具有冗余设计的高可用型自动化系统。
用于具有很高故障安全要求的应用:
重新启动成本很高、停产代**昂、几乎不需要监视且维护选项较少的过程。
冗余的集中功能。
提高 I/O 的可用性:切换式 I/O 配置。
也可作为标准 I/O 使用:单侧配置。
热备用:发生故障时,可自动切换到备用设备。
采用两个独立机架或一个分开的*设备的配置
通过冗余 PROFIBUS DP 和/或 PROFINET 来连接切换式 I/O。
在自动化技术的许多领域中,有关可用性、自动化系统故障安全的要求一直在提高。在许多领域,设备停机可能造成为高昂的费用。这里,只有冗余系统才能满足其可用性要求。
SIMATIC S7-400H 所具有的容错性可以满足这些要求。即使在一个或多个故障导致部分控制器失灵时也能继续运行。因此实现了其可用性,这样 SIMATIC S7-400H 及其适合用于以下应用领域:
控制器故障后,过程重新启动将会导致很高成本(通常在过程工业中)。
停机时间很宝贵的过程。
涉及贵重材料的过程(例如在制药工业中)。
无人监管的应用。
涉及减少维护人员的应用。
订货数据
S7-400H 部件订货数据可在“S7-400/S7-400H/S7-400F/FH”下的相应模块找到。
SIMATIC S7-400H 由以下组件组成:
2 个中央控制器:
2 个单独的 UR1/UR2 中央控制器,或一个分隔式中央控制器 (UR2-H) 上的 2 个区域。
每个中央控制器有 2 个模块,用于通过光缆连接两个设备。
每个中央控制器 1 个 CPU 412-5H、1 个 CPU 414-5H、1 个 CPU 416-5H 或 1 个 CPU 417-5H。
中央控制器中具有 S7-400 I/O 模块。
UR1/UR2/ER1/ER2 扩展单元和/或带有 I/O 模块的 ET 200M 分布式 I/O 设备。
核心功能始终采用冗余设计。
I/O 可以组态为普通型或网管型。
在单侧组态中,I/O 模块为单通道设计,并且仅由两个中央控制器中的一个进行寻址。单侧 I/O 模块可插入
中央控制器和/或
扩展单元/分布式 I/O 设备
。
如果寻址 I/O 的设备正常工作,则从一侧读取的信息始终可供两个中央控制器使用。发生故障时,受影响的中央控制器的 I/O 模块将停止工作。
使用单侧组态:
不需要很高可用性的工厂部分。
用于连接基于用户程序的冗余 I/O。此时,系统必须对称设置。
在网管型组态中,I/O 模块为单通道设计,但由两个中央控制器通过冗余 PROFIBUS DP 寻址。网管型 I/O 模块可插入
ET 200M 分布式 I/O 设备
。
操作系统版本 V3.1 或高版本支持 I/O 冗余。
冗余 I/O 模块成对冗余组态。使用冗余 I/O 可以实现大的可用性,因为通过这种方式,可以承受 CPU、PROFIBUS 或信号模块出现故障。
只有通过 PROFIBUS DP 连接的系统,才支持系统侧冗余 I/O。如果要操作连接到 PROFINET 的 I/O 模块,可以通过用户程序完成。
组态选项
支持以下组态:
单侧 DP 从站采用冗余 I/O
网管型 DP 从站采用冗余 I/O
合适的 I/O 模块
相互冗余的模块必须具有相同的类型和设计(例如,都是集中式或都是分布式)。对插槽没有规定。但是,出于可用性原因,建议在不同的站中使用。关于可以使用的模块,请咨询系门子客户支持部门或参阅相关手册。
功能模块 (FM) 和通信处理器 (CP) 可以在两种不同的组态中冗余使用:
网管型冗余组态:
FM/CP 可以双重连接到单独的 ET 200M 或一个网管型 ET 200M。
双通道冗余组态:
可将 FM/CP 插到两个子单元中或插到与子单元相连的扩展单元中(参见单侧组态)。
模块冗余以不同的方式实现:
由用户编程:
在功能模块和 SIMATIC CP 上,冗余功能通常可由用户编程。确定活动模块并检测可能的故障以启动切换。所需程序对应于具有冗余 FM/CP 的单个 CPU 的程序:
操作系统直接支持。
对于 SIMATIC NET-CP 443-1,操作系统直接支持冗余。有关详细信息,请参见“通信”部分。
带有容错通信功能的SIMATIC提供了一种新的通信类型,该通信类型具有以下特点:
可用性高:
发生故障时,凭借其多达4个的冗余连接,可以继续通信。必要的切换工作对于用户来说是透明的。
工作简单;
容错处理对于用户也是透明的。可使用用于标准通讯的用户程序,*修改。冗余功能的定义仅需在参数化阶段就可以完成。
容错通讯目前由 S7-400H(冗余和非冗余配置)和 PC 所支持。对于 PC 来说,需要使用 Redconnect 软件包(参见“SIMATIC NET 通讯系统”)。
取决于对可用性的需求,可以使用不同的组态选项:
单一总线或冗余总线。
线型拓扑和环型拓扑总线。
CPU 417-4H、CPU 414-4H 和 CPU 412-3H 的操作系统可自主执行 S7-400H 的所有必要附加功能:
数据交换
故障响应(控制转换给备用设备)
两个子设备的同步
自检
冗余原理
S7-400H的工作符合“热备份”模式的主动冗余原理(支持故障发生时的无重启自动切换功能)。根据该原理,在无故障运行期间,两个子单元都处于工作状态。当故障发生时,未出现故障的设备将独立地接管过程控制。
为了确保平稳的控制接管,必须通过中央控制器链路实现高速、可靠的数据交换。
在控制转移期间,设备自动地使用
相同的用户程序
相同的数据块
相同的过程图像内容
相同的内部数据,例如定时器、计数器、位存储单元等
这意味着,这两个设备的新操作始终完全一样,并可以在出现故障时独立地继续执行控制功能。
I/O 工作于冗余模式时,其结果将是:
在没有故障的工作期间,两个模块均处于工作状态,即,在存在冗余输入的情况下,例如通过两个模块读入的共用传感器(也可以设置两个传感器)的信号,会对其结果进行比较,以将一致性的值提供给用户以进一步处理。对于冗余输出来说,由用户程序计算出的值通过两个模块来输出。
如果出现了故障,例如输入模块中有一个或者两个均出现了故障,则不再寻址故障模块,且对故障进行报告处理,此后,仅使用未出现故障的模块继续工作。联机修理工作完成之后,又可以寻址两个模块。
对于无重启切换,必须实现两个子单元的同步。
S7-400H采用“事件驱动同步”技术。
同步操作伴随着导致两个子单元内部状态出现差异的每个事件而进行。这些事件的发生情况例如有:
直接访问 I/O
中断、报警
新用户时间,或
使用通信功能改数据。
同步由操作系统自动完成,程序编制期间*处理。
自检
S7-400H 可执行大量自检。这涉及到以下部分的检测工作:
中央控制器的连接。
CPU
处理器/ASIC
存储器
每个检测到故障都将被报告。
启动时自检
启动时,每个子单元都会完整地执行全部自检功能。
循环工作期间的自检
完整的自检需要多个循环。每个循环仅执行一小部分的自检,因此,施加至物理控制器上的负荷很小。
S7-400H 的编程与 S7-400 相类似。所有可用的 STEP 7 功能都可以使用。
对 S7-400H 进行编程需要使用 STEP 7 V5.2。
I/O模块的组态
硬件组态时,用户必须通过HW Config明确地指出彼此相互冗余的模块。这仅需指出需要工作于冗余模式的模块和需要作为“冗余伙伴”的二个模块。在用户程序中,程序编制时使用地址低的那个模块。二个地址对用户来说不可见,无论是冗余还是非冗余I/O,控制部分的编程工作都完全相同。与非冗余I/O一的差别是,冗余I/O程序有两个块库中的功能块(RED_IN 和 RED_OUT),且在用户程序的起始和结束部分调用这两个功能块。
自STEP 7 V5.3起,该库作为标准组件已经集成在STEP 7中。
S7-200PLC中断源的类型介绍
S7-200设置了中断功能,用于实时控制、高速处理、通信和网络等复杂和的控制任务。中断就是终止当前正在运行的程序,去执行为立即响应的信号而编制的中断服务程序,执行完毕再返回原先被终止的程序并继续运行。
中断源即发出中断请求的事件,又叫中断事件。为了便于识别,系统给每个中断源都分配一个编号,称为中断事件号。S7-200系列可编程控制器多有34个中断源,分为类:通信中断、输入/输出中断和时基中断。
(1)通信中断
在自由口通信模式下,用户可通过编程来设置波特率、奇偶校验和通信协议等参数。用户通过编程控制通讯端口的事件为通信中断。
(2)I/O中断
I/O中断包括外部输入上升/下降沿中断、高速计数器中断和高速脉冲输出中断。S7-200用输入(I0.0、I0.1、I0.2或I0.3)上升/下降沿产生中断。这些输入点用于捕获在发生时必须立即处理的事件。高速计数器中断指对高速计数器运行时产生的事件实时响应,包括当前值等于预设值时产生的中断,计数方向的改变时产生的中断或计数器外部复位产生的中断。脉冲输出中断是指预定数目脉冲输出完成而产生的中断。
(3)时基中断
时基中断包括定时中断和定时器T32/T96中断。定时中断用于支持一个周期性的活动。周期时间从1毫秒至255毫秒,时基是1毫秒。使用定时中断0,必须在SMB34中写入周期时间;使用定时中断1,必须在SMB35中写入周期时间。将中断程序连接在定时中断事件上,若定时中断被允许,则计时开始,每当达到定时时间值,执行中断程序。定时中断可以用来对模拟量输入进行采样或定期执行PID回路。定时器T32/T96中断指允许对定时间间隔产生中断。这类中断只能用时基为1ms的定时器T32/T96构成。当中断被启用后,当前值等于预置值时,在S7-200执行的正常1毫秒定时器新的过程中,执行连接的中断程序。
保护接地。可采取用不小于10mm2的保护导线接好配电板的保护地;相邻的控制柜也应良好接触并与地可靠连接。同时要做好防雷保护接地,通常可采取总线电缆使用屏蔽电缆且屏蔽层两端接地,或模拟信号电缆采取两层屏蔽,外层屏蔽两端接地等措施。另外,为防止感应雷进入系统,可采用浪涌吸收器。
(3)做好。信号的屏蔽非常关键,一般可采取屏蔽电缆传送模拟信号。注意对多个模拟信号共用一根多芯屏蔽电缆或用两种屏蔽电缆传送时,信号间一定要做好屏蔽。而且电缆的屏蔽层一端(一般在控制柜端)要可靠接地。
(4)当现场没有或无法设置硬点时,可在操作界面上采取软按键的方法解决走向选择或控制方式选择等问题。此外,与变频器、智能仪表等的连接,好还是采用信号线直接相连的方式。
(5)应合理配置PLC的使用环境,提高系统抗干扰能力。具体采取的措施有:远离高压柜、高频设备、动力屏以及高压线或大电流动力装置;通信电缆和模拟信号电缆尽量不与其他屏 (盘)或设备共用电缆沟;PLC柜内不用荧光灯等。另外,PLC虽适合工业现场,但使用中也应尽量避免直接震动和冲击、阳光直射、油雾、雨淋等;不要在有腐蚀性气体、灰尘过多、发热体附近应用;避免导电性杂物进入控制器。
三 调试要点及注意事项
(1)常规检查。在通电之前要耐心细致地作一系列的常规检查(包括接线检查、绝缘检查、接地电阻检查、保险检查等),避免损坏PLC模块(用STEP7的诊断程序对所有模块进行检查)。
(2)系统调试。系统调试可按离线调试与在线调试两阶段进行。其中离线调试主要是对程序的编制工作进行检查和调试,采用STEP7能对用户编制程序进行自动诊断处理,用户也可通过各种逻辑关系判断编制程序的正误。而在线调试是一个综合调试过程,包括程序本身、线路、设备以及所控设备等的调试。在线调试过程中,系统在状态下运行,可随时发现问题、随时解决问题,从而使系统逐步完善。因此,一般系统所存在的问题基本上可在此过程中得到解决。
在线调试设备开停时,必须先调试空开关的运行情况;如果设备设有运行监视开关,则可把监视开关强制为"1"(正式运行时,撤销强制)。调试单台设备时可针对性地建立该设备的变量表,对该设备及其与该设备相关的变量进行实时监视。这样既可判断逻辑操作是否正确,对模拟量的变化也可一目了然。比如调试电动执行器时,可建立一变量表,对执行器的位置信号、限位信号、过力矩信号及输出命令信号等进行实时监视,便可非常直观地观测执行器的动作情况。
(3)S7-300 PLC模拟量模块可通过变换信号类型卡支持各种类型信号。当改造老生产工艺线时,不可避免地会遇到多类信号。因此,设计时好不把几种信号接到同一模块;同时必须先组态好模块,再接信号线,检查无误后送电。此外,应避免两线制与四线制信号、电流与电压信号的混接,以免烧坏模块。
(4)一般变送器的负载能力为600Ω,而模拟量输入模块的抗阻各不相同(一般在250Ω以下)。如果回路内设安全栏,必须注意抗阻的匹配;模拟量输出模块的负载能力为600Ω,一般
执行器的负载能力为250Ω;如线路较长,也存在抗阻匹配问题。此外,要加强信号的隔离,特别是要加强与支流调速装置、变频调速装置及设备配套的小型PLC之间的信号隔离,防止相互干扰。
西门子S7-1200系列订货数据
6ES7211-1BE31-0XB0 CPU 1211C AC/DC/Rly,6输入/4输出,集成2AI
6ES7211-1AE31-0XB0 CPU 1211C DC/DC/DC,6输入/4输出,集成2AI
6ES7211-1HE31-0XB0 CPU 1211C DC/DC/Rly,6输入/4输出,集成2AI
6ES7212-1BE31-0XB0 CPU 1212C AC/DC/Rly,8输入/6输出,集成2AI
6ES7212-1AE31-0XB0 CPU 1212C DC/DC/DC,8输入/6输出,集成2AI
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6ES7215-1AG31-0XB0 CPU 1215C DC/DC/DC,14输入/10输出,集成2AI/2AO
6ES7215-1HG31-0XB0 CPU 1215C DC/DC/Rly,14输入/10输出,集成2AI/2AO
6ES7211-1BE40-0XB0 CPU 1211C AC/DC/Rly,6输入/4输出,集成2AI
6ES7211-1AE40-0XB0 CPU 1211C DC/DC/DC,6输入/4输出,集成2AI
6ES7211-1HE40-0XB0 CPU 1211C DC/DC/Rly,6输入/4输出,集成2AI
6ES7212-1BE40-0XB0 CPU 1212C DC/DC/DC,8输入/6输出,集成2AI
6ES7212-1HE40-0XB0 CPU 1212C DC/DC/Rly,8输入/6输出,集成2AI
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6ES7214-1AG40-0XB0 CPU 1214C DC/DC/DC,14输入/10输出,集成2AI
6ES7214-1HG40-0XB0 CPU 1214C DC/DC/Rly,14输入/10输出,集成2AI
6ES7215-1BG40-0XB0 CPU 1215C AC/DC/Rly,14输入/10输出,集成2AI/2AO
6ES7215-1AG40-0XB0 CPU 1215C DC/DC/DC,14输入/10输出,集成2AI/2AO
6ES7215-1HG40-0XB0 CPU 1215C DC/DC/Rly,14输入/10输出,集成2AI/2AO
6ES7217-1AG40-0XB0 CPU 1217C DC/DC/DC,14输入/10输出,集成2AI/2AO