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S7-400
大量功能可支持用户对 S7-400 进行编程、调试和维护:
- 高速指令执行。
- 用户友好的参数分配
- 人机界面:
S7-400 的操作系统中集成了用户友好的 OCM 服务。 - 诊断功能和自检:
CPU 的智能诊断系统可连续检查系统功能并记录错误和特定系统事件。 - 密码保护。
- 模式选择开关
- 系统功能
SIMATIC S7-400 符合以下国内和标准:
- CE 标志
- UL 认证
- CSA 认证 或 cULus 认证
- FM 认证
- ATEX 认证
- C-Tick、EMC 标记,适用于澳大利亚和新西兰
- IEC 61131-2
- 船级社的船用认证
- ABS(美国船级社)
- BV(法国船级社)
- DNV(挪威船级社)
- GL(德国劳氏船级社)
- LRS(英国劳氏船级社)
- Class NK(日本船级社)
有关详细信息,请参见手册《S7-400 自动化系统 S7-400 模块技术规格》。
设计
S7-400 系统可方便地构建为模块化系统。S7-400 的突出特点是不带风扇,运行可靠,支持信号模块的热插拔。
S7-400 设计简洁,使用灵活,操作极为方便:
- 模块安装十分简单。
- 背板总线集成在安装机架中。
- 模块更换简单,不会将模块相互混淆
- 成熟可靠的连接技术
- TOP Connect 连接方式:
通过 1 芯到 3 芯接头和螺钉型或弹簧型端子进行预接线。 - 规定的安装深度:
所有接头和连接器都应该嵌入到模块内并通过盖板来保护。 - *小限度的插槽规则
通信
CPU 和通信处理器支持以下通信类型:
- 过程通信;
通过总线(AS-Interface、PROFIBUS DP 或 PROFINET)对 I/O 模块进行循环寻址(交换过程映像)。从循环执行级调用过程通信 - 数据通信;
在自动化系统之间或 HMI 与多个自动化系统之间
进行数据交换。数据通信可循环进行,或在发生特定事件时通过块从用户程序调用。
数据通信
SIMATIC S7-400 拥有不同的数据通信机制:
- 通过全局数据通信 (GD) 实现联网的 CPU 之间的数据包循环交换。
- 通过通信功能进行事件驱动型通信。
通过 MPI、PROFIBUS 或 PROFINET 实现网络连接。
全局数据 (GD)
通过 MPI 以及“全局数据通信”服务,联网的 CPU 可以相互循环交换数据(*多可达 16 个 GD 数据包,每个循环的 GD 数据包大小为 64 字节)。例如,CPU 可以访问另一个 CPU 的数据/位存储器/过程映像。若网络上连接有 S7-300,则数据交换限制为 22 字节。全局数据通信可通过 MPI 来实现。可使用 STEP 7 来执行组态。在分段式 CR2 安装机架中,两个 CPU 可以使用 GD 并通过 C 总线通信。
通信功能
通过系统内集成的块,可以建立与 S7/C7 伙伴之间的通信服务。
这些服务包括:
- 通过 MPI 和 PROFIBUS S7 进行的 S7 通信。
- 通过 MPI、C 总线、PROFIBUS 和 PROFINET/工业以太网进行的 S7 通信。
通过可加载的块,可以建立与 S5 通信伙伴和西门子设备之间的通信服务。
这些服务包括:
- 通过 PROFIBUS 和工业以太网进行的 S5 兼容通信。
- 通过 PROFIBUS 和工业以太网进行的标准通信(通过 PROFIBUS/工业以太网进行的开放式用户通信)。
与全局数据不同的是,必须建立通信连接才能实现通信功能。
集成到 IT 环境中
通过 S7-400,可方便地将现代 IT 环境与自动化环境链接。使用插入式 CP 443-1 Advanced,可以实现下列功能:
- 使用任何 HTML 工具创建自己的 Web 页面。方便地将 S7-400 的过程变量分配给 HTML 对象。
- 使用标准浏览器并通过这些 Web 页面监控 S7-400。
- 通过 FC 调用,从S7-400 的用户程序发送电子邮件。
- 由于 TCP/IP 具有的 WAN 特性,可进行远程编程,甚至可通过电话网(如ISDN)。
带有 PROFINET 接口的 S7-400-H CPU 配有集成式 Web 服务器。因此,可以使用标准 Web 浏览器读出 S7-400 站的信息:
- CPU 常规信息
- 诊断缓冲区的内容
- 变量表
- 变量状态
- 模块状态
- 消息
- 有关工业以太网的信息
- OUC 连接诊断
- PROFINET 节点拓扑
- 通过用户定义的 Web 页面显示过程数据和用户数据
可通过使用用户权限并支持 HTTPS 协议在 Web 服务器内提供安全机制。
等时同步模式
通过等时同步模式系统功能,可通过连接到等时同步 PROFIBUS 和 PROFINET 的循环,以实现:
- 分布式信号采集
- 信号传输
- 程序执行
创建自动化解决方案,以恒定间隔时间(恒定总线周期时间)来捕捉并处理输入和输出信号。同时创建一致的部分过程图像。
借助于恒定总线周期时间和分布式 I/O 同步信号处理,S7-400 可确保精确重现定义的的过程响应时间。
提供了大量支持等时同步模式系统功能的组件,可用来处理运动控制、测量值采集和高速控制等领域内的要求苛刻的任务。
在分布式自动化解决方案中,SIMATIC S7-400 还将开辟高速处理操作的重要领用领域,并可实现精度和可重现性。这意味着可在提供*佳且恒定的质量的同时提高产量。
在运行模式下更改硬件组态(运行时组态,CiR)
通过 SIMATIC S7-400,在工厂运转期间可以实现硬件组态的更改,不会影响生产的进行。选项包括:
- 增加分布式 I/O 节点(PROFIBUS DP 或 PA 从站)
- 在 ET 200M I/O 系统中增加模块并重新设置参数。
CiR(即运行时组态)功能可在设备运行期间实现设备扩展和转换,从而降低设备调试和重新装备的时间。此外,通过该系统功能,还可以灵活响应工艺的变化(例如,工艺的优化),因为不必因硬件组态发生改变而将设备初始化或同步。
模块的诊断和过程监控
SIMATIC S7-400 的众多输入/输出模块具有智能功能:
- 监控信号采集(诊断)
- 监控来自过程的信号(硬件中断)
诊断
智能诊断系统可用来确定模块的信号采集(对于数字量模块)或者模拟量处理(对于模拟量模块)是否正常工作。在诊断分析中,必须区分可参数化和不可参数化的诊断消息:
- 可参数化的诊断消息:
仅当通过适当参数设置启用之后,才会发送诊断消息。 - 不可参数化的诊断消息:
这些消息是自动发送的,即与参数设置无关。
如果某个诊断消息处于激活状态(例如,“无传感器输入”),则该模块会触发一个诊断中断(如果已为该诊断消息设置了参数,则仅在相应的参数设置之后才会触发中断)。CPU 将中断用户程序或低优先级任务的处理,并处理相关诊断中断块 (OB 82)。通过硬件中断可以监控过程信号,并且可以触发对信号变化的响应。
根据模块类型的不同,提供了各种不同诊断消息:
数字量输入/输出模块 | |
诊断消息 | 可能的故障原因 |
无传感器电源 |
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无外部辅助电压 |
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无内部辅助电压 |
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熔断器烧断 |
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模块中的参数不正确 |
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时间看门够脱落 |
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EPROM 故障 |
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RAM 故障 |
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硬件中断丢失 |
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模拟量输入模块 | |
诊断消息 | 可能的故障原因 |
无外部负载电压 |
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组态/参数设置错误 |
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共模错误 |
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断线 |
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低于量程下限 |
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高于量程上限 |
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模拟量输出模块 | |
诊断消息 | 可能的故障原因 |
无外部负载电压 |
|
组态/参数设置错误 |
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对 M 短路 |
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断线 |
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硬件中断
可以监控过程信号,并且可通过过程中断触发对信号变化的响应。
- 数字量输入模块:
根据具体参数设置,该模块可在信号状态变化的上升沿、下降沿或上升沿和下降沿上为每个通道组触发硬件中断。CPU 中断用户程序或低优先级任务的处理,并处理相关过程中断块(例如,OB 40)。信号模块可以每个通道缓冲一个中断。 - 模拟量输入模块:
通过设置上限值和下限值,可以定义工作范围。模块将数字化测量值与这些限值进行比较。若测量值违反其中任何一个限值,就会触发硬件中断。CPU 中断用户程序或低优先级任务的处理,并处理相关过程中断块(例如,OB 40)。若限值高于/低于过量程/欠量程值,则不进行进行比较。
S7-400H
容错通信
进行高可用性通信时,SIMATIC 将提供以下功能:
- 更高可用性:
发生故障时,通信可通过*多 4 个冗余连接继续进行。 - 操作简便;
高可用性对用户来说并不是透明的。可以并经过任何改动而采用标准通信的用户程序。冗余功能仅在参数设置阶段进行定义。
S7-400H(冗余和非冗余配置)和 PC 目前支持容错通信。在 PC 上,需要安装 Redconnect 程序包(参见“SIMATIC NET 通信系统”)。
根据具体可用性要求,可使用不同组态选项:
- 单一总线或冗余总线。
- 总线型拓扑或环型拓扑总线。
操作模式
CPU 417-5H/416-5H/414-5H/412-5H 的操作系统可自主执行 S7-400H 的所有必要额外功能:
- 数据交换
- 故障响应(故障转移至备用设备)
- 两个子单元的同步
- 自检
冗余原理
S7-400H 按“热备份”模式下的主动冗余原理工作(发生故障时执行无反应的自动切换)。根据该原理,在无故障运行期间,两个子单元都处于激活状态。发生故障时,未发生故障的设备独自接管过程控制。
为确保平稳接管,必须通过中央控制器链路实现高速、可靠的数据交换。
在故障转移期间,设备会自动保留:
- 相同的用户程序
- 相同的数据块
- 相同的过程映像内容
- 相同的内部数据,如定时器、计数器、位存储器等
这意味着,这两个设备始终保持在*新状态,并且可以在出现故障时独立地继续执行控制。
采用冗余 I/O 操作时,这会带来以下结果:
- 在无故障的运行期间,两个模块均处于激活状态,例如在采用冗余输入时,将通过两个模块读取共用传感器(也可以是两个传感器)的信号,对结果进行比较并提供给用户以作为用于进一步处理的统一值。采用冗余输出时,由用户程序计算的值通过两个模块进行输出。
- 发生故障时(例如,两个输入模块出现故障),不再对有故障的模块寻址,发生故障信号,仅未受影响的模块继续运行。在线进行修复之后,将再次对两个模块寻址。