S7-400特殊应用探讨

1.S7-400H冗余型PLC

西门子的S7 Software Redundancy（S7软件冗余）可选软件可以在S7-300/400标准系统上运行。生产过程出现故障时，在几秒钟内切换到替代系统，可以用于水厂水处理系统或交通流量控制系统等场合。

CPU 414-4H和CPU 417-4H用于S7-400H容错式自动控制系统和S7-400F/FH安全型自动控制系统。S7-400H是一种冗余的PLC，采用双机热备用的硬件，从而避免生产的停机危险。S7-400H有通过光纤连接的两个并行的CPU，并通过冗余的PROFIBUS-DP线路对冗余I/O进行控制。两个CPU执行相同的用户程序，这样可以确保两个子控制器同步地更新内容，任意一个子系统出现故障时，无扰动地自动切换。无故障时两个子单元都处于运行状态，如果出现故障，正常工作的子单元能独立完成整个过程的控制。

通过冗余的PROFIBUS-DP网络连接ET 200M（见图2-11），冗余接口由两个标准IM 153-2总线模块组成。可以通过一个冗余DP/PA链接器连接PROFIBUS-PA网络，也可以通过Y形链接器在冗余PROFIBUS中连接非冗余设备。

冗余控制的系统切换时间小于100ms，通常小于20～30ms，采用西门子专利的事件同步方式进行同步。同步事件包括过程映象区更新、I/O直接访问、中断、报警、更新定时器、使用通信功能时的数据改变。

2.S7-400F/FH故障安全型PLC

S7-400F/FH安全型自动化系统适用于对安全性要求很高的系统，控制过程（直接关闭某些输出）应尽量减少对人和环境产生的危害。增强的安全功能由F CPU中与安全有关的用户程序和故障安全I/O模块（F模块）提供。ET 200M和ET 200S可以使用故障安全的数字量模块。

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图2-11 冗余控制系统

S7-400F是安全型自动化系统，如果在系统中出现故障，生产过程转为安全状态，并执行中断。S7-400FH是安全及容错自动化系统，如果系统出现故障，冗余控制使生产过程能继续执行。F CPU的安全功能包含在CPU的F程序中和包含在故障安全信号模块中。信号模块通过差异分析监视输入和输出信号。CPU通过自检、指令测试和顺序程序流控制来监视PLC的运行。通过请求信号检查I/O，如果系统诊断出一个错误，则转入安全状态。

必须将F运行许可证安装到S7-400F/FH的CPU，每个F CPU需要一个F运行授权。

中央控制器和ET 200M之间的安全型通信和标准通信通过FROFIBUS进行，故障安全型CPU使用内置的DP接口和PROFIsafe协议，安全型功能的数据和标准报文帧一起传送。

3.多CPU处理

多CPU处理运行是指在S7-400中央机架上，最多4个具有多CPU处理能力的CPU同时运行。这些CPU自动地、同步地变换其运行模式。它们同时启动，同时进入STOP模式，这样可以同步地执行控制任务。如果整个系统由多个不同的部分组成，并且这些部分可以很容易地彼此拆开并且可以单独控制，则各CPU分别处理不同的部分，每个CPU访问分配给它的模块。通过通信总线，CPU彼此互联。