  S7-400的操作系統(tǒng)已經(jīng)集成了用戶友好的OCM服務。
• 診斷功能和自測試：
  CPU的智能診斷系統(tǒng)可以連續(xù)地監(jiān)測系統(tǒng)功能并記錄錯誤和系統(tǒng)的特殊事件。
• 口令保護。
• 模式選擇開關。
• 系統(tǒng)功能。

SIMATIC S7-400 符合以下國內(nèi)和標準：

• CE 標識
• UL 認證
• CSA 認證 或 cULus 認證
• FM 認證
• ATEX 認證
• C-Tick, EMC 標記，用于澳大利亞和新西蘭
• IEC 61131-2
• 級船社資格認證
  • ABS（美國船級社）
  • BV（法國船級社）
  • DNV（挪威船級社）
  • GL（德國勞氏船級社）
  • LRS (英國勞氏船級社)
  • Class NK（日本船級社）

詳情參見"S7-400 自動化系統(tǒng) S7-400 模塊詳情"

設計

S7-400系統(tǒng)的實現(xiàn)可以使用模塊化設計，并可以簡單地忽略插槽規(guī)則。S7-400的突出特點是工作穩(wěn)定可靠，無需風扇，且其中的信號模塊支持熱插拔。

S7-400設計簡潔，使用靈活，操作極為方便：

• 模塊安裝非常簡單。
• 背板總線集成在安裝機架中
• 配有機械部件數(shù)碼編號，模塊更換極為簡便。
• 現(xiàn)場證明可靠的連接。
• TOP 連接：
  預裝配接線配有1至3針接口和螺釘端子或彈簧端子。
• 規(guī)定的安裝深度：
  所有接口和接頭都應該安裝在模塊和保護蓋板的內(nèi)部。
• 沒有槽位規(guī)則。

通訊

CPU和通信處理機支持以下通信類型：

• 過程通訊;
  對于通過總線（AS-接口、PROFIBUS DP 或者 PROFINET）實現(xiàn)循環(huán)尋址的I/O模塊（互換過程圖像）。從循環(huán)執(zhí)行級調(diào)用過程通信
• 數(shù)據(jù)通訊;
  用于自動化系統(tǒng)之間、或 HMI 站
  與多個自動化系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換。 數(shù)據(jù)通信循環(huán)地進行，也可以基于事件驅(qū)動通過塊由用戶程序發(fā)起。

數(shù)據(jù)通訊

SIMATIC S7-400擁有不同的數(shù)據(jù)通信機制：

• 使用全局數(shù)據(jù)通信（GD），實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)CPU之間數(shù)據(jù)包的循環(huán)交換。
• 借助通信功能，與伙伴完成事件驅(qū)動型通信。

網(wǎng)絡連接通過MPI、PROFIBUS或PROFINET實現(xiàn)。

全局數(shù)據(jù)(GD)

通過MPI，使用“全局數(shù)據(jù)通信"服務，聯(lián)網(wǎng)CPU彼此之間可以循環(huán)地交換數(shù)據(jù)（zui多可達 16 GD 數(shù)據(jù)包，每個循環(huán)中zui大 GD 數(shù)據(jù)包容量為 64 個字節(jié)）。據(jù)此，可以實現(xiàn)，例如，某個CPU訪問另一個CPU的數(shù)據(jù)、位存儲單元和過程圖像等信息。如果網(wǎng)絡上連接有S7-300，則數(shù)據(jù)交換的數(shù)據(jù)包限于zui大22個字節(jié)。只能通過 MPI 進行全局數(shù)據(jù)交換。使用 STEP 7 中的 GD 表執(zhí)行組態(tài)。在分段 CR2 安裝架中，兩個 CPU 可以通過使用 GD 的 C 總線通訊。

通訊功能

使用系統(tǒng)已經(jīng)集成的塊，可以建立S7/C7伙伴之間的通信服務。

這些服務是：

• S7的MPI 和 PROFIBUS基本通信
• 通過 MPI、C 總線、PROFIBUS 和 PROFINET/工業(yè)以太網(wǎng)的 S7 通訊。

使用reloadable塊，可以建立與S5伙伴和非西門子設備之間的通信服務。

這些服務是：

• 通過 PROFIBUS 和工業(yè)以太網(wǎng)進行的 S5 兼容通訊。
• 通過 PROFIBUS 和工業(yè)以太網(wǎng)進行的標準通訊（通過 PROFIBUS/工業(yè)以太網(wǎng)進行的開放式用戶通訊）。

與全局數(shù)據(jù)不同的是，對于通信功能，必須為其建立通信連接。

集成到 IT 領域中

借助自動化工程組態(tài)，使用S7-400，可以更加方便地接入現(xiàn)代化的信息技術世界。使用插件CP 443-1 Advanced，可以實現(xiàn)以下功能：

• 使用任何HTML工具，創(chuàng)建自己的Web網(wǎng)頁。方便地將S7-400的過程變量賦給HTML對象。
• 通過這些網(wǎng)頁使用標準瀏覽器監(jiān)控S7-400。
• 通過FC調(diào)用，從S7-400的用戶程序中發(fā)送電子郵件。
• 通過撥號網(wǎng)絡（例如ISDN），使用TCP/IP的WAN特性實現(xiàn)遠程編程。

S7-400 PROFINET CPU集成有Web服務器。因此，標準Web瀏覽器可以讀出S7-400站中的信息：

• CPU 一般信息
• 診斷緩沖區(qū)的內(nèi)容
• 變量表
• 標簽狀態(tài)
• 模塊的狀態(tài)
• 報文
• 工業(yè)以太網(wǎng)的相關信息
• OUC 連接的診斷
• PROFINET 節(jié)點的拓撲結(jié)構(gòu)
• 通過用戶網(wǎng)頁可顯示過程數(shù)據(jù)及用戶數(shù)據(jù)

Web 服務器之中的安全機制可用，也可使用用戶權(quán)利并支持 HTTPS 協(xié)議。

等時同步模式

使用系統(tǒng)功能“等時同步模式"，可以同步耦合

• 分布式信號采集、
• 信號傳輸和
• 程序執(zhí)行

等時 PROFIBUS 和 PROFINET的循環(huán)周期

創(chuàng)建了自動化解決方案，可以以固定間隔時間（常量總線周期時間）捕捉并處理輸入和輸出信號。同時創(chuàng)建了前后*的部分過程圖像。

借助常量總線周期時間和分布式I/O同步信號處理技術，S7-400確保可以精確地重現(xiàn)規(guī)定的過程響應時間。

為等時同步模式系統(tǒng)功能提供了極為豐富的支持組件，可以處理運動控制、測量值采集和高速控制等領域的苛刻任務。

在分布式自動化解決方案中，目前的SIMATIC S7-400開始涉足重要的高速加工處理應用領域，并確保可以獲得zui高的精度和可重現(xiàn)性。這意味著可以以穩(wěn)定的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品不斷地擴大生產(chǎn)數(shù)量。

在運行模式更改硬件組態(tài)（運行時組態(tài)，CiR）

使用SIMATIC S7-400，在工廠運轉(zhuǎn)期間，無需重新啟動設備，就可以實現(xiàn)硬件組態(tài)的更改。例如，可以實現(xiàn)以下工作：

• 添加分布式I/O節(jié)點（PROFIBUS DP 或者 PA從站），和
• 為 ET 200M I/O 系統(tǒng)添加模塊或者重新參數(shù)化系統(tǒng)內(nèi)的模塊。

CiR，即運行時組態(tài)，可以在設備運轉(zhuǎn)期間完成設備的擴展和轉(zhuǎn)換工作，進一步降低了設備調(diào)試和加工重組所需要的時間。此外，該系統(tǒng)功能還可以靈活地響應加工工藝的更改（例如，加工工藝的優(yōu)化），因為沒有必要因硬件組態(tài)的更改對設備進行重新初始化或者同步等工作。

模塊的診斷和過程監(jiān)視

SIMATIC S7-400的大量輸入/輸出模塊都具有智能功能：

• 監(jiān)視信號(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)可以用來判斷模塊的信號采集（針對數(shù)字量模塊）或者模擬量處理（針對模擬模塊）是否正工作于*狀態(tài)。在診斷分析中，必須區(qū)分可參數(shù)化和非參數(shù)化診斷消息：

• 可參數(shù)賦值的診斷報文：
  僅由合適的設定參數(shù)啟用之后才會發(fā)出診斷消息。
• 非參數(shù)化診斷消息：
  這些消息的發(fā)出是一個常規(guī)事件，即該過程與參數(shù)化無關。

如果某個診斷消息處于激活狀態(tài)（例如“無傳感器輸入"），則模塊會發(fā)起一個診斷中斷（若已經(jīng)為該診斷消息設置了參數(shù)，則僅在相應的參數(shù)化過程之后才會產(chǎn)生中斷）。CPU會中斷用戶程序或較低優(yōu)先級任務的執(zhí)行，并接下來執(zhí)行相關的診斷中斷塊（OB 82）。通過硬件中斷可以監(jiān)控過程信號，并且，可以觸發(fā)針對信號變化的響應。

根據(jù)模塊類型的不同，可以使用各種不同的診斷消息：

硬件中斷

通過硬件中斷可以監(jiān)控過程信號，并且，可以觸發(fā)針對信號變化的響應。

• 數(shù)字量輸入模塊：
  根據(jù)參數(shù)設置的不同，針對每個通道組，當信號狀態(tài)發(fā)生改變時，模塊都可以發(fā)起硬件中斷，觸發(fā)沿可以選用上升沿、下降沿或者混合使用上升沿和下降沿。CPU會中斷用戶程序或較低優(yōu)先級任務的執(zhí)行，并接下來執(zhí)行相關的診斷中斷塊（OB 40）。信號模塊可以緩沖一次中斷/通道。
• 模擬量輸入模塊：
  通過上限值和下限值的參數(shù)值，可以設定其工作范圍。模塊將數(shù)字化測量值與這些極限值進行比較。當測量值違反了其中任何一個限定值時，就會觸發(fā)硬件中斷。CPU會中斷用戶程序或較低優(yōu)先級任務的執(zhí)行，并接下來執(zhí)行相關的診斷中斷塊（OB 40）。如果極限高于/低于過量程/欠量程，則無法進行比較。

S7-400H

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(fā)生故障時，憑借其多達4個的冗余連接，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(shù)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(tǒng)"）。

取決于對可用性的需求，可以使用不同的組態(tài)選項：

• 單一總線或冗余總線。
• 線型拓撲和環(huán)型拓撲總線。

工作模式

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（控制轉(zhuǎn)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(fā)生時的無重啟自動切換功能）。根據(jù)該原理，在*運行期間，兩個子單元都處于工作狀態(tài)。當故障發(fā)生時，未出現(xiàn)故障的設備將獨立地接管過程控制。

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

在控制轉(zhuǎn)移期間，設備自動地使用

• 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)，例如定時器、計數(shù)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(xiàn)故障時獨立地繼續(xù)執(zhí)行控制功能。

I/O 工作于冗余模式時，其結(jié)果將是：

• 在*的工作期間，兩個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(jié)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(xiàn)了故障，例如輸入模塊中有一個或者兩個均出現(xiàn)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(xiàn)故障的模塊繼續(xù)工作。聯(lián)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(xiàn)兩個子單元的同步。

S7-400H采用“事件驅(qū)動同步"技術。

同步操作伴隨著導致兩個子單元內(nèi)部狀態(tài)出現(xiàn)差異的每個事件而進行。這些事件的發(fā)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(shù)據(jù)。

同步由操作系統(tǒng)自動完成，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(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循環(huán)。每個循環(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，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(jié)束部分調(diào)用這兩個功能塊。

自STEP 7 V5.3起，該庫作為標準組件已經(jīng)集成在STEP 7中。

S7-400F/FH

S7-400F/FH 滿足下列安全要求：

• 安全級別為AK 1 至 AK 6，符合標準DIN V 19250/DIN V VDE 0801的要求。
• 安全需求級別為SIL 1 - SIL 3，符合標準IEC 61508的要求。
• 符合安全標準EN 954-1的類別1-4。

工作模式

S7-400F/FH的安全功能包含在CPU的F程序中，并且位于故障安全信號模塊之內(nèi)。

信號模塊采用差異分析方法和測試信號注入技術實現(xiàn)輸出和輸入信號的監(jiān)控。

借助周期性自檢、指令檢測、程序邏輯檢測和程序順序流檢測等方法，CPU可以檢測控制器是否工作正常。此外，通過“活躍標志（sign-of-life）"請求，還可以對I/O進行檢測。

若判定系統(tǒng)中存在故障，則將該系統(tǒng)切換至安全狀態(tài)。

F-Runtime *

F-Runtime許可證加載至CPU 417-4H之后，S7-400F/FH才能工作。每個S7-400F/FH均需要一個許可證。

編程

S7-400F/FH 的編程方法同其他 SIMATIC S7 編程方法相同。使用現(xiàn)場實證過的編程工具，例如STEP 7，創(chuàng)建用于非故障安全工廠區(qū)段的用戶程序。

S7 F 系統(tǒng)選項軟件包

編制安全相關的程序段時，選項軟件包“S7 F Systems"*。該軟件包含有創(chuàng)建F程序所需要的全部功能和塊。PG/PC上加載了以下軟件包之后，S7 F系統(tǒng)才能運行：

• STEP 7 V5.1 以上
• CFC，V5.23及以上版本
• S7-SCL，V5.1 SP 1及以上版本
• S7 H Systems V5.1（可選，用于S7-400FH）

對于含安全功能的F程序，使用CFC調(diào)用F庫中的功能塊，且這些功能塊可能彼此互相調(diào)用。使用CFC，可以簡化工廠的組態(tài)和編程工作，且，可以在整個工廠范圍內(nèi)使用*性表達，從而也簡化了驗收測試工作。無需借助額外的功具，程序員就可以*專注于編制安全相關的應用程序。