S7-400/S7-400H/S7-400F/FH производства Siemens

S7-400

SIMATIC S7-400 - это мощный программируемый контроллер для решения задач автоматизации среднего и высокого уровня сложности.

Модульная конструкция, работа с естественным охлаждением, гибкие возможности расширения, мощные коммуникационные возможности, поддержка систем распределенного ввода-вывода,  удобство эксплуатации и обслуживания позволяют успешно использовать SIMATIC S7-400 во всех секторах промышленного производства.

Области применения SIMATIC S7-400 включают:

• Автомобильную промышленность (например, производственные линии).
• Производства обычного и специального оборудования. 
• Складское хозяйство. 
• Сталелитейную промышленность. 
• Системы управления зданиями. 
• Электростанции и системы распределения энергии. 
• Бумажные производства и типографии. 
• Деревообрабатывающие предприятия. 
• Пищевую промышленность и предприятия по производству напитков. 
• Технологические процессы. Например, водоснабжения и очистки сточных вод.
• Химические и нефтехимические предприятия. 
• Системы измерения и регулирования. 
• Упаковочное оборудование. 

Линейка масштабируемых по производительности центральных процессоров и полный спектр модулей с множеством удобных функций позволяют гибко адаптировать контроллер к требованиям решаемых задач.

В случае расширения спектра решаемых задач контроллер может быть легко расширен в любое время дополнительным набором модулей без существенных затрат.

Программируемый контроллер SIMATIC S7-400 универсален в использовании:

• Эксплуатация в промышленных условиях. Высокая стойкость к ударным, вибрационным и электромагнитным воздействиям.
• Установка и удаление модулей без отключения питания.
  

S7-400H

Во многих областях промышленного производства предъявляются повышенные требования к надежности функционирования систем автоматизации. Остановка некоторых предприятий приводит к чрезвычайно высоким потерям денежных и материальных средств. Высокие требования к надежности функционирования способны обеспечить только резервированные системы автоматизации.

Резервированный контроллер SIMATIC S7-400H в полной мере отвечает таким требованиям. Он способен продолжать функционирование при появлении одного или нескольких отказов в его компонентах. Указанная особенность позволяет использовать SIMATIC S7-400H для автоматизации:

• Процессов с высокими затратами на рестарт из-за отказа контроллера (как правило, в перерабатывающей промышленности).
• Процессов с дорогим простоем.
• Процессов с использованием ценных материалов (например, в фармацевтической промышленности).
• Необслуживаемых процессов.
• Предприятий с ограниченным количеством обслуживающего персонала.

Данные для заказа

Данные для заказа компонентов программируемого контроллера S7-400H можно найти в секциях "S7-400/S7-400H/S7-400F/FH".

S7-400F/FH

Системы автоматизации SIMATIC S7-400F/FH находят применение на предприятиях с повышенными требованиями к безопасности функционирования. Их главной задачей является своевременное выявление ошибок и отключение защищаемого оборудования для предотвращения появления опасности для обслуживающего персонала или окружающей среды. Системы автоматизации S7-400F/FH имеют два базовых исполнения:

• S7-400F:
  Система, не имеющая дублирования своих компонентов. При появлении неисправностей в системе управления производственный процесс доводится до безопасного состояния и останавливается.
• S7-400FH:
  Дублированная система автоматизации. При появлении неисправностей в системе управления в работу включаются резервные компоненты, и управление процессом продолжается.

Наряду с задачами обеспечения безопасности системы автоматизации S7-400F/ S7-400FH способны решать и стандартные задачи управления. Программирование и конфигурирование всего комплекса задач выполняется с помощью одних и тех же инструментальных средств.

Программируемые контроллеры SIMATIC S7-400 выпускаются в нескольких версиях:

• S7-400:
  Мощный программируемый контроллер для решения задач автоматизации среднего и высокого уровня сложности, работающий с естественным охлаждением и имеющий модульную конструкцию.
• S7-400H:
  Резервированный программируемый контроллер для построения систем управления повышенной надежности.
• S7-400F/FH:
  Система автоматизации для решения задач обеспечения безопасности, имеющая обычную или резервированную структуру.
  

S7-400

Система автоматизации S7-400 имеет модульную конструкцию и может комплектоваться широким спектром модулей, комбинируемых в любых сочетаниях.

Система включает в свой состав:

• Модуль блока питания (PS):
  для подключения SIMATIC S7-400 к питающей сети ~120/230 В или =24 В.
• Центральные процессоры (CPU):
  Наличие широкой гаммы центральных процессоров различной производительности с встроенными интерфейсами PROFIBUS DP. Наличие модификаций с встроенным интерфейсом PROFINET. Через интерфейс PROFIBUS допускается подключать до 125 ведомых устройств PROFIBUS DP. К интерфейсу PROFINET может подключаться до 256 приборов PROFINET IO. Все центральные процессоры SIMATIC S7-400 способны обслуживать большие конфигурации системы ввода-вывода. Для увеличения производительности целый ряд центральных процессоров может использоваться в мультипроцессорных конфигурациях с установкой нескольких центральных процессоров в одну базовую стойку. Все центральные процессоры имеют короткие времена цикла выполнения программы, высокую скорость обработки данных и детерминированные времена реакции.
• Сигнальные модули (SM) для ввода и вывода дискретных и аналоговых сигналов.
• Коммуникационные процессоры (CP) для подключения к промышленным сетям и непосредственного (точка к точке) обмена данными.
• Функциональные модули (FM):
  Для решения типовых ресурсоемких задач автоматизации. Например, скоростного счета, позиционирования, автоматического регулирования и т.д.

При необходимости в составе системы автоматизации могут использоваться:

• Интерфейсные модули (IM):
  для подключения стоек расширения к базовой стойке контроллера. К одной базовой стойке SIMATIC S7-400 может быть подключено до 21 стойки расширения.
• Модули SIMATIC S5:
  Все модули ввода-вывода контроллеров SIMATIC S5-115U/-135U/-155U, установленные в соответствующих стойках расширения SIMATIC S5. Дополнительно могут использоваться модули IP и WF контроллеров SIMATIC S5, установленных в стойках расширения SIMATIC S5 или в базовую стойку S7-400 с использованием специальных адаптеров.

Расширение 

Если необходимый набор модулей не может быть установлен в базовую стойку контроллера S7-400, то его система ввода-вывода может быть расширена:

• Подключением стоек расширения:
  К одной базовой стойке может быть подключено до 21 стойки расширения.
• Интерфейсные модули (IM):
  Базовая стойка и стойки расширения соединяются с помощью передающих и принимающих интерфейсных модулей. Передающие интерфейсные модули устанавливаются в базовую стойку контроллера. К ним выполняется последовательное подключение принимающих интерфейсных модулей, устанавливаемых в стойки расширения. В одну базовую стойку допускается установка до 6 передающих интерфейсных модулей, два из которых могут поддерживать цепи питания =5 В. В каждую стойку расширения устанавливается только один принимающий интерфейсный модуль. Каждый передающий интерфейсный модуль оснащен двумя интерфейсами для подключения двух линий расширения. К одной линии расширения без цепи питания =5 В может быть подключено до четырех стоек расширения. К одной линии расширения с цепью питания =5 В допускается подключение только одной стойки расширения.
• Фиксированные посадочные места для блоков питания:
  Модули блоков питания должны устанавливаться в крайние левые слоты базовой стойки или стойки расширения.
• Обмен данными через C шину:
  Базовая стойка способна поддерживать обмен данными через C шину не более чем с шестью стойками расширения
  (EU 1 ... EU 6).
• Централизованное расширение:
  Рекомендуется для небольших установок с небольшим расстоянием между базовой стойкой и стойками расширения. Может использовать цепи питания =5 В в линии расширения.
  • Максимальное расстояние между базовой стойкой и последней стойкой расширения в линии:
    1.5 м в линии с цепью питания =5 В, 3 м в линии без цепи питания =5 В.
• Распределенная система на основе стоек расширения:
  Рекомендуется для предприятий с размещением стоек расширения на больших пространствах. Допускает использование стоек расширения S7-400 и/ или стоек расширения SIMATIC S5.
  • Максимальное расстояние между базовой стойкой и последней стойкой расширения в линии:
    100 м при использовании стоек расширения S7-400, 600 м при использовании стоек расширения SIMATIC S5.
• Замечание по подключению стоек расширения S5 к контроллеру S7-400:
  Подключение стоек расширения SIMATIC S5 с интерфейсными модулями IM 314 к базовой стойке контроллера S7-400 выполняется через интерфейсный модуль IM 463-2. Для такого подключения могут использоваться стойки расширения SIMATIC S5 следующих типов:
  • EG 183U
  • EG 185U
  • EG 186 U
  • ER 701-2
  • ER 701-3
• Распределенная система на основе станций ET 200:
  Рекомендуется для предприятий с большим пространственным разнесением оборудования. Строится на основе сетей PROFIBUS DP и/ или PROFINET IO. К одному интерфейсу PROFIBUS DP центрального процессора  может подключаться до 125 сетевых узлов. Максимальное расстояние между базовой стойкой контроллера и последним узлом на линии может достигать: 23 км (при использовании оптического кабеля).

Промышленная связь 

Программируемый контроллер SIMATIC S7-400 обладает мощными коммуникационными возможностями:

• Комбинированный интерфейс с поддержкой нескольких протоколов и функций ведущего DP устройства, встроенный во все типы центральных процессоров:
  Для одновременного подключения программаторов/ компьютеров, систем HMI, систем S7-200, S7-1200 и S7-300, а также других систем S7-400.
• Дополнительные интерфейсы PROFIBUS DP, встроенные в некоторые типы центральных процессоров для построения систем распределенного ввода-вывода (например, на базе станций ET 200).
• Встроенный интерфейс PROFINET в некоторых типах центральных процессоров для построения систем распределенного ввода-вывода или обмена данными с другими контроллерами или компьютерными системами.
• Коммуникационные процессоры для подключения к промышленным сетям PROFIBUS и Industrial Ethernet.
• Коммуникационные процессоры для установки высокопроизводительных непосредственных (точка к точке) соединений.

Связь с процессом через PROFIBUS DP

Система автоматизации SIMATIC S7-400 способна выполнять функции ведущего DP устройства в сети PROFIBUS DP.

Функции ведущих устройств PROFIBUS DP способны выполнять:

• SIMATIC S7-400 (CPU, CP 443-5).
• SIMATIC S7-300 (CPU, CP 342-5 DP или CP 343-5).
• SIMATIC S7-1200 (CM 1243-5). 
• SIMATIC C7 (через интерфейс PROFIBUS DP контроллера C7 или через CP 342-5 DP или CP 343-5).
• SIMATIC S5-115U/H, S5-135U и S5-155U/H с модулем IM 308.
• S5-95U с встроенным интерфейсом PROFIBUS DP.
• SIMATIC 505 с интерфейсом PROFIBUS DP.

Программаторы/ компьютеры с пакетом STEP 7 и панели операторов используют для обмена данными через сеть PROFIBUS DP только PG и OP функции связи.

Функции ведомых DP устройств способны выполнять:

• Приборы распределенной периферии. Например, станции ET 200.
• Приборы полевого уровня. 
• SIMATIC S7-200, S7-1200, S7-300.
• C7-633/P DP, C7-633 DP, C7-634/P DP, C7-634 DP, C7-626 DP.
• SIMATIC S7-400 (только с подключением через CP 443-5).

Обмен данными через MPI

Интерфейс MPI (multipoint interface) встроен во все типы центральных процессоров SIMATIC S7-400.

Он находит применение:

• Для программирования и настройки параметров,
• Подключения приборов и систем человеко-машинного интерфейса.
• Построения простейших сетевых структур с участием равноправных партнеров по связи.
• Варианты соединений: 
  Сеть MPI способная объединять до 32 узлов в виде:
  • программаторов/ компьютеров.
  • Систем HMI.
  • S7-200 (пассивное устройство).
  • S7-300
  • S7-400
  • C7
• Коммуникационные соединения: 
  В зависимости от типа центральные процессоры S7-400 способны устанавливать одновременно до 96 коммуникационных соединений:
  • С сетевыми узлами.
  • С узлами соответствующей C шины (например, с коммуникационными процессорами), используемой для обмена данными внутри контроллера.
  • с узлами, подключенными через коммуникационные процессоры (например, с узлами сети Industrial Ethernet). При этом коммуникационные процессоры должны быть узлами C шины.
• Внутренняя коммуникационная шина (C шина);
  доступ к коммуникационным процессорам и функциональным модулям с интерфесом C шины может быть получен через интерфейс MPI или DP центрального процессора и C шину контроллера S7-400. Это позволяет получать прямой доступ с программатора ко всем модулям, подключенным к C шине. При использовании соответствующих интерфейсных модулей C шина может охватывать базовую стойку и до шести стоек расширения контроллера.
• Возможности сети MPI:
  • Объединение до 32 MPI узлов.
  • Скорость обмена данными до 12 Мбит/с.
• Гибкие варианты монтажа:
  Для монтажа сети MPI могут использоваться сетевые кабели, соединители и повторители RS 485 (12 Мбит/с) сети PROFIBUS.
  Это позволяет выполнять адаптацию сети к требованиям решаемых задач. Например, для увеличения расстояния между двумя соседними узлами сети MPI может использоваться до 9 последовательно включенных повторителей RS 485.
• Ведущее DP устройство:
  Встроенный интерфейс MPI центрального процессора S7-400 может настраиваться на режим ведущего DP устройства. К этому интерфейсу может подключаться до 32 ведомых DP устройств со скоростью обмена данными до 12 Мбит/с. Поддержка функций программирования и подключения приборов и систем человеко-машинного интерфейса при этом сохраняется

Обмен данными через CP (точка к точке)

Коммуникационный процессор CP 441 позволяет устанавливать высокопроизводительные непосредственные (точка к точке) соединения.

• Он позволяет поддерживать обмен данными:
  • С промышленными или офисными компьютерами. 
  • С программируемыми контроллерами SIMATIC S5/S7.
  • С программируемыми контроллерами других производителей.
  • Со сканерами, считывателями кодов, системами идентификации.
  • С системами управления роботами.
  • С принтерами.
• Варианты интерфейсов:
  Съемные интерфейсные субмодули позволяют выполнять обмен данными через различные типы последовательных интерфейсов:
  • 20 мА токовая петля (TTY).
  • RS 232C (V.24).
  • RS 422/485.

Обмен данными через CP (PROFIBUS или Industrial Ethernet)

Программируемый контроллер SIMATIC S7-400 может подключаться к сетям PROFIBUS и Industrial Ethernet через коммуникационные процессоры CP 443-x.

Через эти коммуникационные процессоры может выполняться обмен данными:

• С контроллерами SIMATIC S7-200 (через PROFIBUS).
• С контроллерами SIMATIC S7-1200. 
• С контроллерами SIMATIC S7-300.
• С контроллерами SIMATIC S7-400.
• С контроллерами SIMATIC S5-115U/H, S5-135U, S5-155U/H.
• С программаторами. 
• С персональными и промышленными компьютерами. 
• С приборами и  системами человеко-машинного интерфейса SIMATIC HMI.
• С системами числового программного управления.
• С системами управления роботами.
• С приводами.
• С аппаратурой других производителей.
  

S7-400H

Система автоматизации SIMATIC S7-400H состоит из следующих компонентов:

• 2 базовых блока:
  смонтированных на двух отдельных монтажных стойках UR1/UR2 или на одной специальной монтажной стойке UR2-H с двумя независимыми секциями внутренней шины.
• Один центральный процессор  CPU 412-3H, CPU 414-4H или CPU 417-4H на каждый базовый блок. При этом в двух базовых блоках должны использоваться центральные процессоры одинаковых типов.
• Два модуля синхронизации на каждый центральный процессор для связи двух базовых блоков с помощью оптического кабеля.
• Модули ввода-вывода S7-400, устанавливаемые в базовые блоки (опционально).
• Стойки расширения UR1/ UR2/ ER1/ ER2 и/ или станции ET 200M с необходимым набором модулей ввода-вывода.

Все центральные функции контроллера резервируются.

Система ввода-вывода на основе одноканальных и переключаемых конфигураций.

Односторонние одноканальные конфигурации ввода-вывода

В односторонних одноканальных конфигурациях все датчики и исполнительные устройства подключаются по одноканальным схемам, а доступ к модулям ввода-вывода имеет только один базовый блок системы автоматизации. Модули ввода-вывода в такой конфигурации могут устанавливаться:

• в один из базовых блоков системы автоматизации и/ или
• в стойки расширения/ станции ET 200, подключенные к одному базовому блоку системы автоматизации.

При нормальной работе информация, считываемая одним базовым блоком, немедленно передается в другой базовый блок через синхронизирующее соединение. В случае отказа одного из базовых блоков, доступ к подключенным к нему модулям по односторонней одноканальной конфигурации теряется.

Односторонняя одноканальная конфигурация находит применение:

• Для управления секциями предприятия, не предъявляющих повышенных требований к надежности своего функционирования.
• Для построения симметричных резервированных структур ввода-вывода, обслуживаемых программой пользователя.

Переключаемые конфигурации ввода-вывода

В переключаемых конфигурациях все датчики и исполнительные механизмы подключаются по одноканальным схемам, а доступ к модулям ввода-вывода осуществляется через резервированную сеть PROFIBUS DP со стороны обоих базовых блоков системы автоматизации. Модули ввода-вывода в такой конфигурации могут устанавливаться

• в станции ET 200M.

Подключение станций к базовым блокам выполняется через сеть PROFIBUS DP. При этом каждая станция ET 200M подключается к резервированной сети PROFIBUS DP через два интерфейсных модуля.

Резервирование каналов ввода-вывода

Обслуживание резервированных каналов ввода-вывода способны выполнять только центральные процессоры S7-400H с операционной системой V3.1 и выше.

Каналы ввода-вывода подключаются к модулям, настраиваемым на работу в резервированных парах. Использование резервированных каналов ввода-вывода обеспечивает максимальную надежность функционирования, поскольку выход из строя одного из центральных процессоров, одной из ветвей резервированной сети PROFIBUS DP или одно модуля из резервированной пары не приводит к полному отказу  системы автоматизации.

Конфигурационные опции

Резервированные каналы ввода-вывода могут создаваться на основе:

• Ведомых DP устройств резервированных односторонних конфигураций ввода-вывода.
• Ведомых DP устройств переключаемых конфигураций ввода-вывода.

Модули для построения резервированных каналов

Каждая пара резервованная пара должна создаваться на базе модулей одного типа, размещаемых в базовых блоках, стойках расширения или станциях ET 200M. Номера слотов значения не имеют. Однако для повышения надежности функционирования модули резервированной пары рекомендуется устанавливать в различных станциях. Перечень модулей, рекомендуемых для построения резервированных каналов ввода-вывода, можно найти на Интернет страницах технической поддержки и в руководстве по S7-400H.

Резервирование FM и CP

Резервированная работа функциональных модулей (FM) и коммуникационных процессоров (CP) может поддерживаться в двух различных конфигурациях:

• Переключаемя резервированная конфигурация:
  Установка модулей FM/CP резервированной пары в две независимые станции ET 200M или одного модуля FM/CP в переключаемую станцию ET 200M.
• Двухканальная переключаемая конфигурация:
  Установка  модулей FM/CP резервированной пары в оба базовых блока или в две стойки расширения, подключаемые к каждому базовому блоку по одноканальной односторонней конфигурации.

Резервированная работа модулей обеспечивается двумя способами:

• Поддержка на уровне программы пользователя:
  Функции резервирования функциональных модулей и коммуникационных процессоров могут быть описаны в программе пользователя. При этом должен быть определен активный модуль и возможный перечень неисправностей, появление которых должно сопровождаться переключением на резервный модуль. Такая программа должна соответствовать программе одного центрального процессора с резервированными модулями FM/CP.
• Непосредственная поддержка на уровне операционной системы H-CPU.
  Операционная система центральных процессоров S7-400H обеспечивает непосредственную поддержку резервированного функционирования коммуникационных процессоров CP 443-1. Дополнительную информацию можно найти в разделе "Коммуникационные системы SIMATIC NET".
  

S7-400F/FH

В зависимости от конкретных требований системы автоматизации S7-400F/FH могут функционировать в различных конфигурациях:

Одноканальная односторонняя конфигурация для S7-400F

Необходима поддержка функций обеспечения безопасности. Резервирование не нужно. Необходимый состав компонентов:

• Один центральный процессор CPU 412-3H/ CPU 414-4H/ CPU 417-4H с F-Runtime лицензией.
• Одна линия PROFIBUS DP.
• Станции ET 200M с интерфейсными модулями IM 153-2 (один модуль на станцию).
• Не резервированные F модули.

В случае появления отказа система ввода-вывода становится недоступной. F модули переводятся в пассивное состояние.

Одноканальная переключаемая конфигурация для S7-400FH

Необходима поддержка функций обеспечения безопасности. Необходимо резервирование на стороне центральных процессоров. Необходимый состав компонентов:

• Два центральных процессора CPU 412-3H/ CPU 414-4H/ CPU 417-4H с F-Runtime лицензией.
• Две линии PROFIBUS DP.
• Станции ET 200M с интерфейсными модулями IM 153-2 (по два модуля на станцию).
• Не резервированные F модули.

В случае отказа одного из центральных процессоров, интерфейсного модуля IM 153-2 или одной из ветвей PROFIBUS DP система продолжает функционировать. При отказе F модуля или станции ET 200M каналы ввода-вывода становятся недоступными. F модули переводятся в пассивное состояние.

Резервированная переключаемая конфигурация для S7-400FH

Необходима поддержка функций обеспечения безопасности. Необходимо резервирование на стороне центральных процессоров и со стороны системы ввода-вывода. Необходимый состав компонентов:

• Два центральных процессора CPU 412-3H/ CPU 414-4H/ CPU 417-4H с F-Runtime лицензией.
• Две линии PROFIBUS DP.
• Станции ET 200M с интерфейсными модулями IM 153-2 (по два модуля на станцию).
• Резервированные F модули. 

В случае отказа одного из центральных процессоров, интерфейсного модуля IM 153-2, одной из ветвей PROFIBUS DP, F модуля или станции ET 200M система продолжает функционировать.

Дополнительно в составе систем автоматизации S7-400F/FH могут использоваться и модули стандартного назначения. В станциях ET 200M может использоваться смешанный состав модулей стандартного назначения и F модулей. Это позволяет возлагать на системы S7-400F/FH не только функции обеспечения безопасности, но и стандартные функции управления.

Промышленная связь

Обмен данными между программируемым контроллером и станциями ET 200M выполняется через сеть PROFIBUS DP. Для обмена данными между компонентами распределенной системы обеспечения безопасности используется специальный профиль PROFIsafe, позволяющий передавать связанные с функциями обеспечения безопасности данные пользователя в формате стандартных телеграмм PROFIBUS DP. Дополнительные аппаратные компоненты (например, специальная сеть системы обеспечения безопасности) для этой цели не нужны. Необходимое программное обеспечение встроено в аппаратные компоненты и загружается в центральный процессор в виде сертифицированного программного блока.

Классы безопасности при использовании изолирующего модуля

Использование изолирующего модуля в станциях ET 200M позволяет:

• Производить подключение станций ET 200M к электрическим каналам связи PROFIBUS DP. Использовать оптические каналы связи в этом случае не нужно.
• Использовать в станциях ET 200M интерфейсные модули IM 153-x.
• Устанавливать в станциях ET 200M смешанный состав модулей стандартного назначения и F модулей.

Установка изолирующего модуля не нужна, если система обеспечения безопасности должна отвечать уровню безопасности SIL 2.

S7-400

Программируемый контроллер S7-400 характеризуется следующими показателями:

• Высока скорость выполнения инструкций.
• Удобная настройка параметров 
• Человеко-машинный интерфейс:
  Удобные OCM сервисы интегрированы в операционную систему центральных процессоров S7-400.
• Диагностические функции и самодиагностика:
  Интеллектуальная диагностическая система центральных процессоров непрерывно контролирует функционирование системы, регистрирует отказы и специальные системные события.
• Парольная защита доступа.
• Переключатель режимов работы.
• Системные функции.

Программируемые контроллеры SIMATIC S7-400 отвечают требованиям целого ряда национальных и международных стандартов:

• Сертификат соответствия и метрологический сертификат Госстандарта России.
• Марка CE.
• Одобрение UL.
• Одобрение CSA и cULus.
• Одобрение FM.
• Одобрение ATEX.
• C-Tick, марка электромагнитной совместимости для Австралии и Новой Зеландии.
• IEC 61131-2
• Морские сертификаты:
  • Российского Морского Регистра Судоходства.
  • ABS (American Bureau of Shipping).
  • BV (Bureau Veritas).
  • DNV (Det Norske Veritas).
  • GL (Germanischer Lloyd).
  • LRS (Lloyds Register of shipping).
  • Class NK (Nippon Kaiji Kyokai).

Более детальная информация изложена в руководстве "S7-400 Automation System S7-400 Module Specifications".

Конструкция 

Программируемые контроллеры S7-400 имеют модульную конструкцию и позволяют устанавливать большинство своих модулей в произвольном порядке. Они обладают высокой стойкостью к механическим воздействиям, работают с естественным охлаждением и позволяют выполнять "горячую" замену своих модулей.

Конструкция S7-400 отличается простотой, гибкостью и удобством:

• Простая установка модулей.
• Монтажные стойки с встроенной внутренней шиной.
• Простая замена модулей с поддержкой операций механического кодирования фронтальных соединителей.
• Проверенная система соединителей.
• TOP Connect:
  Модульная система соединителей для подключения внешних цепей сигнальных модулей.
• Одинаковая монтажная глубина всех модулей:
  Все соединители размещаются под защитными крышками модулей.
• Равноценность всех слотов монтажных стоек.

Промышленная связь 

Центральные и коммуникационные процессоры контроллера обеспечивают поддержку следующих типов промышленной связи:

• Связь с процессом:
  для циклической адресации модулей ввода-вывода (обмен данными через область отображения процесса) через промышленные сети AS-Interface, PROFIBUS DP или PROFINET. Процедуры обмена данными вызываются из циклических уровней исполнения программы.
• Коммуникационный обмен данными:
  для обмена данными с системами автоматизации и станциями HMI. Обмен данными выполняется циклически или запускается из программы пользователя с помощью программных блоков на событийной основе.

Обмен данными

Программируемый контроллер SIMATIC S7-400 обеспечивает поддержку различных коммуникационных механизмов:

• Циклический обмен пакетами глобальных данных через MPI между сетевыми центральными процессорами.
• Событийно управляемый обмен данными с партнерами по связи с использованием коммуникационных функций.

Обмен данными может выполняться через сети MPI, PROFIBUS или PROFINET.

Обмен глобальными данными 

Сервис "Global data communication" позволяет сетевым центральным процессорам выполнять циклический обмен данными между собой через сеть MPI (передача за один цикл до 16 пакетов глобальных данных, до 64 байт на пакет). Это позволяет, например, одному центральному процессору получать доступ к данным, битам памяти, области отображения процесса другого центрального процессора. Если к сети MPI подключены программируемые контроллеры S7-300, то размер пакета глобальных данных ограничивается 22 байтами. Обмен глобальными данными может выполняться только через MPI. Конфигурирование системы связи выполняется с помощью таблицы глобальных данных в STEP 7. В сегментированной монтажной стойке CR2 два центральных процессора могут поддерживать обмен глобальными данными через внутреннюю C шину.

Коммуникационные функции 

Для управления обменом данными с программируемыми контроллерами S7/C7 используются программные блоки, интегрированные в операционную систему центральных процессоров.

Эти сервисы обмена данными включают поддержку:

• Базовых функций S7 связи через MPI и PROFIBUS.
• S7 функций связи через MPI, C шину, PROFIBUS и PROFINET/Industrial Ethernet.

Управление обменом данными с программируемыми контроллерами S5 и контроллерами других производителей выполняется с помощью загружаемых программных блоков, включаемых в программу пользователя.

Эти сервисы обмена данными включают поддержку:

• Функций S5-совместимой связи через PROFIBUS и Industrial Ethernet.
• Стандартных функций связи (системы других производителей) через PROFIBUS и Industrial Ethernet (Open User Communication открытый обмен данными пользователя через PROFINET/Industrial Ethernet).

В отличии от обмена глобальными данными использование коммуникационных функций требует установки коммуникационных соединений.

Интеграция в мир IT технологий

Программируемый контроллер S7-400 позволяет широко использовать современные информационные технологии для решения задач автоматизации. Наиболее мощными функциональными возможностями с этой точки зрения обладает коммуникационный процессор CP 443-3 Advanced:

• Создание собственных Web страниц с помощью любого HTML редактора. Переменные S7-400 легко привязываются к HTML объектам.
• Мониторинг функционирования S7-400 через эти Web страницы с использованием стандартного браузера.
• Отправка e-mail сообщений из программы пользователя S7-400 путем вызова соответствующих функций.
• Дистанционное программирование через TCP/IP WAN или через телефонные сети (например, через ISDN).

Центральные процессоры S7-400, оснащенные интерфейсом PROFINET, обеспечивают встроенную поддержку Web сервисов. Эти сервисы позволяют использовать стандартный Web браузер для считывания данных из S7-400 и получения:

• Общей информации о центральном процессоре
• Содержимого буфера диагностических сообщений.
• Таблицы переменных.
• Состояний переменных. 
• Информации о состоянии модулей. 
• Сообщений. 
• Информации о Industrial Ethernet.
• Данных диагностики открытых коммуникационных соединений пользователя
• Информации о топологии сети PROFINET.
• Производственных данных и данных пользователя, необходимых для использования web страниц пользователя.

Защита данных поддерживается соответствующими механизмами Web сервера, определением прав различных групп пользователей и поддержкой протокола HTTPS.

Изохронный режим 

Изохронный режим позволяет синхронизировать

• процессы сбора сигналов в распределенной системе,
• процессы передачи сигналов через сеть и
• циклы выполнения программы

в цикле изохронной сети PROFIBUS или PROFINET.

Ввод входных сигналов и вывод выходных сигналов производится через одинаковые интервалы времени (постоянное время цикла шины). Одновременно создаются консистентные частичные изображения процесса.

За счет использования постоянного времени цикла шины и синхронизации процессор обработки сигналов системы распределенного ввода-вывода программируемый контроллер S7-400 позволяет получать точно воспроизводимые и определенные времена реакции.

Поддержку изохронного режима обеспечивает достаточно широкий спектр компонентов, используемых в распределенных системах управления перемещением, системах сбора данных, системах скоростного управления и т.д.

В распределенных системах автоматизации SIMATIC S7-400 позволяет выполнять высокоскоростную обработку данных, получать максимальную точность и воспроизводимость результатов обработки. Это позволяет увеличивать объемы производства и обеспечивать постоянное качество продукции.

Технология CiR (Configuration in RUN)

Программируемый контроллер SIMATIC S7-400 обеспечивает поддержку технологии CiR, которая позволяет вносить изменения в конфигурацию системы без остановки производственного процесса. Во время работы системы управления технология CiR позволяет, например:

• Добавлять новые станции и/ или приборы полевого уровня, выполняющие функции ведомых устройств в сетях PROFIBUS DP и/ или PROFIBUS PA.
• Добавлять или изменять параметры настройки модулей в станциях ET 200M.

Технология CiR сокращает времена технического перевооружения и ввода в эксплуатацию нового оборудования, позволяя выполнять расширение и модернизацию предприятия без его остановки. Дополнительно, эта функциональность позволяет быстро реагировать на изменения в производственном процессе (например, с целью его оптимизации), поскольку изменения в аппаратной конфигурации не требуют повторной инициализации и синхронизации производственного процесса.

Диагностика и мониторинг модулей 

Множество модулей ввода-вывода контроллера SIMATIC S7-400 обладают интеллектуальными способностями:

• Мониторинга сбора сигналов (диагностика).
• Мониторинга значений сигналов процесса (аппаратные прерывания).

Диагностика

Интеллектуальная система диагностики позволяет контролировать нормальное протекание процессов сбора (для дискретных модулей) и обработки (для аналоговых модулей) сигналов. Для передачи диагностической информации применяются маскируемые и не маскируемые диагностические сообщения:

• Маскируемые диагностические сообщения:
  Диагностическое сообщение может быть отправлено только в том случае, если это разрешено соответствующими параметрами настройки.
• Не маскируемые диагностические сообщения:
  Диагностические сообщения, передаваемые независимо от заданных параметров настройки.

Если диагностическое сообщение активно (например,. "No sensor supply” - нет питания датчиков), то модуль формирует запрос на диагностическое прерывание (при использовании маскируемого сообщения, формирование запроса на диагностическое прерывание должно быть разрешено соответствующими параметрами настройки модуля). Получив этот запрос, центральный процессор приостанавливает выполнение программы пользователя или задач с более низким приоритетом, вызывает организационный блок OB 82 и выполняет обработку диагностического прерывания. Мониторинг изменений сигналов процесса может выполняться с помощью аппаратных прерываний.

Различные типы модулей способны формировать и различные диагностические сообщения:

Аппаратные прерывания

Мониторинг входных сигналов может выполняться с помощью аппаратных прерываний, фиксирующих изменения сигналов.

• Модули ввода дискретных сигналов:
  В зависимости от вариантов настройки для каждой группы входов модуль способен формировать аппаратное прерывание по нарастающему, спадающему или по обоим фронтам входного сигнала. При появлении сигнала аппаратного прерывания центральный процессор прекращает выполнение программы пользователя или задач более низкого приоритета, вызывает организационный блок OB 40 и выполняет обработку прерывания. Сигнальный модуль способен временно сохранять одно аппаратное прерывание на канал.
• Модули ввода аналоговых сигналов:
  Диапазон измерений задается параметрами настройки модуля и определяет верхний и нижний предел допустимых изменений сигнала. В процессе работы модуль сравнивает текущие результаты аналого-цифрового преобразования с граничными значениями. При выходе измеряемой величины за допустимые пределы формируется сигнал аппаратного прерывания. При появлении сигнала аппаратного прерывания центральный процессор прекращает выполнение программы пользователя или задач более низкого приоритета, вызывает организационный блок OB 40 и выполняет обработку прерывания. Если измеряемая величина выходит за допустимые пределы, то выполнение операций сравнения прекращается.
  

S7-400H

Отказоустойчивая промышленная связь 

Отказоустойчивая связь SIMATIC образует новый тип коммуникационного обмена данными, который характеризуется:

• Повышенной надежностью:
  При появлении отказа обмен данными может быть продолжен по одному из 4 резервных соединений. Переключение на резервные соединения выполняется в фоновом режиме незаметно для пользователя.
• Удобство использования:
  с точки зрения пользователя высокая надежность связи является прозрачной. Программы пользователя для стандартных вариантов связи могут быть использованы без всяких изменений в резервированной системе. Функции резервирования каналов связи должны быть определены только на этапе настройки параметров системы.

Отказоустойчивая связь поддерживается программируемыми контроллерами S7-400H (резервированные и не резервированные конфигурации), а также компьютерами. При этом на компьютерах необходимо использование программного обеспечения Redconnect (смотри раздел "Коммуникационные системы SIMATIC NET").

В зависимости от набора предъявляемых требований для обмена данными могут использоваться различные сетевые конфигурации:

• Стандартная или резервированная конфигурация сети.
• Магистральная или кольцевая топология сети.

Режимы работы

Операционная система центральных процессоров CPU 417-4H, CPU 414-4H и CPU 412-3H обеспечивает поддержку всех необходимых дополнительных функций, необходимых для нормального функционирования программируемых контроллеров S7-400H:

• Управления обменом данными.
• Идентификации отказов (переключение на резервный прибор).
• Синхронизации базовых блоков.
• Самодиагностики. 

Принципы резервирования 

Основным принципом построения программируемого контроллера S7-400H является принцип "горячего" резервирования с поддержкой безударного переключения на резервный базовый блок в случае отказа ведущего базового блока. В соответствии с этим принципом при нормальной работе оба базовых блока находятся в активном состоянии. В случае появления отказа все функции управления принимает на себя исправный базовый блок.

Для гарантированного безударного включения резерва между базовыми блоками контроллера должна поддерживаться надежная скоростная связь.

С той же целью оба базовых блока контроллера работают:

• с одной и той же программой пользователя, 
• с одними и теми же блоками данных, 
• с одним и тем же содержимым области отображения процесса, 
• с одними и теми же внутренними данными (флагами, таймерами, счетчиками и т.п.).

Это позволяет поддерживать оба базовых блока в одинаковых состояниях в полной готовности приема на себя всех функций управления.

Резервированная система ввода-вывода используется следующим образом:

• Во время нормальной работы оба сигнальных модуля резервированной пары находятся в активном состоянии. Для резервированных каналов ввода сигнал общего датчика или двух датчиков одного и того же параметра считывается через два сигнальных модуля. Результаты считывания сравниваются между собой  и становятся доступными пользователю в однородной форме для дальнейшей обработки. Для резервированных каналов вывода значение выходного сигнала, рассчитанное в программе, выводится через оба модуля резервированной пары.
• В случае отказа одного из модулей резервированной пары опрос дефектного модуля прекращается, формируется отчет о неисправности, в работе остается только один сигнальный модуль. Замена неисправного модуля может выполняться без отключения питания, после чего базовые блоки начинают адресоваться к обоим модулям резервированной пары.

Синхронизация 

Безударное включение резерва возможно только при синхронной работе двух базовых блоков контроллера.

В S7-400H используется событийная синхронизация.

С этой целью операции синхронизации базовых блоков выполняются в моменты:

• Прямого доступа к входам и выходам.
• Получения запросов на прерывание и аварийных сообщений
• Обновления времени пользователем.
• Модификации данных коммуникационными функциями.

Синхронизация выполняется автоматически и поддерживается на уровне операционной системы центральных процессоров и может быть проигнорирована на этапе программирования системы.

Самодиагностика 

Программируемый контроллер S7-400H обеспечивает поддержку широкого спектра функций самодиагностики. Диагностике подвергаются:

• Соединение между базовыми блоками контроллера.
• Центральные процессоры.
• Микропроцессоры и специализированные микросхемы.
• Память.

О любой выявленной проблеме формируется отчет.

Самодиагностика в процессе запуска

Во время запуска контроллера все функции самодиагностики выполняются в полном объеме.

Самодиагностика в процессе циклического выполнения программы 

В ходе выполнения программы весь объем функций самодиагностики выполняется за несколько циклов. В каждом цикле выполняется лишь небольшая часть функций самодиагностики, что позволяет снижать нагрузку центральных процессоров.

Конфигурирование и программирование

Программирование контроллеров S7-400H выполняется по аналогии с программированием контроллеров S7-400. Для этого могут использоваться все функции программного обеспечения STEP 7.

Для программирования контроллеров S7-400H необходим STEP 7 от V5.2 и выше.

Конфигурирование модулей ввода-вывода

При конфигурировании аппаратуры пользователь должен определить модули, образующие резервированные пары. Для этого нужно выбрать первый модуль пары и второй модуль, который будет являться партнером первого модуля по резервированию. В программе пользователя описывается только обращение к модулю с наименьшим адресом. Адрес второго модуля остается скрытым от пользователя, поэтому секции программы для работы с резервированными и обычными каналами ввода-вывода выглядят абсолютно идентично. Единственным отличием от стандартных каналов ввода-вывода является наличие двух библиотечных функциональных блоков (RED_IN и RED_OUT), которые должны вызываться в начале и в конце программы пользователя.

Необходимая библиотека является стандартным компонентом STEP 7 от V5.3 и выше.

S7-400F/FH

Программируемые контроллеры S7-400F/FH отвечают требованиям:

• Классов безопасности AK 1 ... AK 6 по стандарту DIN V 19250/DIN V VDE 0801.
• Уровней безопасности SIL 1 ... SIL 3 по стандарту IEC 61508.
• Категорий безопасности 1 ... 4 по стандарту EN 954-1.

Режимы работы

Функции обеспечения безопасности распределены между F секцией программы центрального процессора(ов)  S7-400F/FH и сигнальными F модулями.

Сигнальные модули выполняют мониторинг входных и выходных сигналов путем анализа рассогласований и посылкой коротких тестовых сигналов.

Центральный процессор проверяет нормальное функционирование контроллера регулярным выполнением функций самодиагностики, тестовыми командами, а также логической и хронологической проверки хода выполнения программы.

Если по результатам диагностики выявляется неисправность, то система переводится в безопасное состояние.

F-Runtime лицензия

F-Runtime лицензия должна загружаться в центральный процессор CPU 417-4H/ CPU 414-4H/ CPU 412-3H программируемого контроллера S7-400F/FH. Для каждого контроллера S7-400F/FH необходима одна F-Runtime лицензия.

Программирование

Контроллеры S7-400F/FH программируются теми же способами, что и другие контроллеры SIMATIC S7. Для разработки секции программы со стандартными функциями управления могут использоваться практически все инструментальные средства проектирования SIMATIC. Например,  STEP 7.

Опциональный пакет S7 F Systems

Для разработки F секции программы (программы обеспечения функций безопасности) необходим дополнительный пакет "S7 F Systems". Этот пакет содержит весь набор функций и блоков, необходимых для разработки F программы. Для использования пакета "S7 F Systems" на программаторе/ компьютере должен присутствовать следующий состав программного обеспечения SIMATIC:

• STEP 7 от V5.1.
• CFC от V5.23.
• S7-SCL от V5.1 SP 1.
• S7 H Systems V5.1 (для S7-400FH).

Для разработки F программы используются специальные функциональные блоки F библиотеки, которые загружаются в CFC и соединяются между собой. Использование языка CFC заменят традиционные варианты программирования графическим проектированием. Программист может сконцентрироваться на решении задач обеспечения безопасности без использования дополнительных инструментальных средств.