安全指南 本手册包括应该遵守的注意事项以保证人身安全保护产品和所连接的设备免受损坏这些注意事项都使用符号明显警示并根据严重程度使用下述文字分别说明 危险 表示若不采取适当的预防措施 将造成死亡 严重的人身伤害或重大的财产损失 警告 表示若不采取适当的预防措施 将可能造成死亡 严重的人身伤害或重大的财

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1 SIMATIC 自动化系统 S7-400 容错系统 使用手册 2002 年 11 月版 A5E 前言 目录 容错可编程控制器 1 S7-400H 系统安装选项 2 快速入门 3 CPU 41x-H 的安装 4 S7-400H 系统及运行模式 5 链接与同步 6 使用 S7-400H 上的 I/O 7 通讯功能 8 使用 STEP 7 进行组态 9 运行过程中部件的故障和更换 10 运行过程中修改系统 11 同步模板 12 技术参数 13 附录 冗余可编程逻辑控制器的特征值 单一运行 从 S5-H 至 S7-400H 的转换 容错系统和标准系统之间的区别 用于 S7-400H 的功能模板和通讯处理器 冗余 I/O 连接示例 术语 A B C D E F

2 安全指南 本手册包括应该遵守的注意事项以保证人身安全保护产品和所连接的设备免受损坏这些注意事项都使用符号明显警示并根据严重程度使用下述文字分别说明 危险 表示若不采取适当的预防措施 将造成死亡 严重的人身伤害或重大的财产损失 警告 表示若不采取适当的预防措施 将可能造成死亡 严重的人身伤害或重大的财产损失 小心表示若不采取适当的预防措施 将可能造成轻微的人身伤害 小心表示若不采取适当的预防措施 将可能造成财产损失 注意引起你对产品的重要信息和处理产品或文件的特定部分的注意 合格人员 正确使用 只有合格人员才允许安装和操作这一设备合格人员规定为根据既定的安全惯例和标准批准进行试运行接地和为电路设备和系统加装标签的人员注意如下 警告 本装置及其组件只能用于产品目录或技术说明书中阐述的应用 并且只能与西门子公司认可或推荐 的其它生产厂的装置或组件相连接 本产品只有在正确的运输 贮存 组装和安装的情况下 按建议方式进行运行和维护 才能正确而 安全地发挥其功能 商标 SIMATIC SIMATIC HMI 和 SIMATIC NET 为西门子公司的注册商标任何第三方为其自身目的使用与本手册中所及商标有关的其它名称都将侵犯商标所有人的权益 西门子公司版权所有 保留所有权利 未经明确的书面授权 禁止复制 传递或使用本手册或 其中的内容 违者必究 保留所有权利包括专利权 实用新型或外观 设计专有权 西门子股份有限公司 Bereich Automation and Drives Geschaeftsgebiet Industrial Automation Systems Postfach 4848, D Nuernberg Siemens Aktiengesellschaft 郑重声明 我们已核对过 本手册的内容与所述硬件和软件相符 但错误在所难免 不能保证完全的一致 本手册中的内 容将定期审查 并在下一版中进行修正 欢迎提出改进 意见 西门子公司版权所有 若有改动恕不另行通知

3 前言 本手册的用途 本手册旨在供可编程控制器组态 调试和维修人员所用 为了能帮助您尽快熟悉产品 我们建议从第三章的示例开始 该示例可以使您能对容错系 统有个快速了解 所需基本知识为了理解本使用手册你需要了解自动化技术的基本原理当然还应对 S7 程序熟悉可以仔细阅读 STEP 7 编程手册如果在组态时需要使用 STEP 7 标准软件你还应熟悉标准软件的运行请参见 STEP 7 用户手册 适用对象 本手册可供具有调试 操作和维护手册中所及产品资格的人员使用 本手册的有效性 本手册适用于下列组态 CPU 414-4H 固件版本 V3.1 CPU 417-4H 固件版本 V3.1 S7 H 系统 选件包 版本 V5.2 以上 修订 根据容错系统的上一版本所作修订如下 阐述了选件包中所包含的附加功能冗余 I/O 在本手册中还添加了容错 CPU 以及相应产品和主题的内容说明根据该容错系统的上一版本使用手册文件编号修改如下 A5E 当前编号为 A5E 认证 SIMATIC S7-400 产品系列经过以下认证 : UL 美国安全检测实验室公司认证 UL 508 工控设备 CSA 加拿大标准协会 CSA C22.2 No. 142 过程控制设备 FM 美国工厂联研会认证认证标准分类号 3611 关于认证和标准的详细信息请参见自动化系统 S7-400 模板规范参考手册中的第 1.1 章标准和认证 CE 标志 SIMATIC S7-400 产品系列符合以下 EC 标准的要求和安全规定 欧盟低压指导性文件 73/23/EC 欧盟电磁指导性文件 89/336/EEC i

4 前言 C-Tick-Mark SIMATIC S7-400 产品系列符合以下 AS/NZS 2064 澳大利亚和新西兰标准的要求 标准 SIMATIC S7-400 产品系列符合标准 IEC 的要求和准则 该文件在信息环境中的位置本手册可以单独订货 订货号为 6ES7988-8HA10-8BA0 还可以提供电子版产品光盘 H Options Package H 选件包 在线帮助 除了使用手册以外 还可以通过集成在软件中的在线帮助系统 提供软件使用详细支持 帮助系统可以使用许多接口进行访问 Help 菜单中包含有许多命令 Contents 可以打开帮助索引 在 组态容错系统调 用帮助选件包 可以找到容错系统的帮助信息 How to Use Help 使用帮助 提供有详细的在线帮助使用说明 上下文相关帮助可以提供关于当前的文本信息 例如 一个打开的对话框或一个激 活的窗口 这可以通过 Help 按钮或 F1 访问 状态栏提供有其它形式的上下文相关帮助 当鼠标光标放在一个命令上时 可以显 示每个菜单命令的简要说明 当鼠标光标在按钮上停放短暂时间 也可以显示工具栏按钮的简要说明 如果你更愿意阅读打印出来的在线帮助你可以打印每个帮助主题工作簿或整个帮助 选择最适合的方式 为了有助于快速查找所需信息 本使用手册包含有以下辅助手段 在本使用手册的一开始 可以发现有一个完整的目录和图表目录 在每一章的每一页的左边都提供有每一部分内容的概述 在本使用手册的最后附录中 还提供有术语 术语包括本使用手册所使用的主要技 术术语定义 在使用手册最后 还提供有索引 以便于快速查找所需信息 注意 在编程和调试 S7-400 时 你需要以下使用手册以及使用手册汇编 ii

5 前言 使用手册 / 手册汇编 S7 和 M7 标准软件 STEP 7 基本信息 STEP 7 参考信息 S7-300 和 S7-400 语句表 STL S7-300 和 S7-400 梯形逻辑 LAD S7-300 和 S7-400 功能块图 FBD 系统和标准功能 PG 7xx 使用手册 内容 通过编程器 /PC 安装和调试 STEP 7 使用 STEP 7 可以进行以下工作项目和文件管理组态并将参数赋值给 S7-400 组态为用户程序分配符号名创建并测试 STL/LAD 用户程序生成数据块组态两个或多个 CPU 之间的通讯用户程序在 CPU / 编程器中的装入保存和删除用户程序的监视和控制 CPU 的监视和控制 使用编程器 / PC 和 STEP 7 有效实现编程任务指南 CPU 工作原理例如存储器输入和输出访问寻址块数据管理 STEP 7 数据管理说明 STEP 7 数据类型的使用 线性化和结构化编程的使用 块调用指令的使用 在用户程序中 CPU 的调试和诊断功能使用例如错误 OB 状态字 使用 STL LAD 或 FBD 的基本步骤例如 STL LAD 或 FBD 的结构数字格式语法 STEP 7 中所有指令说明程序示例说明 STEP 7 中各种寻址方法说明示例说明 集成在 CPU 中的所有功能说明 CPU 中内置寄存器的说明 集成在 CPU 中的所有系统功能说明 集成在 CPU 中的所有组织块说明 编程器硬件说明 将编程器连接到不同设备上 编程器的启动 再循环利用和清除处理由于 S7-400 H 设备采用无毒材料制造 因此该产品可以被回收利用 为了能够根据最 新的法律法规 环保地再循环利用和废弃用旧的设备 请联系经过认证的电子部件废品回 收公司 其它支持 如果你有任何技术问题你可以与当地的西门子代表处或代理商联系 H/F 资格中心 位于纽伦堡的 H/F 资格中心可以提供容错 SIMATIC S7 自动化系统的专门培训班 H/F 资格中心还可以在组态 调试或出现问题时 提供现场帮助 电话 +49 (911) 传真 +49 (911) 另外 iii

6 前言 培训中心 西门子公司还提供有许多培训课程介绍 SIMATIC S7 可编程控制器详情请与您所在地区的培训中心联系或与德国纽伦堡邮编 D90327 的总部培训中心联系 电话 +49 (911) 网址 A&D 技术支持遍布全球 24 小时服务 纽伦堡 约翰逊市 北京 面向全球纽伦堡技术支持 24 hours a day 365 days a year 电话 +49 (0) 传真 +49 (0) adsupport@siemens.com GMT +1:00 欧洲 / 非洲 纽伦堡 授权 美国约翰逊市技术支持和授权 亚洲 / 澳大利亚北京技术支持和授权 当时时间 Mon.-Fri. 7:00 to 17:00 电话 +49 (0) 传真 +49 (0) adsupport@siemens.com GMT +1:00 当时时间 Mon.-Fri. 8:00 to 17:00 电话 +1 (0) 传真 +1 (0) adsupport@sea.siemens.com GMT -5:00 当时时间 Mon.-Fri. 8:30 to 17:30 电话 传真 adsupport@siemens.com GMT +8:00 The languages of the SIMATIC Hotlines and the authorization hotline are generally German and English iv

7 目录 1 容错可编程控制器 SIMATIC 系列冗余式可编程控制器 增加系统可用性 S7-400H 系统安装选项 S7-400H 基本型系统 S7-400H 的 I/O 模板 通讯 组态和编程工具 用户程序 文件 快速入门 要求 配置硬件并启动 S7-400H 容错系统故障响应举例 CPU 41x-H 的安装 CPU 的控制和显示单元 CPU 的功能监控 状态和故障指示灯 模式选择器 扩展存储器 使用存储卡扩展装载存储器 使用存储器模板扩展 CPU 的工作存储器 多点接口 MPI PROFIBUS DP 接口 S7-400 CPU 参数概述 CPU 41x-H 作为 Profibus DP 主站 CPU 41x 的 DP 地址区 CPU 41x 作为 DP 主站 CPU 41x 作为 DP 主站的诊断 一致性数据 通讯块和功能的一致性 CPU 工作存储器的存取 SFB 14 GET 和读标志一致性规则 DP 标准从站的一致性数据读和写操作 不使用 SFC 14 或 SFC 15 时的一致性数据存取 S7-400H 系统及运行模式 引言 S7-400H 系统模式 CPU 的运行模式 停止 STOP 运行模式 启动 START UP 运行模式 v

8 目录 链接 LINK-UP 和更新 UPDATE 运行状态 RUN 运行 运行状态 保持 Hold 运行状态 故障排除 TROUBLESHOOTING 运行状态 自检功能 响应时间 S7-400H 系统中的过程中断评价 链接和同步 链接和更新的作用 链接和更新的功能顺序 链接过程 更新步骤 切换到已修正配置后的 CPU 块的链接和更新 时间监视 响应时间 如何确定监视时间 时间响应的影响因素 链接和更新工作的性能参数 链接 Link-up 和更新 Update 过程中的特殊性 使用 S7-400H 上的 I/O 引言 使用单通道 单向 I/O 使用单通道 切换式 I/O 连接冗余 I/O 确定钝化的状态 连接冗余 I/O 的其它可能性 通讯功能 原理和基本概念 适合的网络 工业以太网 PROFIBUS 支持的通讯服务 通过容错 S7 连接通讯 容错系统间的通讯 容错系统和容错 CPU 间的通讯 容错系统和 PC 间的通讯 通过 S7 连接通讯 通过 S7 连接 单向模式通讯 在冗余 S7 连接上的通讯 通过 ET 200M 上的点到点 CP 进行通讯 单通道系统的随机连接 使用 STEP 7 进行组态 安装选件包 使用 STEP 7 进行组态 容错站的安装规则 vi

9 目录 配置硬件 容错站中的模板参数赋值 CPU 参数设置建议 组态网络 STEP 7 中的编程器功能 运行过程中部件的故障和更换 中心机架和扩展机架上部件的故障和更换 中央处理单元 容错 CPU 的故障与更换 电源模板的故障与更换 I/O 或功能模板的故障与更换 通讯处理器的故障与更换 同步子模板或光纤电缆的故障与更换 IM 460 和 IM 461 接口模板的故障和更换 分布式 I/O 上的部件的故障和更换 PROFIBUS-DP 主站的故障和更换 冗余 PROFIBUS-DP 接口模板的故障和更换 PROFIBUS-DP 从模板的故障和更换 PROFIBUS-DP 电缆的故障和更换 运行过程中系统的修改 可能进行的硬件修改 在 PCS 7 中增添部件 PCS 7 步骤 1 硬件的更改 PCS 7 Step 2: 硬件配置的离线修改 PCS 7 Step 3: 停止热备 CPU 的运行 PCS 7 Step 4: 在热备 CPU 中装入新的硬件配置 PCS 7 Step 5: 切换到已修正组态后的 CPU PCS 7 Step 6: 转换到冗余系统模式 PCS 7 Step 7 更改和导入用户程序 在 PCS 7 中增添接口模板 在 PCS 7 中删除部件 PCS 7 步骤 I 硬件配置的离线修改 PCS 7 步骤 II 更改和导入用户程序 PCS 7 步骤 III 停止热备 CPU 的运行 PCS 7 步骤 IV 在热备 CPU 中装入新的硬件配置 PCS 7 步骤 V 切换到已修正组态后的 CPU PCS 7 Step VI: 转换到冗余系统模式 PCS 7 步骤 VII 硬件的更改 在 PCS 7 中删除接口模板 在 STEP7 中增添部件 STEP 7 步骤 1 硬件的更改 STEP 7 步骤 2 硬件配置的离线修改 STEP 7 步骤 3 扩展和装入组织块 STEP 7 步骤 4 停止热备 CPU 的运行 STEP 7 步骤 5 在热备 CPU 中装入新的硬件配置 STEP 7 步骤 6 切换到已修正组态后的 CPU STEP 7 步骤 7 转换到冗余系统模式 STEP 7 步骤 8 更改和导入用户程序 vii

10 目录 在 STEP 7 中增添接口模板 在 STEP7 中删除部件 STEP 7 步骤 I 硬件配置的离线修改 STET 7 步骤 II 更改和导入用户程序 STEP 7 步骤 III 停止热备 CPU 的运行 STEP 7 步骤 IV 在热备 CPU 中装入新的硬件配置 STEP 7 步骤 V 切换到已修正组态后的 CPU STEP7 步骤 VI 转换到冗余系统模式 STEP 7 步骤 VII 硬件的更改 STEP 7 步骤 VIII 修改和装入组织块 在 STEP 7 中删除接口模板 修改 CPU 的参数 步骤 A 离线修改 CPU 参数 步骤 B 停止热备 CPU 的运行 步骤 C 在热备 CPU 中装入修改过的 CPU 参数 步骤 D 切换到已修正组态后的 CPU 步骤 E 转换到冗余系统模式 更改 CPU 的存储部件 扩展主存储器和 / 或装载存储器 更改装载存储器的类型 同步模板 S7-400H 的同步模板 使用光纤敷设电缆 技术参数 CPU 414-4H 的技术参数 6ES HJ00-0AB CPU 417-4H 的技术参数 6ES HL01-0AB 冗余 I/O 的 FC 和 FB 运行时间 A 冗余可编程逻辑控制器的特征值... A-1 A.1 基本概念... A-2 A.2 对选择的配置进行 MTBF 比较... A-3 A.2.1 带有中央 I/O 的系统配置... A-3 A.2.2 带有分布式 I/O 的系统配置... A-4 A.2.3 带有标准和容错通讯的系统配置比较... A-6 B C D E 单一运行...B-1 从 S5-H 至 S7-400H 的转换...C-1 C.1 总体介绍... C-1 C.2 组态编程和诊断... C-1 容错系统和标准系统之间的区别...D-1 用于 S7-400H 的功能模板和通讯处理器...E-1 F 冗余 I/O 连接举例... F-1 F.1 SM 321 DI 16 X DC 24V 6ES7321-7BH00-0AB0... F-2 F.2 SM 322 DO 32 X DC 24V/0.5A 6ES7322-1BL00-0AA0... F-3 F.3 SM 331 AI 8 X 12 位 6ES7331-7KF02-0AB0... F-4 viii

11 1 容错可编程控制器 本章介绍一种具有冗余和容错技术的可编程控制器 章节 说明 页码 1.1 SIMATIC 系列冗余式可编程控制器 增加系统可用性

12 容错可编程控制器 1.1 SIMATIC 系列冗余式可编程控制器 当前 在工业化的各个领域中 只有实施高度的自动化技术 才能获得既经济 又节省资 源和降低污染的产品 同时又要求安全型可编程控制器具有最大限度的分散功能 西门子公司的冗余式可编程控制器已经在实际运行中证明了自己的优势 并且有成千上万 台已在实际中使用或许读者已经对容错系统中的一种很熟悉了 如 SIMATIC S5-115H 和 S5-155H 或者是 具有出错保护功能的 S5-95F 和 S5-115F 系统 S7-400H 是最新一代的具有容错技术的 PLC 其内容在后面的章节中介绍它是 SIMATIC S7 系列产品中的一员这表明它具有 SIMATIC S7 产品所具有的所有优点 冗余式 PLC 的操作对象使用冗余式可编程控制器可以获得更高的可用性或容错性能 冗余自动化系统 例如 容错 1OO2 目的减少由于切换到热备系统时丢失各种生产功能的可能性 安全系统中 1OO2 目的通过安全地非直接连接的方法连到一个可靠的 Off 位置以保护设备的使用寿命环境和投资者的利益 图 1-1 冗余式可编程控制器的使用目的 请注意容错系统和安全系统的区别 S7-400H 是容错式可编程控制器只有当控制过程需要附加的手段以保证其相关的安全性时才使用 为什么需要容错式可编程控制器使用高可用性的可编程控制器的目的是为了减少生产损失不管是故障带来的损失还是维修工作引起的损失停工的成本越高越需要容错系统容错系统的高投入会很快被避免的生产损失所补偿 软件冗余性 在很多的实际应用中对冗余质量的要求或者对冗余 PLC 必备系统各部分的数目的要求都不能确保专业容错系统的使用通常简单的软件机制就足以允许当错误事件发生时在一个替代系统中继续运行没能正常执行的控制任务 1-2

13 容错可编程控制器 SIMATIC S7 Software Redundancy 可选软件可以在 S7-300 和 S7-400 标准系统上运行去控制生产过程出现故障时可在几秒内转换到替代系统可用于例如水厂水处理系统或交通流量控制系统 1.2 增加系统可用性 S7-400H 可编程控制器满足高可用性的需要是一种智能化和分布性达到了最新技术水平的可编程控制器进一步讲该系统在控制调节与监视单元和系统的全部功能以及获取和准备过程数据的全部功能中都起着重要的作用 系统的广泛适用性 S7-400H 可编程控制器和所有的其它 SIMATIC 产品 如 SIMATIC PC S7 系统 都是协调 一致的 从控制台到各种传感器以及各种驱动设置 整个系统的广泛性是一种必然的结果 并且能保证最高的系统性能 单用户使用的 OS 系统 打印机 服务器 服务器 客户机客户机工程系统 控制台 LAN 冗余 系统 PROFIBUS DP 冗余 DP/PA 总线耦合器 分布式 I/O 传感器 / 执行器 图 1-2 SIMATIC 的通用自动化解决方案 双重器件实现的累加可用性 S7-400H 是按冗余方式设计的 可以在任何事件发生后继续使用 这表明它所有的主要 器件都是双重的 按照方案设计成双重器件的有中央处理器 CPU 电源模板以及连接两个中央处理器的 硬件 用户可以自行决定在即将使用的自动化系统中是否需要更多的双重器件 以增强设备的可 用性 1-3

14 容错可编程控制器 冗余节点 冗余节点代表了带有容错器件的系统的容错性节点内的一个原件发生故障时不会影响和它相联的其它节点或整个系统的可靠性这就是冗余节点的独立性冗余节点链接中最薄弱的环节决定了整个系统的可用性对于 2002 系统如果有一个冗余节点的部件故障不会对整个系统的可操作性造成影响冗余节点链中的最弱链路决定了整个系统的可用性不会产生错误功能图 1-3 具有 2OO2 冗余性的冗余节点 图 1-3 网络中无错误功能的冗余性举例 可产生错误功能 在图 1-4 中 一个器件的故障就可以破坏每一个冗余节点 在被损伤的整个系统中不再具 有它的功能性 图 1-4 可产生错误功能的 2OO2 系统的冗余性举例 冗余节点故障 完全故障 在图 1-5 中 由于 1OO2 冗余节点的两个子器件都出现了故障 则不能再运行整个系统 完全故障 具有 2OO2 冗余性的冗余节点 图 1-5 2OO2 系统中完全故障发生时的冗余性举例 1-4

15 2 S7-400H 系统安装选项 第一部分介绍容错式 S7-400H 可编程序控制器的基本组态和 S7-400H 基本型系统器件然后介绍在基本型系统基础上扩展的各种硬件 第二部分介绍应用软件用户用它对 S7-400H 进行组态和编程另外对比 S7-400 标准型系统进一步介绍它的扩展功能让用户在编程中使 S7-400H 发挥更强的作用以加强其可用性 章节说明页码 2.1 S7-400H 基本型系统 S7-400H 的 I/O 设备 通讯 组态与编程工具 用户程序 文件

16 S7-400H 系统安装选项 图 2-1 展示了带分布式 I/O 设备的 S7-400H 的配置形式并且将它联到一个冗余系统的总线上下面将逐步介绍配置和运行 S7-400H 所必备的硬件和软件 操作员站 可视化系统 冗余系统总线 以太网 ET200M 分布式 I/O 冗余式 PROFIBUS-DP ET200M 分布式 I/O 图 2-1 概述 进一步说明 S7-400 标准型系统的各个部件也可以用在容错式 S7-400H 可编程控制器中有关 S7-400 的所有硬件的详细介绍请查阅自动化系统 S7-400 和 M7-400 以及模板数据参考手册 使用容错式 S7-400H 可编程控制器时其用户程序设计和模块的使用方法的各种规则与标准型 S7-400 系统的规则一致请注意 STEP7 编程手册中的说明以及 S7-300/400 系统软件系统和标准功能参考手册中的说明 2-2

17 S7-400H 系统安装选项 2.1 S7-400H 基本型系统 基本型系统的硬件 S7-400H 基本型是指 S7-400H 的最小配置基本型系统由构成容错式控制系统的必备硬件单元组成图 2-2 展示了安装中的部件可以用 S7-400 系列中的标准模板对基本型系统进行升级在功能上和通讯处理器方面有一些约束条件请看附录 E UR2H 机架 S7-400H 基本型系统 机架 0 机架 1 2 个 CPU 4 个同步化子模板 图 2-2 S7-400H 基本型系统的硬件 2 根光缆 中央处理单元 S7-400H 的核心是两个中央处理单元 CPU 须将同步化子模板插到 CPU 内对其进行设置并决定机架的号码下面我们把机架 0 中的 CPU 定义为 CPU0 机架 1 中的 CPU 定义为 CPU1 S7-400H 的安装机架建议使用 UR2-H 机架安装 S7-400H 此机架可以安装 2 个独立的子系统 每个系统含有 9 个槽 适合安装到 19 英寸宽的机柜中 另外还可以在两个独立的安装机架中配置 S7-400H 为此提供有两个安装机架 UR1 和 UR2 电源 同步子模板 可从 S7-400 标准系列单元中选择电源模板每个容错 CPU 需要一个电源模板更准确地说 S7-400H 双子系统中的每个子系统都需要一个电源模板 电源模板的额定输入电压可以是 24V DC 也可以是 120/230V AC 输出电流为 10A 和 20A 若要加强供电能力 每个子系统也可以采用冗余供电方式 在这种情况下 需使用 PS AR 电源模板 其额定电压为 120/230V AC 输出功率的电流为 10A 用同步化子模板连接两个中央处理器 它们已放置在中央处理器内部 并由光缆完成互连 任务 2-3

18 S7-400H 系统安装选项 每个 CPU 内需配置 2 块同步子模板 光纤电缆 光缆用在同步子模板内用它完成 2 个中央处理器之间的物理连接冗余链接方式 2.2 S7-400H 的 I/O 模板 事实上 SIMATIC S7 系统范围内的任何输入 / 输出模板都可以用在 S7-400H 上 I/O 模板 可以用在 中央控制器 扩展单元中 PROFIBUS DP 总线上的分散型单元有关在 S7-400H 上使用的各功能模板 FM 和各通讯处理器 CP 资料可参阅附录 E I/O 设备的组成方式除了电源和中央处理器为冗余式模板外 输入 / 输出模板可按下列方式配置 具有一般可用性的单通道单路配置模式采用单通道单路输入 / 输出模板单通道此输入 / 输出模板只位于一个子系统中并且只能被此子系统读取 具有增强可用性的单通道切换式配置模式采用单通道切换式分布式配置的单输入 / 输出模板该模板可以由两个子系统中的任何一个进行寻址 双通道容错冗余配置对于双通道冗余配置 I/O 模板的数量可以加倍并可通过两个子系统寻址 进一步说明 在第七章中提供 I/O 模板使用方法的详细说明 2.3 通讯 SIMATIC 系统范围内提供的任何通讯单元都可以完成 S7-400H 的通讯任务所使用的通讯单元既可以用在中央 I/O 环境中也可以用在分布式 I/O 环境例如 系统总线工业以太网 点对点连接 通讯可用性 可以改变 S7-400H 的通讯能力 S7-400H 使用不同的通讯方法来满足不同的实际需要通讯方法可以是简单的线性网络结构也可以是冗余式双光缆环路 PROFIBUS 或工业以太网采用的容错式通讯技术完全支持 S7 产品的通讯功能 2-4

19 S7-400H 系统安装选项 编程和组态 进一步说明 如果没有使用附加的硬件部件与标准型系统相比编程和组态工作在内容上几乎没有差别容错式连接只需要进行组态而不需要其它专门的编程工作容错式通讯所需要的所有通讯功能都已经集成在容错 CPU 的操作系统中并能在后台自动运行例如通讯连接的监视以及当故障事件发生后自动切换到冗余连接方式 在第 8 章中给出通讯方面的详细说明 2.4 组态和编程工具 类似于 S7-400 用 STEP7 完成配置后 S7-400H 也可以使用 STEP 7 进行组态和编程 可以把 S7-400H 看成一般的 S7-400 系统 这表明用户可以使用所有的有关 SIMATIC S7 的知识例如在编写用户程序时所考虑的限定条件就比较少然而在配置容错系统时还是有一些专门的附加条件因为冗余单元的工作是由操作系统来监视的当故障事件发生后可以独立地执行切换工作用 STEP7 组态时已经将所需信息组态进去并通知系统 可以从在线帮助 Help 和第九章中获取更详细的资料 所需软件 对于组态和编程 需要可选 H 软件包 可选软件 能在 S7-400 系统上使用的所有的标准软件工具以在 S7-400H 上使用 工程用软件工具和运行软件工具都可 2.5 用户程序 适合标准 S7-400 系统设计和编程的规则同样适用于 S7-400H 用户程序以相同的形式存贮在两个中央处理器中并且同时被执行同步事件 以用户程序执行的观点看 S7-400H 的作用几乎和标准系统一样 同步功能已被集成在 操作系统中 自动运行 并且全部采用后台操作方式 在用户程序中完全没有必要考虑这 些功能 数据刷新导致循环处理时间的延长 为了对此能有所作为 提供一些专用功能块去优化用 户程序 从而达到使用目的 S7-400H 系统的专用块除了那些既可以在 S7-400 上使用也可以在 S7-400H 上使用的功能块外提供一些针对冗余性能的功能块组态下列功能模块能对 S7-400H 的冗余故障起作用 S7-400H 系列还 2-5

20 S7-400H 系统安装选项 OB70 I/O 冗余故障 OB72 CPU 冗余故障利用系统功能 SFC90 H_CTRL 用户可以禁用和重新启用容错 CPU 的链接和更新也可以对循环自检程序的范围和执行起作用 注意 在一个安全型系统中 周期自检程序不能被禁止后再使能 详细资料请参阅 S7-400F 和 S7-400FH 可编程序控制器使用手册 进一步说明 有关上述功能块编程的更详细的资料请查阅 STEP7 编程手册和 S7-300/400 系统软件统和标准功能手册 系 2.6 文件 下图展示了 S7-400H 自动化系统不同组态和应用的总体概述 对象 文件 硬件冗余式供电电源模板机架 UR2-H IM S7/M7 400 标准文件安装模板规范指令列表 ET 200M 分布式 I/O 容错系统专用编程 S7-400H- 专用 OB SFC SSL 事件和故障帮助 S7-400H 专用扩展 专门针对容错系统的文件 容错系统 S7-400H 的配置选择 快速入门 S7-400H 的系统模式 链接 Link-up 和更新 Update I/O 通讯 用 STEP 7 选件包组态 故障和替换 系统修正 STEP 7 文件用 STEP 7 V5.2 编程系统和标准功能使用手册和在线帮助 S7-400H PLC 容错系统使用手册和在线帮助 图 2-3 容错系统的用户文件 注意图 2-3 所列的手册都可以在 S7-400H 产品 CD 上查到 2-6

21 3 快速入门 本章通过列举实例并给出效果带领用户逐步完成对系统的创建 用户可以学到如何使用 S7-400H 可编程控制器进行操作 并逐步熟悉系统在故障事件中的响应 大约需要 1-2 小时的学习时间 这主要根据用户已经拥有的经验而定 章节 说明 页码 3.1 要求 配置硬件并启动 S7-400H 容错系统故障响应举例

22 快速入门 3.1 要求 必须满足下列要求 在可编程器上需正确安装 STEP 7 标准软件和符合版本要求的 S7 容错系统 选件包 请 看 9.1 节 硬件配置对模板的要求 一套 S7-400H PLC 包括 - 1 个安装机架 UR2-H - 2 个电源模板 PS A - 2 个容错 CPU CPU 414-4H 和 CPU 417-4H - 4 个同步化子模板 - 2 根光缆 一个 ET 200M 分布式 I/O 设备的底板总线上插有 - 2 个 IM 个数字量输入模板 SM 321 DI 16 DC 24V - 1 个数字量输出模板 SM 322 DO 16 DC 24V 必备的附件如 PROFIBUS 屏蔽电缆等 3.2 配置硬件并启动 S7-400H 安装硬件 按图 3-1 所示配置 S7-400H 步骤如下 机架 0 机架 1 ET200M 分布式 I/O 图 3-1 硬件配置 1. 按 S7-400 M7-400 可编程控制器硬件和安装 / 模板规范手册中所给出的方法配置 S7-400H PLC 的两个子系统另外还需要做 3-2

23 快速入门 - 通过同步子模板上的开关设置安装机架的号码 CPU 通电后此号码生效此后通过方式选择器使存贮器复位如果机架号码设置的不对则用户不能进行在线访问而且在某些情况下 CPU 不能运行 - 将同步子模板插到 CPU 板中拧紧附加的前盖板即可请参阅 S7-400 M7-400 可编程控制器硬件与安装 - 连接光缆将两个位于上部的同步子模板与 2 个位于下部的同步子模板相连将光缆放好保护它们不要受到任何损伤应确保路由线路通畅两根光缆的铺设应是相互分离的分离铺设光缆可以加强其可用性并避免可能发生的双重故障即两条光缆同时中断另外在打开电源或启动系统之前要确保光缆已经和 CPU 连上如果没有连接上两个 CPU 也许都会作为主 CPU 处理用户的程序 2. 按 ET 200M 分布式 I/O 设备手册上的说明配置分布式 I/O 设备 3. 将编程器连到第一个容错 CPU CPU0 上此 CPU 为 S7-400H 的主 CPU 4. 通电后执行一个高质量的 RAM 检测工作 RAM 中每兆字节大约需要 8 秒钟的检查时间这段时间内 CPU 不接受通过多点接口来的数据并且 STOP LED 灯闪烁如果有备用电池再次通电后就不再做此项检查工作了 5. 利用方式选择器完成对每个 CPU 存贮器的复位工作 执行的目的是将同步化模板所 在的安装机架号码设置到 CPU 操作系统中 6. 每个 CPU 单独进行工作 其内容和 S7-400 M7-400 可编程控制器 硬件和安装手 册中的说明一致 装入程序后执行一个热启动操作 首先启动主 CPU 然后启动热 备 CPU 7. 将 S7-400H 的两个 CPU 切换到 STOP 状态 启动 S7-400H 按下列步骤启动 S7-400H 1. 打开 SIMATIC 管理器中的 H Project 其配置方法与 Requirements 中说明 的硬件配置方法一样 2. 选中 Hardware 对象配置 点击鼠标右键选中下拉菜单中的 Object Open 命令 打开项目的硬件配置 当硬件配置与项目的实际情况相同时 可直接进行步骤 6 3. 如果硬件配置内容和项目的实际情况不符例如模板类型 MPI 地址或 DP 地址用户必须根据实际情况调整和保存项目内容在基本帮助栏目中可以找到有关 SIMATIC 管理器的使用说明 4. 打开 S7 Program 文件夹中的用户文件离线状态下只能看到 CPU0 的 S7 Program 文件夹标签用户程序按给定的说明在配置好的硬件上执行同时数字量输出模板上表示运行的 LEDs 灯持续点亮 5. 如果需要可修改用户程序例如使之适应用户的硬件配置然后保存 6. 用应命令 PLC Download 将用户程序装入 CPU0 中 7. 将方式选择器开关拨到 RUN-P 位置 启动 S7-400H 首先启动 CPU0 然后启动 CPU1 结果 CPU0 作为主 CPU 启动 CPU1 作为热备 CPU 启动 在热备 CPU 链接并更 新后 S7-400H 转换到冗余系统工作方式并且执行用户程序 数字量输出模板上的 运行灯点亮 3-3

24 快速入门 注意 可以利用编程器启动和停止 S7-400H 可编程控制器的工作助中提供了更详细的资料说明 S7-400H 选件包上的在线帮 3.3 容错系统故障响应举例 举例 1 举例 2 中央处理器或电源出现故障初始状态 S7-400H 处在冗余工作方式 1. 关掉电源使 CPU0 不能工作结果 CPU1 上的 REDF IFM1F 和 IFM2F 灯点亮 CPU1 进入 Solo 模式用户程序继续运行 2. 重新接通电源结果 - CPU0 自动执行 LINK-UP 链接和 UPDATE 更新 - CPU0 切换到 RUN 模式并作为热备 CPU 进行操作 - S7-400H 处在冗余工作方式 一根光缆出现故障 初始状态 S7-400H 处在冗余工作方式 每个 CPU 的模式选择开关处在 RUN 或 RUN-P 位置 1. 断开一根光缆 结果 两个 CPU 上的 REDF 和 IFM1F 或 IFM2F 取决于哪根光缆没有连上 灯点 亮 从前的主 CPU CPU0 转成单一模式 继续运行用户程序 2. 连好先前断开的那根光缆 3. 重新启动从前的热备 CPU CPU1 该 CPU 现在处于 STOP 模式 结果 - CPU1 自动执行 LINK-UP 链接 和 UPDATE 更新 - S7-400H 转为冗余系统工作方式 3-4

25 4 CPU 41x-H 的安装 本章一览 章节 说明 页码 4.1 CPU 的控制和显示单元 CPU 的功能监控 状态和故障指示灯 模式选择器 扩展存储器 多点接口 MPI PROFIBUS-DP 接口 S7-400 CPU 参数概述 CPU 41x H 作为 Profibus DP 主站 一致性数据

26 CPU 41x-H 的安装 4.1 CPU 的控制和显示单元 CPU 414-4H/417-4H 的操作和显示元件模板名称型号缩写订货号和固件版本 INTF EXTF BUS1F BUS2F FRCE RUN STOP 指示灯 存储卡插槽 REDF IFM1F IFM2F MSTR RACK0 RACK1 指示灯 模式选择器 下盖板 下盖板 MPI/PROFIBUS DP 接口 同步子模板 1 存储卡插槽 PROFIBUS DP 接口 外部备用电压输入电源左侧金属罩下存储器扩展接口 * 同步子模板 2 存储卡插槽 * 仅适用于 CPU 417-4H 图 4-1 CPU 414-4H/417-4H 的控制和显示元件布局 指示灯 LED 表 4-1 简述了每个 CPU 上的指示灯 第 4.2 节描述了这些指示灯所指示的状态和故障 4-2

27 CPU 41x-H 的安装 表 4-1 CPU 的指示灯 LED 颜色含义 INTF 红色内部故障 EXTF 红色外部故障 FRCE 黄色当前强制请求 RUN 绿色 RUN 模式 STOP 黄色 STOP 模式 BUS1F 红色 MPI/PROFIBUS DP 接口 1 处总站故障 BUS2F 红色 PROFIBUS DP 接口 2 处总站故障 MSTR 黄色 CPU 执行过程 REDF 红色冗余丢失 / 冗余出错 RACK0 黄色机架 0 中的 CPU RACK1 黄色机架 1 中的 CPU IFM1F 红色接口子模板 1 出错 IFM2F 红色接口子模板 2 出错 操作模式选择器你可以使用模式选择器选择当前的 CPU 运行模式 模式选择器有 4 个档位 可以选择不 同的保护级 来限制任何程序更改或启动选项 STOP - RUN 转换 第 4.4 节阐述了模式选择器的功能和 CPU 的防护级 存储卡插槽 在该插槽中可以插入存储卡有两种类型的存储卡 RAM 卡使用 RAM 卡可以扩展 CPU 的装载存储器 FLASH 卡使用 FLASH 卡 可以保存你的用户程序和数据以防故障 甚至是无热备电池时 既可以在编程器上也可以在 CPU 中对 FLASH 卡编程 FLASH 卡还可以扩展 CPU 的装载存储器 关于存储卡的详细信息 参见第 节 用于扩展存储器的接口 CPU 417-4H 提供有一个附加接口 用于扩展存储器 由此 可以扩展工作存储器 见 第 4.5 节 接口模板插槽 H 同步模板可以插入该插槽中 MPI/DP 接口你可将以下设备连接到 CPU 的 MPI 例如 4-3

28 CPU 41x-H 的安装 编程器 操作和监控设备 附加 S7-400 或 S7-300 控制器见第 4.6 节 使用带有角形出线电缆的总线连接器见安装手册第 7 章 你还可以将 MPI 接口作为 DP 主站组态 并使用它作为一个 PROFIBUS DP 接口 可最 多连接 32 个 DP 从站 Profibus-DP 接口你可以连接分布式 I/O 编程器 /OP 和其它 DP 主站到 PROFIBUS DP 接口 连接外部备用电流到 EXT. BATT. 插座 你可以使用一个或两个热备电池 这取决于模板类型 在 S7-400 的电源模板中进行 以下工作 为已保存在 RAM 中的用户程序提供备用电源 确保存储器标记定时器计数器系统数据和标志数据块中的数据具有记忆性 为内部时钟提供备用电源 如果在 CPU 的 EXT. BATT. 5V 和 15 V 之间施加直流电压可以实现相同的热备 EXT.BATT. 反极性保护 输入具有以下功能 短路电流限制 20 ma 为连接外部电源到 EXT. BATT. 插座需要使用一根带有 Ø 2.5 mm 插头的电缆如下图所示请注意插头的极性 正极负极 Ø 2.5 mm 插头 注意如果想更换一个电源模板 而同时并想为保存在 RAM 中的用户程序和上述数据 提供一 个备用电源 将需要在 EXT. BATT. 插座中提供外部输入电源 4-4

29 CPU 41x-H 的安装 4.2 CPU 的功能监控 监控和故障报文 CPU 硬件和操作系统都具有监控功能 以保证系统功能正确 并可对故障作出响应 用 户程序会对许多故障作出响应 下表将简述可能的故障及其原因和 CPU 的响应 在每个 CPU 中 还可提供测试和信息功能 并可使用 STEP 7 调用 故障 / 出错类型 故障原因 操作系统的响应 故障指示灯 时钟脉冲故障 处理器时钟脉冲故障监控 发出 OD 输出 - 系统停机 禁用 信号 禁用数 字量输出 存取出错 模板故障 SM FM CP EXTF 指示灯亮 EXTF 直到故障被响应 在 SM 中 OB 122 调用 诊断缓冲区中的 输入 对于输入模板 累加器或过程映 像中的日期输入 为 0 对于其它模板 OB 122 调用 定时错误 用户程序 OB1 和所有中断 INTF 指示灯亮 INTF 电源模板故障 ( 非电源故障 ) 诊断中断 插 / 拔中断 以及出错 OB 超过规定最大循环时间 OB 请求出错 起始信息缓冲区溢出 时间出错中断在集中式或分布式 I/O 机架中 在电源模板中至少有一个备用电池没电了 备用电压丢失 给电源模板供电的 24 V 电源故障具有中断能力的一个 I/O 模板报告一个诊断中断 插入一个电源模板或拔出一个电源模板并插入一个不正确的模板类型如果在缺省参数设置的 CPU 处于 STOP 方式时只拔出所插入的电源模板 EXTF 指示灯不亮如果没有再 直到故障被响应 OB 80 调用如果没有装载 OB CPU 进入 STOP 方式 OB 81 调用如果没有装载 OB CPU 继续运行 OB 82 调用如果没有装载 OB CPU 进入 STOP 方式 OB 83 调用如果没有装载 OB CPU 进入 STOP 方式 EXTF EXTF EXTF 4-5

30 CPU 41x-H 的安装 故障 / 出错类型 故障原因 操作系统的响应 故障指示灯 插入电源模板 指示灯将闪亮 优先级错误 调用了优化级但没有相应的 OB OB 85 调用如果没有装载 OB INTF 对于 SFB 调用背景数据块 CPU 进入 STOP 丢失或故障 方式 在过程映象更新过程中出错 EXTF 机架 / 站故障 扩展机架中的电源故障 DP 线路故障 耦合线路故障接口模板丢失 或故障 线路中断 通讯错误 状态信息不能被输入到数据 块中 不正确的帧标识符 帧长度出错 非法的全局标识号 数据块访问出错 取消处理 一个程序块的处理被取消 取 消的可能原因是 嵌套深度太深 主站控制继电器嵌套深度太 深 同步故障嵌套深度太深 块调用 i 栈 嵌套深度太 深 块调用 b 栈 嵌套深度太 深 本地数据分配出错 未知指令 带有名称的子指令超出块范 围 编程错误 用户程序中的机器代码出错 BCD 转换错误 范围长度出错 范围出错 调整出错 写出错 计时器编号出错 计数器编号出错 块编号出错 块未装入 MC7 代码出 编译的用户程序出错 例如非 错 法 OP 代码或跳过块结束 OB 86 调用如果没有装载 OB CPU 进入 STOP 方式 OB 87 调用如果没有装载 OB CPU 进入 STOP 方式 OB 88 调用如果没有装载 OB CPU 进入 STOP 方式 OB 121 调用如果没有装载 OB CPU 进入 STOP 方式 CPU 进入 STOP 方式重新启动或存储器复位 EXTF INTF INTF INTF INTF 4-6

31 CPU 41x-H 的安装 4.3 状态和故障指示灯 RUN 和 STOP 指示灯 RUN 和 STOP 指示灯可以提供有关当前激活的 CPU 运行数据的信息 指示灯 RUN STOP 含义 H D CPU 处于 RUN 模式 D H CPU 处于 STOP 模式 用户程序没有处理 可以进行重启动 或热启动 如果 STOP 状态由于一个故障触发 还可设定故 障指示 INTF 或 EXTF B 2 Hz B 2 Hz CPU 处于 DEFECT 状态 INTF EXTF 和 FRCE 指示灯闪亮 B 0.5 Hz H HALT 状态已由一个测试功能触发 B H 已触发一个热启动 根据所调用 OB 的长度 执行热启动会需 2 Hz 要一分钟或更长时间 如果 CPU 仍不能进入 RUN 有可能 在系统配置中出现错误 B B 未缓冲 POWER ON 自检运行 2 Hz 2 Hz x B CPU 请求存储器复位 0.5 Hz x B 2 Hz 存储器正在复位 D= 指示灯灭 H= 指示灯亮 B= 指示灯以规定频率闪亮 x= 与指示灯状态无关 MSTR INTF RACK0 和 RACK1 MSTR RACK0 和 RACK1 三个指示灯可提供有关在同步模板中组态的安装机架编号以 及 CPU 过程控制切换式 I/O 模板的信息 指示灯 MSTR RACK0 RACK1 含义 H x x CPU 过程控制切换式 I/O x H D 机架 0 中的 CPU x D H 机架 1 中的 CPU D = 指示灯灭 H = 指示灯亮 x = 与指示灯状态无关 EXTF 和 FRCE 三个指示灯 INTF EXTF 和 FRCE 三个指示灯可提供有关故障和用户程序运行过程中的特殊事件信 息 指示灯 INTF EXTF FRCE 含义 H x x 检测到一个内部错误 编程或参数赋值错误 x H x 检测到一个外部错误即错误原因不能追溯到 CPU 模板 x x H 强制请求有效 H = 指示灯亮 x = 与指示灯状态无关 4-7

32 CPU 41x-H 的安装 BUSF1 和 BUSF2 指示灯 BUSF1 和 BUSF2 指示灯可以指示有关 MPI/DP 接口和 PROFIBUS DP 接口的故障指示灯含义 BUS1F BUS2F H x 在 MPI/DP 接口中检测到一个错误 x H 在 PROFIBUS DP 接口中检测到一个错误 B x DP 主站 DP 从站 x B DP 主站 DP 从站 H= 指示灯亮 B= 指示灯闪亮 x= 与指示灯状态无关 PROFIBUS DP 接口 1 中有一个或多个从站没有应答没有被 DP 主站编址 PROFIBUS DP 接口 2 中有一个或多个从站没有应答没有被 DP 主站编址 IFM1F 和 IFM2F 指示灯 IFM1F 和 IFM2F 指示灯可以指示第一个和第二个模板接口中的故障指示灯含义 IFM1F IFM2F H x 在模板接口 1 中检测到一个错误 x H 在模板接口 2 中检测到一个错误 H= 指示灯亮 x= 与指示灯状态无关 REDF 指示灯 REDF 指示灯可以指示具体的系统状态和冗余故障 REDF 指示灯系统状态边界条件 闪亮 0.5 Hz 正在链接 - 闪亮 2 Hz 更新 - 熄灭 冗余 CPU 冗余配置 没有冗余错误 亮 冗余 CPU 冗余配置 有一个 I/O 冗余错误 DP 主站故障或 DP 主站系统部分或全部故障 DP 从站冗余丢失 除冗余 链接 更新之外的 - 所有系统状态 诊断缓冲区 你可以从诊断缓冲区中读取 STEP 7 中的故障原因 PLC -> 模板信息 4-8

33 CPU 41x-H 的安装 4.4 模式选择器 模式选择器的功能使用模式选择器 可以将 CPU 置入 RUN/RUN-P 或 STOP 模式 或复位 CPU 的存储 器 STEP 7 还提供有更改模式的其它选项 位置 模式选择器是一个按键开关 图 4-2 描述了模式选择器的可能位置 图 4-2 模式选择器的位置 表 4-2 解释了模式选择器的位置在出现故障或存在启动问题时 CPU 将进入或保持在 STOP 模式不管模式选择器的位置如何 表 4-2 模式选择器的位置 位置 说明 RUN-P 如果没有启动问题或错误 并且 CPU 可以进入 RUN CPU 将执行用户 编程或空载运行 可以访问 I/O 按键在该位置无法拔出 程序可以被进行以下处理 使用编程器从 CPU 读取 CPU 编程器 传送到 CPU 编程器 CPU RUN 如果没有启动问题或错误 并且 CPU 可以进入 RUN CPU 将执行用户 编程或空载运行 可以访问 I/O 按键在该位置拔出 以防止运行模式被 无授权更改 使用编程器可以读取 CPU 中的程序 CPU% 编程器 当模式选择器处于 RUN 位置时 无法更改 CPU 中的程序 见 STEP 7 使用在 STEP 7/HWCONFIG STEP 7 V4.02 或以上 设定的密码可 以控制保护级 即 如果使用该密码 在模式选择器处于 RUN 位置时 也可以更改 CPU 中的程序 STOP CPU 不能处理用户程序 数字量信号模板被禁用 在这个位置钥匙可取出 以避免任何人改变运行模式 程序可以被进行以下处理 使用编程器从 CPU 读取 CPU 编程器 传送到 CPU 编程器 CPU MRES ( 主站复位 ) 钥匙开关的临时接触位置 用于 CPU 主站复位和冷启动 见下面几页 4-9

34 CPU 41x-H 的安装 保持级别 设定保护级 在 S7-400 的 CPU 中可以定义保护级以防止 CPU 中的程序被未授权访问你可以确定在哪一级用户可以无需特殊授权密码就可在 CPU 上执行哪些编程器功能使用密码可以执行所有编程器功能 你可以使用 STEP 7/ 组态软件设定 CPU 的保护级 1-3 使用模式选择器的手动复位功能 可以清除使用 STEP 7/ 组态软件设定的保护级 你还可以使用模式选择器设定保护级 1 和 2 表 4-3 列出了 S7-400 CPU 的保护级 表 4-3 S7-400 CPU 的保护级 保持级别 功能 开关位置 1 允许所有编程器功能缺省设置 RUN-P/STOP 2 允许将对象从 CPU 中装入编程器即 只允许读取 RUN 编程器功能 允许过程控制过程监控和过程通讯功能 允许所有信息功能 3 允许过程控制过程监控和过程通讯功能 - 允许所有信息功能 如果使用模式选择器和 STEP 7 设定了不同的保护级保护级 1 最低保护级 3 最高 存储器复位的操作顺序情形 A 你想将一个新用户程序全部下载到 CPU 中 1. 旋转模式选择器至 STOP 设置结果 STOP 指示灯亮 2. 旋转模式选择器至 MRES 位置并保持结果 STOP 指示灯将熄灭 1 秒钟亮 1 秒钟然后熄灭 1 秒钟后保持点亮 3. 将模式选择器旋回 STOP 位置 然后在接下来的 3 秒内 旋回 MRES 然后再旋回 STOP 位置 结果 STOP 指示灯以 2 Hz 至少闪亮 3 秒钟 执行存储器复位 然后持续点亮 情形 B 当 STOP 指示灯以 0.5 Hz 缓慢闪亮时 CPU 正在请求存储器复位系统存储器复位请求例如插入或拔出一个存储卡后旋转模式选择器至 MRES 位置然后旋回 STOP 位置 结果 STOP 指示灯以 2 Hz 至少闪亮 3 秒钟执行存储器复位然后持续点亮 存储器复位期间的完整说明 请参见 S7-400 M7-400 可编程控制器安装手册 第 6 章 冷起动 重启动 在冷启动后用户程序从头再开始执行将删除所有数据包括记忆性数据 暖起动 在重启动后 用户程序从头再开始启动 记忆性数据和数据块的内容被保留 4-10

35 CPU 41x-H 的安装 重启动 / 暖启动操作顺序 1. 旋转模式选择器至 STOP 设置结果 STOP 指示灯亮 2. 旋转模式选择器至 RUN/RUNP 设置 冷起动操作顺序 1. 旋转模式选择器至 STOP 设置结果 STOP 指示灯亮 2. 旋转模式选择器至 MRES 位置并保持结果 STOP 指示灯将熄灭 1 秒钟亮 1 秒钟然后熄灭 1 秒钟后保持点亮 3. 旋转模式选择器至 RUN/RUNP 设置 4.5 扩展存储器 使用 SIMATIC 管理器确定存储器要求可以在脱机属性块文件夹的对话区中脱机显示块长度 Blocks -> Object Properties - > Blocks tab 在脱机窗口中可以显示以下长度 PLC 的装载存储器大小不包括系统数据的所有块之和 PLC 的工作存储器大小不包括系统数据的所有块之和 编程设备 PG/PC 上的块长度不显示在块文件夹属性中 块长度以 [byte] 为单位显示 在块属性中将显示以下数值 所需局域数据数量局域数据按字节表示的大小 MC7 MC7 按字节表示大小或 DB 用户数据的大小 编程控制器中输入存储器的大小 编程控制器中工作存储器的大小只有在识别出硬件分配时才显示 显示时 与块是位于在线窗口还是离线窗口中无关 如果打开一个块文件夹并设定了 View Details 详细视图 RAM 的要求将显示在项目窗口中与块文件夹是位于在线窗口中还是离线窗口中无关选择所有有关块可以计算块长度的总和在这种情况下所选块长度的总和将显示在 SIMATIC Manager 的状态栏中 对于不能装入 PLC 中的块例如 VAT 不显示块长度 编程系统 PG/PC 上的块长度不显示在详细视图中 4-11

36 CPU 41x-H 的安装 使用存储卡扩展装载存储器 订货号 存储卡的订货号与技术规范列在本章的后面 安装 存储卡比信用卡稍微大一点并使用一个坚固的外壳保护存储卡可以插在 CPU 前面的插槽中插入端在存储卡上有明显标记 侧视图 正视图 存储卡名订货号 铭牌 卡紧装置 图 4-3 存储卡的设计 存储卡的功能 存储卡和 CPU 上的集成存储区一起形成了 CPU 的装载存储器 在运行时 装载存储器中 包含全部的用户程序 包括注释 符号 以及允许用户程序编译的特殊附加信息和所有模 板参数 存储卡中的内容以下数据保存在存储卡中 用户程序即块 OB FB FC DB 和系统数据 确定 CPU 行为的参数 S7-400 的存储卡类型在 S7-400 中 确定 I/O 模板行为的参数 对于 STEP 7 V5.1 还包括整个项目文件保存在相应的存储卡中 RAM 卡 使用两种存储卡 闪存 FEPROM 卡 4-12

37 CPU 41x-H 的安装 注意 第三方存储卡不能用在 S7-400 中 存储卡的选型是使用 RAM 卡还是使用闪存 Flash 卡取决于你想如何使用存储卡 表 4-4 存储卡的类型 如果你... 则 想将数据保存在 RAM 中 并想在 RUN 或 RUN-P 模式 应使用 RAM 卡 下修改程序 想在存储卡上长期保存用户程序即使断电没有后备电池或从 CPU 中拔出时 应使用闪存 Flash 卡 RAM 卡 FLASH 卡 当使用 RAM 卡时 你必须将该卡插入 CPU 中 以装入用户程序 用户程序可以借助 于编程器装入 你可以在 STOP 模式下或在 RUN-P 模式下将整个用户程序或单独部分例如 FB FC OB DB 或 SDB 装入装载存储器中 如果从 CPU 中取出 RAM 卡所保存的信息将丢失 RAM 卡没有内置后备电池 如果电源包含有一个功能性后备电池或 CPU 通过一个连接到 EXT. BATT. 插座的外部后备电流供电当断电时只要 RAM 卡插在 CPU 中并且 CPU 插在模板机架中 RAM 卡的存储内容都将保持 如果使用的是 Flash 卡 有两种方式可以装入用户程序 使用模式选择器将 CPU 置为 STOP 将 Flash 卡插入 CPU 中借助于编程器 PG 将用户程序装入装载存储器中 使用编程器在脱机模式下 将用户程序装入 Flash 卡中 然后将 Flash 卡插入 CPU 中 你只能使用 Flash 卡装入整个用户程序 使用编程器 可以将较小的程序段装入 CPU 中 的集成装载存储器中 如果程序有很大改动 必须将全部用户程序重新装入 Flash 卡 FLASH 卡不需要电源来保存其中内容即当 FLASH 卡从 CPU 中取出或 S7-400 无后备电源运行仍可保持其中内容在电源模板中无热备电池或无外部后备电流连接到 CPU 的 EXT. BATT. 插座 存储卡的容量所使用存储卡的容量取决于用户程序的大小以及使用功能模板或通讯模板的附加存储器需求关于存储器需求的详细信息请参见这些模板的使用手册 更换存储卡 按以下步骤更换存储卡 1. 将 CPU 设定为 STOP 模式 4-13

38 CPU 41x-H 的安装 注意 如果存储卡不是在 STOP 模式下取出 CPU 将进入 STOP 状态 STOP 指示灯每隔 3 秒钟闪烁一次以提示你进行存储器复位该步骤不受错误 OB 的影响 2. 取出存储卡 3. 插入一个新的存储卡 4. 在 CPU 中进行存储器复位 技术参数 名称 订货号 5V 电源消耗 后备电流 MC 952 / 256 Kbyte / RAM 6ES AH00-0AA0 一般 35 ma 一般 1 A 最大 80 ma 最大 40 A MC 952 / 1 Mbyte / RAM 6ES AK00-0AA0 一般 40 ma 一般 3 A 最大 90 ma 最大 50 A MC 952 / 2 Mbyte / RAM 6ES AL00-0AA0 一般 45 ma 一般 5 A 最大 100 ma 最大 60 A MC 952 / 4 MB / RAM 6ES AM00-0AA0 一般 45 ma 一般 5 A 最大 100 ma 最大 60 A MC 952 / 8 MB / RAM 6ES AP00-0AA0 一般 45 ma 一般 5 A 最大 100 ma 最大 60 A MC 952 / 16 MB / RAM 6ES AS00-0AA0 一般 9 ma 一般 5 A 最大 100 ma 最大 60 A MC 952 / 1 Mbyte / 5V Flash 6ES KK00-0AA0 一般 40 ma 最大 90 ma - MC 952 / 2 Mbyte / 5V Flash 6ES KL00-0AA0 一般 50 ma 最大 100 ma - MC 952 / 4 Mbyte / 5V Flash 6ES KM00-0AA0 一般 40 ma 最大 90 ma - MC 952 / 8 Mbyte / 5V Flash 6ES KP00-0AA0 一般 50 ma 最大 100 ma - MC 952 / 16 Mbyte / 5V Flash 6ES KS00-0AA0 一般 55 ma 最大 110mA - MC 952 / 32 Mbyte / 5V Flash 6ES KT00-0AA0 一般 55 ma 最大 110mA - MC 952 / 64 Mbyte / 5V Flash 6ES KY00-0AA0 一般 55 ma 最大 110mA - 外形尺寸 W x H x D [mm] 7.5 x 57 x 87 重量 最大 35 g 电磁兼容性保护 有 4-14

39 CPU 41x-H 的安装 使用存储器模板扩展 CPU 的工作存储器 存储器扩展 CPU 的工作存储器可以使用存储器模板扩展 注意以下几点 1. 如果只使用一个模板 必须插入插槽 1 中 2. 如果在插槽 1 中插有一个 4 Mbyte 的子模板 你只能再插入一个子模板 可能的组合如下组合 插槽 1 插槽 Mbyte Mbyte Mbyte 2 Mbyte 4 4 Mbyte 4 Mbyte 注意 只能使用设计用于 CPU 的存储器模板 警告模板可能会被损坏如果不遵守 ESD 导则会损坏 CPU 和存储卡在安装存储卡时必须遵守 ESD 导则 将存储卡插入 CPU 按如下进行 1. 松开 3 个螺钉从 CPU 的左侧取出盖 2. 将第 1 个存储卡斜向下大约 45 o 角推入插槽 1 中见图 4-4 注意卡前面的切口反极性保护 3. 将存储卡向下推入直到插槽滑道中挡片卡入插卡旁边的相应切口中应保证插卡端部的金属标志位于模板的金属边上 4. 根据需要可以以同样的方式将第二个存储卡插入插槽 2 中见图 将盖安放在 CPU 的左上侧并使用 3 个螺钉固定 注意 存储卡连接器应进行编码见图 4-5 在安装存储卡时禁止用力 应轻按导向支撑以取出存储卡见图

40 CPU 41x-H 的安装 插槽 1 插槽 2 图 4-4 将存储卡插入 CPU 铜标志 存储卡 切口 切口 导向支撑 反极性保护 导向支撑 插槽 1 和插槽 2 图 4-5 存储卡 4-16

41 CPU 41x-H 的安装 4.6 多点接口 MPI 可连接设备 你可将以下节点连接到 MPI 例如 编程器 PG/PC 操作和监控设备 OP 和 TD 其它 SIMATIC S7 可编程控制器某些可连接设备需要从接口供应 24 V 电源 该电压以非隔离形式提供 PG/OP-CPU 通讯一个 CPU 可同时保持与几个编程器 / 操作员面板的连接通讯 缺省设置是 这些连接中的 一个用于编程器 一个用于操作员面板 / 操作和监控单元 通讯和中断响应时间 注意 中断响应时间会由于最大读和写作业量 约 460 byte 而延时 CPU-CPU 通讯 对于 CPU-CPU 通讯 提供有 通过 S7 通讯的数据交换 选项 详细信息请参见 STEP7 编程手册 连接器 只能使用带有角形引出线的 PROFIBUS DP 总线连接器和编程器电缆连接到 MPI 见安装手册第 7 章 多点接口作为 DP 接口你也可以将多点接口 MPI 作为 DP 接口组态为此你可使用 SIMATIC 管理器在 STEP 7 中对 MPI 接口重新组态由此可以建立一个最多 32 个从站的 DP 线路 4.7 PROFIBUS DP 接口 可连接设备 所有标准 DP 从站都可连接到 Profibus DP 接口 CPU 作为 DP 主站并可通过 PROFIBUS-DP 现场总线连接到无源从站或其它 DP 主站某些可连接设备需要从接口供应 24 V 电源该电压以非隔离形式提供 连接器 只能使用用于 PROFIBUS DP 和 PROFIBUS 电缆的总线连接器 PROFIBUS DP 接口见安装手册第 5 章 将设备连接到 4-17

42 CPU 41x-H 的安装 4.8 S7-400 CPU 参数概述 缺省值 所有参数在交货时都有一个缺省设置这些缺省设置对应于全系列标准应用因此 S7-400 可以立即使用无需进一步设置使用 STEP 7 中的组态硬件可以找到 CPU 专用缺省值 块参数 CPU 的活动和属性都可通过参数定义 CPU 具有一个定义好的缺省设置 用户可以通过 修改参数改变这种缺省设置 下面简述了可组态 CPU 的可用系统属性 一般属性 例如 MPI 节点编号 启动 例如 用 POWER ON 上电 启动 循环 / 时钟存储器 例如 循环监控时间 记忆性 可以保存的存储器标志 定时器和计数器 存储器 例如 局域数据 说明 如果 例如 你设定的值比过程映象 诊断缓冲区输入的数量以及 ALARM- 8 块和 S7 通讯的最大数量大或小 程序代码和数据块可用工作存储器将减少或增 加这一数量 中断 过程中断 延时中断 异步错误中断 的优先级分配 日时钟中断 例如起动 时间间隔 优先级 监视器中断 例如优先级 时间间隔 诊断 / 时钟 例如 时间同步 保护级 H 系统专用参数 注意 缺省设置可记忆 16 存储字节和 8 个计数器 亦就是说 即使 CPU 重新启动 它们也不 会被删除 参数赋值工具使用 STEP 7 中的组态硬件可以设置每个 CPU 参数 注意 如果更改以下参数的现有设置在重新冷启动时操作系统会据此进行初始化 输入的处理图象的大小 输入的处理图象的大小 局域数据的大小 诊断缓冲区输入的点数 通讯资源这些初始化包括 - 使用装入值初始化数据块 - M C T I O 初始化为 0 与记忆性设置无关 4-18

43 CPU 41x-H 的安装 - 删除通过 SFC 生成的数据块 - 硬编码动态连接清除因为 X/I 块连接未从连接的有源侧组态 - 所有优先级都重新开始 专门保存的参数以下参数需专门保存在 H CPU 中 H CPU 的模板机架号 0 或 1 H CPU 的运行模式单一模式或冗余模式 这些参数在进行存储器复位时不能删除 并且不能在 HW Config 中进行更改 下面阐述 了如何更改这些参数 更改 H CPU 的机架号更改 H CPU 的机架号 1. 在同步模板上更改机架号 2. 无热备通电 3. 手工进行存储器复位 可按以下步骤进行 改变 H CPU 的运行模式 更改 H CPU 的运行模式 根据所期望的运行模式以及 CPU 的模板机架号 可如下进行 从冗余模式改为单一模式 1. 移出接口模板 2. 无热备通电即取出然后插入 CPU 3. 将项目装入被组态为单一模式的 CPU 中 从单一模式改为冗余模式模板机架号 0 1. 连接机架号 0 的同步模板组 2. 无热备通电即取出然后插入 CPU 3. 将项目装入被组态为冗余模式的 CPU 中 从单一模式改为冗余模式模板机架号 1 1. 连接机架号 1 的同步模板组 2. 无热备通电即取出然后插入 CPU 3. 将项目装入被组态为冗余模式的 CPU 中 4.9 CPU 41x-H 作为 Profibus DP 主站 引言 本章节将阐述当使用 CPU 作为 DP 主站并进行直接数据通讯组态时需要的特性和技术数据 注意上述说明适用于 V 版 CPU 4-19

44 CPU 41x-H 的安装 本章一览 其它参考 章节 说明 页码 CPU 41x 的 DP 地址区 CPU 41x 作为 DP 主站 CPU 41x 作为 DP 主站的诊断 4-24 有关总的配置 配置 PROFIBUS 子网络和对 PROFIBUS 子网络进行诊断的说明和信 息 可参阅 STEP 7 在线帮助系统 进一步说明 从 PROFIBUS DP 改为 PROFIBUS DPV1 的说明和信息 项目号 请浏览以下网址 CPU 41x 的 DP 地址区 CPU 41x 的地址区 表 4-5 CPU 41x 作为 Profibus DP 主站的 MPI/DP 接口 地址区域 414-4H 417-4H 各种情况下 MPI 接口作为 PROFIBUS DP 输入和输出 byte 各种情况下 DP 接口作为 PROFIBUS DP 输入和输出 byte 各种情况下在过程映象中可最多设置 x byte DP 诊断地址在地址区内为 DP 主站和每个 DP 从站至少占用 1 个字节例如在这些地址下可以调用每个节点的 DP 标准诊断 SFC 13 的 LADDR 参数你可以在组态时指定 DP 诊断地址如果没有指定任何的 DP 诊断地址 STEP 7 将从最高字节地址向下分配地址作为 DP 诊断地址 在主站 DPV1 模式 从站一般有两个诊断地址 CPU 41x 作为 DP 主站 引言 前提条件 本章节将阐述当使用 CPU 作为 Profibus DP 主站时需要的特性和技术数据 在调试之前必须将 CPU 组态为 DP 主站这就意味着你必须使用 STEP 7 进行 CPU 组态为一个 DP 主站 4-20

45 CPU 41x-H 的安装 分配一个 PROFIBUS 地址 选择一种运行模式 S7 兼容或 DPV1 分配一个诊断地址 连接 DP 从站到 DP 主站系统 注意 PROFIBUS DP 从站是否是 CPU 31x 或 CPU 41x 如果是你会在 PROFIBUS-DP 产品目录中找到这个从站并作为一个预组态站在 DP 主站中应为该 DP 从站 CPU 分配一个从站诊断地址然后连接 DP 主站和 DP 从站 CPU 并且指定与 DP 从站 CPU 交换数据的地址区 监视 / 修改 通过 PROFIBUS 编程作为 MPI 接口的替代改功能 可通过 PROFIBUS DP 接口对 CPU 编程或执行编程器的监视和修 注意通过 PROFIBUS DP 接口执行编程和监视 / 修改功能会延长 DP 循环时间 DP 主站系统的上电使用以下参数可以设置上电后执行 DP 主站监视功能 参数向模板的传送 模板报文即 DP 从站必须上电并在设定时间内由 CPU 作为 DP 主站进行组态 DP 主站的 PROFIBUS 地址所有 PROFIBUS 地址均允许 从 EN 到 DPV1 分布式 I/O 标准 EN 已进一步开发其开发结果涵盖在 IEC / IEC :2002 Ed1 CP 3/1 中在 SIMATIC 文件中这称为 DPV1 新版本有增有减 有些西门子自动化部件已具有 DPV1 功能为了能够使用这些新功能你应首先对你的系统进行一些稍微改动有关从 EN 到 DPV1 转换的详细说明请参见客户支持因特网中标题为 Changing from EN to DPV1 从 EN 转换为 DPV1 的常见问题 FAQ FAQ 标识号 支持 Profibus DPV1 功能的部件 DPV1 主站 集成有 DP 接口固件版本 3.0 的 S7-400 CPU CP 订货号 6GK DX03-0XE0 如果与上述 S7-400 CPU 之一一起使 用 DPV1 从站 来自 STEP 7 硬件产品目录及其系列名称下的 DP 从站可以以信息文本的形式识别为 DPV1 从站 4-21

46 CPU 41x-H 的安装 通过 GSD 文件集成在 STEP 7 中的 DP 从站 GSD Revision 3 以上 STEP 7 STEP 7 V5.1 DPV1 部件的运行模式 Service Pack 2 以上 S7 兼容模式 在这种模式下 部件符合标准 EN 但是 不可能使用全部的 DPV1 功能 DPV1 模式在这种模式下 可以利用 DPV1 的所有功能 站中不支持 DPV1 功能的自动化部 件仍可和以前一样继续使用 DPV1 和 EN 之间的兼容性 在转换为 DPV1 后 你可以继续使用所有以前的从站 但是 以前的从站不支持 DPV1 的 附加功能 即使没有转换为 DPV1 你也可以使用 DPV1 从站 此时 DPV1 从站和常规从站一样使 用 源自西门子的 DPV1 从站可以用于 S7 兼容模式 对于第三方 DPV1 从站 你将需要 一个 GSD 文件 以符合标准 EN50170 版本 3 或以上 使用 SFC 103 DP_TOPOL 确定 DP 主站系统中的总线拓朴结构提供有诊断中继器以增强运行过程中损坏模板或 DP 电缆中断的查寻能力该模板是一个从站可以确定 DP 线束的拓朴结构并记录其中的所有故障 你可以使用 SFC 103 DP_TOPOL 通过诊断中继器触发 DP 主站系统的总线拓朴结构 SFC 103 在相应的在线帮助和系统和标准功能手册中都有说明诊断中继器在 PROFIBUS DP 诊断中继器手册中有说明订货号 6ES7972-0AB00-8BA0 运行过程中的系统修改某些系统组态可以在 RUN 状态下进行修改 即使 H CPU 为单一模式运行 处理过程 最大可持续 2.5 秒 可组态 在该时间内 过程输出将保持其当前值 实际上 这不 会影响过程 尤其是处理工程系统 请参见 运行过程中使用 CiR 进行系统修改 手册 运行过程中的系统修改只能对分布式 I/O 进行 它需要显示在下图中的组态类型 为了简 化说明 在图中只显示一个 DP 主站系统和一个 PA 主站系统 4-22

47 CPU 41x-H 的安装 CPU 41x 的 MPI/DP 接口或 CP 41x-2 的 DP 接口或 CP ext 的外接 DP 接口模板. PROFIBUS DP 主站系统 DP Master 模块化 DP 从站 ET200M ET200S 或 ET200iS IM 157+ DP/PA 耦合器 SUBNETWORK PA 主站系统 PA 从站 ( 现场设备 ) 小型 DP 从站 PA 从站 ( 现场设备 ) 图 4-6 综述 运行过程中系统修改所需系统配置 运行过程中的系统修改硬件要求在调试阶段必须满足以下硬件要求以便能在运行过程中进行系统修改 S7 400-CPU 固件版本 V3.1.0 或以上 S7 400 H-CPU 只能在单一模式 如果使用的是一个扩展的 CP 必须为固件版本 V5.0 或以上 如果想为 ET 200M 添加模板 应使用 IM153-2 MLFB 6ES BA00-0XB0 或 IM153-2FO MLFB 6ES BB00-0XB0 另外 还需要将 ET 200M 与一 个具有足够大空间的有源底板总线安装在一起 以便于扩展 ET 200M 必须根据标 准 IEC 进行集成 如果你希望添加整个站应确保必需的连接器中继器等 如果你希望添加 PA 从站现场设备应在相应 DP/PA 链路中使用 IM157 MLFB 6ES AA82-0XA00 或以上 注意 你可以将能在和不能在运行过程中进行系统修改的部件进行任意混合 根据所选组态 有 可能会对在运行过程中进行修改的部件有所限制 运行过程中的系统修改软件要求需要使用 STEP7 V5.2 以便在运行过程中进行系统修改 在编写用户程序时 应使站故 障或模板故障等事件不会造成 CPU STOP 允许的系统修改概述在系统运行期间可以进行以下修改 为模块化 DP 从站 ET 200M ET 200S ET 200iS 添加模板如果它们符合标准 IEC

48 CPU 41x-H 的安装 在模块化从站 ET 200M ET 200S ET 200iS 现有模板上采用任意通道 在现有 DP 主站系统中添加 DP 从站 在现有 PA 主站系统中添加 PA 从站现场设备 在一个 IM157 后添加 DP/PA 耦合器 在现有 DP 主站系统中添加 PA 链路包括 PA 主站系统 为一个过程映象分区进行模板分配 重新组态 I/O 模板例如选择其它中断限值 取消修改可以删除已添加的模板 DP 从站和 PA 从站现场设备 CPU 41x 作为 DP 主站的诊断 用 LED 诊断 表 4-6 解释了 BUSF 指示灯的含义分配给 PROFIBUS-DP 接口的 BUSF 指示灯将始终点亮或闪烁表 4-6 CPU 41x 配置为 DP 主站时 BUSF 指示灯的含义 BUSF 含义如何去做 熄灭组态正确所有配置的从站均可寻址亮 总线故障硬件故障 DP 接口故障 多 DP 主站模式有不同的波特率仅在单一模式闪烁 站故障 至少有一个被分配的从站不能寻址 - 检查总线电缆是否短路或开路 评价诊断重新组态或修改组态数据 检查总线电缆是否连接 CPU 41x 或总线是否断开 等待一直到 CPU 41x 完成上电过程如指示灯没有停止闪烁则检查 DP 从站或评价 DP 从站的诊断 4-24

49 CPU 41x-H 的安装 用 STEP 7 读取诊断数据 表 4-7 用 STEP 7 读取诊断信息 DP 主站 STEP 7 中的块或选项 应用 参考... CPU 41x DP 从站诊断选项 在 STEP 7 用户接口上显示从站诊断文本 参见 STEP 7 在线帮助中的硬件诊断以及 STEP 7 用户手册 SFC 13 DPNRM_DG 读取从站诊断存储在用户程序中的数据区内 SFC 59 RD_REC 读取 S7 诊断记录 存 储在用户程序中的数据 区内 SFC 51 读取 SSL 子表 使用 RDSYSST SSLID W#16#00B3 调 用诊断中断中的 SFC 51 并读取从站 CPU 的 SSL 系统状态表 SFB 52 RDREC 对于 DPV1 从站 读取 S7 诊断记录 存 储在用户程序中的数据区内 SFB 54 RALRM 对于 DPV1 从站 读取相关中断 OB 中的 中断信息 在用户程序中评价诊断下图将介绍如何评价用户程序中的诊断 对于 CPU 41x 的组态 参 见 CPU 手册 对于 SFC 的组态 参见 系统和标准 功能 参考手册 对于其他 从站的组态 参见相应文 件 参见系统和标准功能参考手册 4-25

50 CPU 41x-H 的安装 CPU 41x 诊断事件 调用 OB 82 读取 OB82_MDL_ADDR 并读取 OB82_IO_FLAG = 输入 / 输出模板标识符 将 OB 82_MDL_ADDR 的第 15 位输入到 OB 82_IO_ADDR 的第 0 位结果诊断地址 OB82_MDL_ADDR* 对于相关部件的诊断调用 SFB 54 在 DPV1 环境中 MODE= 置为 1 诊断数据被输入到 TINFO 和 AINFO 参数中 诊断整个 DP 从站调用 SFC 13 在 LADDR 参数中输入诊断地址 OB82_MDL_ADDR* 诊断相关模板调用 SFC 51 在 INDEX 参数中输入诊断地址 OB82_MDL_ADDR* 在 S2 L_ID 参数中输入 ID W#16#00B3 (= 模板的诊断数据 ) 图 4-7 使用 CPU 41x 进行诊断 4-26

51 CPU 41x-H 的安装 具有 DP 从站功能的诊断地址在 CPU 41x 中 应为 PROFIBUS DP 分配诊断地址 确保在组态时将 DP 诊断地址同时 分配给 DP 主站和 DP 从站 S7-CPU 作为 DP 主站 DP 从站 PROFIBUS 你可以在组态时指定两个诊断地址 诊断地址 诊断地址 当配置 DP 主站时必须为 DP 从站在 DP 主站的相关项目中指定一个诊断地址在此后该诊断地址为所分配给的 DP 主站 通过该诊断地址 DP 主站接收 DP 从站或总线中断的状态信息见表 4-8 当配置 DP 从站时还必须为 DP 从站在 DP 从站的相关项目中指定一个诊断地址在此后该诊断地址为所分配给的 DP 从站 通过该诊断地址 DP 从站接收 DP 主站或总线中断的状态信息 图 4-8 DP 主站和 DP 从站的诊断地址 事件检测 表 4-8 说明 CPU 41x 作为 DP 主站如何在数据传输过程中识别 DP 从站的运行模式改变或中断 表 4-8 CPU 41x 作为 DP 主站的事件检测 事件总线中断短路插拔 DP 从站 RUN STOP DP 从站 STOP RUN DP 主站发生了什么 使用报文 Station failure 站故障 调用 OB 86 输入事件 分配给 DP 主站的 DP 从站诊断地址 对于 I/O 访问调用 OB 122 I/O 访问错误 使用报文 Faulty module 模板故障 调用 OB 82 输入事件 DP 从站的诊断地址分配给 DP 主站 标志 OB82_MDL_STOP=1 使用报文 Module ok 模板正常 调用 OB 82 输出事件 DP 从站的诊断地址分配给 DP 主站 变量 OB 82_MDL_STOP=0 在用户程序中进行评价 下表说明如何评价 DP 主站中的 DP 从站状态变化 例如 从 RUN 到 STOP 见 表

52 CPU 41x-H 的安装 在 DP 主站中在 DP 从站中 CPU 41x 诊断地址举例主站诊断地址 = 1023 主站系统中的从站诊断地址 =1022 CPU 用下列信息调用 OB 82 OB 82_MDL_ADDR=1022 OB 82_EV_CLASS:=B#16#39 输入事件 OB 82_MDL-DEFECT:= 模板故障提示 CPU 诊断缓冲区中有同样的信息在用户程序中也应包含 SFC 13 DPNRM_DG 以读取 DP 从站诊断数据我们建议在 DPV1 环境中使用 SFB 54 它将全部输出中断信息 诊断地址举例从站诊断地址 =422 主站诊断地址 = 无关 CPU RUN STOP CPU 可以生成一个 DP 从站诊断帧 4.10 一致性数据 就其内容和过程状态一起同时写入一个规定点的数据被称为一致性数据为了保持数据的一致性在处理或传输过程中不应对数据进行更改或更新 举例 1 举例 2 SFC 81 为了保证 CPU 在循环程序扫描期间有一个一致的过程信号映象在程序扫描之间应从过程映象输入中读取过程信号并在程序扫描之后写入过程映象输出因此在寻址地址区输入 I 和输出 O 的程序扫描过程中用户程序将寻址 CPU 的内部存储区域该区域中包含输入和输出的映象而不是直接访问信号模板 如果通讯块 例如 SFB 14 GET SFB 15 PUT 被一个具有较高优先级的过程中 断 OB 中断 会造成数据的不一致 如果现在该过程中断 OB 中的用户程序更改已部分 被通讯块处理的数据 所传输的数据将一部分是先前的数据 一部分是过程中断后处理的 数据 这意味着这些数据将不一致 UBLKMOV 使用 SFC 81 UBLKMOV 非中断块移动 你可以将一个存储区的内容 = 源区域 一致性地复制到不同的存储区 = 目标区域 该复制操作不会被其它操作系统活动所中 断 使用 SFC 81 UBLKMOV 你可以复制以下存储区域 存储标记 数据块内容 输入过程映像 输出过程映像 你最多可以复制 512 个字节的相容数据 例如 应考虑到操作表中某些 CPU 的限制 4-28

53 CPU 41x-H 的安装 由于复制过程不能中断 在使用 SFC 81 UBLKMOV 时 CPU 的中断响应时间会增 加 源区域和目标区域不能重叠 如果指定目标区域大于源区域 该功能只能将源区域中包含 的数据复制到目标区域中 如果指定目标区域小于源区域 该功能只能复制可以写入目标 区域的数据 通讯块和功能的一致性 使用 S7-400 在扫描循环检查点不处理通讯数据 相反 将在程序循环过程中的某个固 定时间段内处理 在系统方面 实际上只能一致性处理指令字节 字和双字 也就是说它们不会被通讯功能 所中断 如果只能成对使用的通讯块 例如 SFB 12 BSEND 和 SFB 13 BRCV 参与用户 程序 访问共享数据 则可以访问通过参数 DONE 自身协调的数据区 这样 可以保 证在用户程序中本地传输的通讯区域与通讯块的数据一致性 由于在目标设备的用户程序中不需要程序块 S7 通讯功能 例如 SFB 14 GET SFB 15 PUT 的反应不同 在这种情况 在编程过程中 必须考虑到数据一致性的大小 CPU 工作存储器的存取 操作系统的通讯功能可以访问固定块长度的 CPU 的工作存储器对于 S7-400 CPU 块长度为 32 个字节 块长度取决于 CPU 这可保证当使用通讯功能时中断响应时间不会增加由于该访问与用户程序不同步因此不能传输字节数量没有限制的一致性数据下面解释了数据一致性保持规则 SFB 14 GET 和读标志一致性规则 如果遵守以下规则可以使用 SFB 14 GET 一致性地传输数据 主动 CPU 数据接收器通过调用 SFB 14 读取 OB 中的接收区如果这不可能或读取 SFB 14 处理完成时的接收区 被动 CPU 数据发送器 只能将被动 CPU 数据发送器 的块大小规定的数据 写入发送区域 被动 CPU 数据发送器 可以使用一个中断块 将要发送的数据写入发送区域 下面举例即描述了这样一种情况 由于没有遵守第二条一致性规则 不能保证一致性数据 的传输 尽管被动 CPU 数据发送器 的块大小只有 8 个字节 还发送 32 个字节的 数据 4-29

54 CPU 41x-H 的安装 带有 GET 或读标志的主动 CPU 数据接收器 被动 CPU 数据发送器 接收范围 32 字节 32 字节 发送数据 用户数据 用户数据 数据传输 图 4-9 无数据一致性的数据传输 SFB 15 PUT 和写标志一致性规则如果遵守以下规则可以使用 SFB 15 PUT 一致性地传输数据 主动 CPU 数据发送器通过调用 SFB 15 可写操作 OB 中的接收区如果这不可能或写操作 SFB 15 处理完成时的发送区 主动 CPU 数据发送器只能将被动 CPU 数据接收器的块大小规定的数据写入发送区域 被动 CPU 数据接收器使用一个中断块从接收区域中读取接收到的数据 下面举例即描述了这样一种情况 由于没有遵守第二条一致性规则 不能保证一致性数据 的传输 尽管被动 CPU 数据接收器 的块大小只有 32 个字节 还发送 64 个字节的 数据 带有 SFB PUT 或写标志的主动 CPU 数据发送器 被动 CPU 数据发送器 16 字节 接收范围 16 字节 16 字节 16 字节 32 字节 32 字节 发送数据 用户数据 用户数据 数据传输 图 4-10 无数据一致性的数据传输 4-30

55 CPU 41x-H 的安装 使用 SFC 81 UBLKMOV 不中断块移动在 S7-400 的用户程序中可以保证扫描几个标志的较大数据块的一致性传输例如使用 SFB 14 GET SFB 15 PUT 或读 / 写标志可以一致性地访问这些数据 DP 标准从站的一致性数据读和写操作 使用 SFC 14 DPRD_DAT DP 标准从站的一致性数据读操作使用 SFC 14 DPRD_DAT DP 标准从站的一致性数据读操作你可以一致性地读取 DP 标准从站的数据 如果在数据传输过程中没有出错所读取的数据将被输入到由 RECORD 定义的目标范围目标范围必须和你使用 STEP 7 为所选模板组态的长度相同 通过调用 SFC 14 你只能访问组态起始地址处的模板 / DP ID 数据 使用 SFC 15 DPWR_DAT 将数据一致性地写入 DP 标准从站使用 SFC 15 DPWR_DAT DP 标准从站的一致性数据写操作你可以一致性地将数据写入在 RECORD 编址的 DP 标准从站 数据源范围必须和你使用 STEP 7 为所选模板组态的长度相同 注意 Profibus DP 标准定义了一致性用户数据传输的最大限值见下面一般的 DP 标准从站都遵守该最大限值在以前的 CPU 中 1999 年以前根据 CPU 一致性用户数据的传输会有所限制对于这些 CPU 你可以在相应的技术参数中索引项 DP 主站 每个 DP 从站的用户数据确定 CPU 能从 DP 标准从站一致性读和写数据的最大长度较新的 CPU 都可以超出一个 DP 标准从站能够发送和接收数据的数量 在一个 DP 从站上一致性用户数据传输的最大限值 Profibus DP 标准定义了一个 DP 从站一致性用户数据传输的最大限值 为此在一个块中可以将最多 64 个字 128 个字节的用户数据传送到 DP 从站 在组态时 你可以确定一致性数据的大小 你可以以专门的标识格式 SKF 设定一致性 数据的最大长度 64 个字 = 128 个字节 输入 128 个字节 输出 128 个字节 数 据块的大小不能超过这一限值该最大限值只适用于纯粹的用户数据 诊断数据和参数数据应全记录重新编组 并进而被 一致性传输 对于一般标识格式 SKF 一致性数据的最大长度可以设定为 16 个字 = 32 个字节 输 入 32 个字节 输出 32 个字节 数据块的大小不能超过这一限值 应注意如果一般环境中的 CPU 41x 用作第三方主站中的一个 DP 从站连接由 GSD 定义必须使用一般标识格式组态因此用作 PROFIBUS DP 从站的 CPU 41x 的传输存储器可以最大为 16 个字 32 个字节 4-31

56 CPU 41x-H 的安装 不使用 SFC 14 或 SFC 15 时的一致性数据存取 对于下述 CPU 不使用 SFC 14 或 SFC 15 也可以存取 4 个字节以上的一致性数据应一致性传输的 DP 从站的数据区将被传输到过程映象分区因此该区域中的信息总是一致的之后你可以使用装入 / 传输指令例如 L EW 1 访问过程映象分区这是一种极为方便和有效的低运行时间一致性数据存取方式它可以将驱动系统等设备或其它 DP 从站进行有效连接和组态 这适用于 CPU 41x-H 固件版本 3.0 以上 直接访问例如 L PEW 或 T PAW 也没有 I/O 访问错误 以下对于从 SFC14/15 方法转换为过程映象方法非常重要 当从 SFC14/15 方法转换为过程映象方法时不建议同时使用系统功能和过程映象尽管在使用系统功能 SFC15 进行写操作时更新过程映象但在读操作时则不然即不能保证过程映象数值和系统功能 SFC14 的数值之间的一致性 SFC 50 RD_LGADR 可以和使用过程映象方法一样 使用 SFC 14/15 输出其它 地址区 如果使用的是 CP 同时使用系统功能和过程映象会导致以下错误 将不能读 / 写过程映象和 / 或使用 SFC 14/15 进行读 / 写操作 例如 下面举例过程映象分区 3 TPA 3 表示了 HW Config 中的这样一种组态 输出时的 TPA 3 这 50 个字节被一致性保存在过程映象分区 3 中 下拉列表 Consistent over -> entire length 并因此可通过常规 load input xy 指令读 取 在下拉菜单中的输入项下选择 Process Image Partition -> --- 将 不保存在过 程映象中 然后只使用系统功能 SFC14/15 进行处理 4-32

57 5 S7-400H 系统及运行模式 本章主要介绍 S7-400H 容错系统 下面用户将了解到容错系统的运行基本概念 随后向用户提供容错系统工作模式的相关信息这些工作模式取决于不同形式的容错 CPU 的操作模式这将在此后的内容中给出 说到运行模式本节集中给出和标准 CPU 不同的功能特点有关 CPU 一般运行模式的介绍请看 STEP7 编程手册 本节的最后提供容错式 CPU 修改响应时间的详细说明章节说明页码 5.1 引言 S7-400H 系统模式 CPU 的运行模式 自检功能 响应时间 S7-400H 系统中的过程中断评价

58 S7-400H 系统及运行模式 5.1 引言 S7-400H 由两个冗余配置的子系统组成 两个子系统由光缆实现同步 两个子系统共同建立一个容错式可编程控制器并根据有效性冗余的原理通过一个双通道输出 1OO2 结构进行操作 什么是有效性冗余有效性冗余 也经常称为功能性冗余 是指所有的冗余资源都一直处在工作状态中 也同 时包含在控制任务的执行过程中 对于 S7-400H 系统 就意味着用户程序被各自放在两个 CPU 中 并被两个 CPU 同时执 行 说明 对于两个相同的子系统我们在下面的叙述中采用传统的表达模式加以区别即主和热备双通道容错系统由于热备系统一直处在运行状态中所以主站上的各种事件在热备系统上同步进行这就是说热备系统并不是在那等着故障事件的发生主 CPU 和热备 CPU 的一个最重要的差别是确保对重复性故障的发生起反应例如当冗余连接出现故障时尽管主 CPU 处于 RUN 状态热备 CPU 也会切换到 STOP 状态 主 CPU 和热备 CPU 的分配 当 S7-400H 系统第一次运行时 第一个被启动的 CPU 成为主 CPU 另一个 CPU 则为热 备 CPU 一旦主 / 热备 CPU 确定下来只要电源同时处于 POWER ON 状态就一直保持这种地位 主 / 热备 CPU 在下列情况中其地位会发生变化 1. 热备 CPU 在主 CPU 之前启动至少需要 3 秒的间隔 2. 在冗余系统工作模式中主 CPU 处于 STOP 或故障状态 3. 在 TROUBLESHOOTING 模式中没有发现故障请参考 节 同步化子系统 主 CPU 和热备 CPU 是通过光缆链接的 通过此种链接 使两个 CPU 保持事件驱动的同 步程序扫描 子系统 CPU0 同步 子系统 CPU1 图 5-1 同步化子系统 同步功能由操作系统自动完成 并不影响用户程序 可以使用在 S7-400 标准 CPU 上所 熟悉的编程方法编写用户程序 5-2

59 S7-400H 系统及运行模式 事件驱动的同步功能的执行过程在 S7-400H 上使用了西门子公司拥有专利的 事件驱动同步功能 技术 这一功能已经 在实际应用中证明是有效的 并已经用在 S5-115H 和 S5-155H PLC 产品上 事件驱动同步功能是指主 CPU 和热备 CPU 之间的同步数据在任何事件中同时被处理这些事件又可能会导致子系统内不同的工作模式主 CPU 和热备 CPU 在下述工作中实现同步功能 直接存取 I/O 数据 中断 用户时间的更新例如 S7 计时器 通过通讯功能对数据进行修改 无中断连续运行 即使在失去一个冗余 CPU 的情况下 事件驱动同步处理过程确保运行一直处在连续状态中即使当主 CPU 出现故障时依靠热备 CPU 的工作也能保证实际运行的连续性 而 自检功能 错误功能必须被及时检测出来并尽快加以隔离并提出报告因而在 S7-400H 系统中使用了大范围的自检功能以便自动在后台运行自检工作检测下列单元和功能 中央控制器的内部连接 处理器 存储器 I/O 总线如果自检功能检测到一个错误 容错系统将试图消除该错误或对其影响进行抑制 5.2 S7-400H 系统模式 由于两个 CPU 的运行模式不同而导致 S7-400H 的系统模式不同术语系统模式是为了采用一种简单的表达模式而使用的说法以区别于两个 CPU 步调一致的运行模式 例如不使用主 CPU 在 RUN 模式热备 CPU 在 LINK-UP 模式这种说法而是说 S7-400H 处于 LINK-UP 链接系统模式 系统模式概况下表给出 S7-400H 可能有的系统模式 5-3

60 S7-400H 系统及运行模式 表 5-1 S7-400H 系统模式概况 S7-400H 系统模式 主 CPU 两个 CPU 的运行模式 热备 CPU Stop 停止 STOP 停止 STOP 去电 DEFECTIVE Startup 启动 STARTUP STOP 去电 DEFECTIVE 不同步 单一模式 RUN 运行 STOP TROUBLESHOOTING 去电 DEFECTIVE 不同步 链接 RUN 运行 STARTUP LINK-UP Update 更新 RUN 运行 UPDATE 冗余模式 RUN 运行 RUN 运行 Hold 保持 HOLD STOP 去电 DEFECTIVE 5.3 CPU 的运行模式 主要讲述在任何时间点上 CPU 的操作行为 了解 CPU 的运行模式对编写启动程序 检测 和错误诊断有帮助 从 POWER ON 到冗余系统模式的操作方法 总的来说 两上 CPU 具有相同的权力 所以每一个 CPU 既可以成为主 CPU 也可以成 为热备 CPU 为了方便理解 图 4-2 预先指定主 CPU CPU0 比热备 CPU CPU1 的 优先权高 图 5-2 分析了当两个 CPU 从 POWER ON 上电 到冗余系统模式的操作方法 由于保 持 HOLD 模式 参见 节 和 ERROR-SEARCH 参见 节 属于特殊运行 模式 没有列在图中 5-4

61 S7-400H 系统及运行模式 系统模式 CPU0 上电 主 CPU CPU1 上电 热备 CPU 停止 停止 停止 启动 启动 停止 单一模式 正在链接 更新 运行 运行 运行 更新用户程序 更新动态数据 停止 冗余模式 运行 运行 图 5-2 容错系统的系统组成与运行模式 对图 5-2 的解释 表 5-2 对图 5-2 所示容错系统的组成及运行模式的解释 序号 说明 1. 电源给电时 两个 CPU CPU0 和 CPU1 都处在 STOP 模式 2. CPU0 变为 STARTUP 模式 并且根据启动时的不同情况处理 OB 100 或 OB 102 参见 节 3. 启动成功 主 CPU CPU0 变成单一模式 仅主 CPU 处理在主 CPU 内的用 户程序 4. 热备 CPU CPU1 请求 LINK-UP 链接 主 热备 CPU 之间相互比较它 们各自的用户程序 如果存在差异 用主 CPU 更新热备 CPU 的用户程序 参 见 节 5. 链接成功后开始更新工作参见 在当前情况下主 CPU 更新热备 CPU 的动态数据 动态数据指输入数据 输出数据 计时器数据 计数器数据 存 储器标志和数据块数据 在完成更新任务后 两个 CPU 存储器中的内容相同 参见 节 6. 主 热备 CPU 完成更新工作后变为 RUN 运行模式 两个 CPU 同步地处理用 户程序 例外 当为配置 / 程序修改而切换主 / 热备 CPU 时除外 只有当两个 CPU 是同期发布的产品并具有相同的固件版本时 才能组成冗余 系统模式 5-5

62 S7-400H 系统及运行模式 停止 STOP 运行模式 除了附加说明的情况外 S7-400H 的两个 CPU 在 STOP 模式时 其性能几乎和 S7-400 的标准 CPU 完全一样 当两个 CPU 都处于 STOP 模式而用户想装入一个组态程序应确保把程序装载到主 CPU 上只有主 CPU 才能将数据块传送到 I/O 模板 存储器复位 只有当 CPU 处于工作状态时对存储器复位才起作用如果用户想对两个 CPU 进行复位必须先对一个 CPU 进行复位然后再对另一个 CPU 进行复位 启动 START UP 运行模式 除了附加说明的情况外 S7-400H 的两个 CPU 在 STARTUP 模式时其性能几乎和 S7-400 的标准 CPU 完全一样 Startup 启动 容错 CPU 分冷启动和再启动 容错 CPU 不支持重新启动 暖启动 由主 CPU 完成的启动过程 S7-400H 的启动模式完全由主 CPU 完成热备 CPU 在启动过程中不起作用 STARTUP 模式时主 CPU 比较用户用 STEP 7 程序创建的现存的包括硬件的 I/O 配置如果存在差异主 CPU 采取的措施和 S7-400 标准 CPU 采取的措施一致主 CPU 对下述设备进行检查并分配参数 1. 切换式 I/O 模板 2. 单向单通道 I/O 模板 进一步说明 有关 STARTUP 模式的详细说明请参见 STEP7 编程手册 链接 LINK-UP 和更新 UPDATE 运行状态 容错系统在接受冗余式工作模式之前主 CPU 检查和更新热备 CPU 的存储器内容例外情况当切换到配置修改后的 CPU 时进行的链接和更新除外 在连续运行状态中检查和更新存储器内容的工作分两项进行 即按照下述的 链接 和 更 新 进行 在链接和更新工作期间 主 CPU 一直处于 RUN 工作模式 热备 CPU 处于 LINK-UP 或 UPDATE 工作模式 5-6

63 S7-400H 系统及运行模式 当执行链接和更新工作时在冗余工作模式和主 / 热备 CPU 切换工作模式之间会产生一定的差别有关组态修改主 / 热备 CPU 切换模式的资料请看第 10 章有关链接和更新过程的详细信息见 6.2 节 RUN 运行运行状态 除了附加说明的情况外 S7-400H 的两个 CPU 在 RUN 模式时 其性能几乎和 S7-400 的 标准 CPU 完全一样 两个 CPU 中至少一个 CPU 按下述模式执行用户程序 单一模式 链接更新模式 冗余模式 单一模式 Link-up Update 工作模式在上述命名的系统工作模式中主 CPU 处于 RUN 状态 并且执行本 CPU 上的用户程序 冗余工作模式在冗余工作模式主 CPU 和热备 CPU 都处在 RUN 状态两个 CPU 同步执行用户程序并相互检查在冗余模式中不能利用断点指令检测用户程序只有当两个 CPU 是同期发布的产品并具有相同的固件版本时才能组成冗余系统模式表 5-3 列出引起系统退出冗余模式的各种故障 表 5-3 导致终止冗余工作模式的各种故障 故障 措施 一个 CPU 处于故障状态 参见第 节 冗余链接出现故障 同步子模板或光缆出现故障 参见第 节 RAM 比较中出现错误 比较错误 参见第 节 冗余模板 冗余系统工作模式时执行下述规定冗余使用的模板例如 DP 从站接口模板 IM 必须相同 换句话说它们的订货号版本和固件版本必须相同 保持 Hold 运行状态 除了附加说明的情况外 S7-400H 的两个 CPU 在 HOLD 模式时 其性能几乎和 S7-400 的标准 CPU 完全一样 HOLD 模式是一种特殊情况 只有在测试时才使用 5-7

64 S7-400H 系统及运行模式 什么情况下会出现 HOLD 工作模式 只能从 STARTUP 模式和单一模式中的 RUN 子模式中转换到 HOLD 模式 特点 当容错 CPU 处于 HOLD 模式时不能进入链接和更新工作模式热备 CPU 保持在 STOP 状态并发布一个诊断信息 如果容错系统仍在冗余系统模式下工作就没有保持位置可以设定 故障排除 TROUBLESHOOTING 运行状态 在自检过程中将比较主 CPU 和热备 CPU 如果检查出不同则给出比较错误报告可能的错误有硬件错误校验和错误以及 RAM/PIQ 比较错误 以下事件会触发 TROUBLESHOOTING 模式 1. 如果在冗余模式下单向调用 OB 121 只在一个 CPU 上假定出现硬件故障该 CPU 会进入 TROUBLESHOOTING 模式其它 CPU 都成为主 CPU 如果需要的话可以继续处在单一模式 2. 如果在冗余模式下 只在一个 CPU 上出现校验和错误 该 CPU 会进入 TROUBLESHOOTING 模式 其它 CPU 都成为主 CPU 如果需要的话 可以继 续处在单一模式 3. 如果在冗余模式下 出现 RAM/PIQ 比较错误 热备 CPU 将进入 TROUBLESHOOTING 模式 缺省反应 主 CPU 继续处于单一工作模式 至于对于 RAM/PIQ 比较错误的反应可以通过组态进行更改例如热备 CPU 可以进入 STOP 模式 TROUBLESHOOTING 模式的目的是检查和确定故障 CPU 在查错期间热备 CPU 执行全部自检程序主 CPU 继续保持 RUN 状态 如果检测到错误 CPU 将进入 DEFECTIVE 故障模式如果没有检测到错误 CPU 将再次链接这样容错系统就在冗余系统模式下开始工作然后自动进行主 - 备用切换这可保证当在 TROUBLESHOOTING 模式下检测到下一个错误时测试前一个主 CPU 的硬件在 TROUBLESHOOTING 故障排除模式下不能进行通讯自检功能的详细信息参见第 5.4 节 5-8

65 S7-400H 系统及运行模式 5.4 自检功能 自检过程 在无缓冲 POWER-ON 电源上电例如插入 CPU 模板后的第一次上电或者是在没有后备电池的情况下给电和 TROUBLESHOOTING 模式中 CPU 执行全部自检程序全部自检所需的处理时间取决于 S7-400H 的组态大约持续 秒 在操作系统运行过程中将自检功能分解为小的程序段测试时间片然后在整个循环程序中执行周期自检程序是按从开始至结束在一定时间内完成自检工作缺省时间为 90 分钟该时间可以在组态中修改 自检过程中的错误响应如果自检中发现故障 则有 表 5-4 自检过程中的错误响应 错误类型 系统响应 硬件故障 无单向 故障 CPU 进入 DEFECTIVE 故障 模式 容错系统进入单 OB 121 调用 一模式 错误原因将被输入诊断缓冲区 硬件故障 单向 OB 带有单向 OB 121 的 CPU 进入 TROUBLESHOOTING 故 121 调用 障排除 模式 容错系统模式进入单一模式 如下 发生 RAM/PIQ 比较 错误原因将被输入诊断缓冲区 设定组态的系统或操作模式 如 错误 下 校验和出错 这些响应取决于检测到错误时的情况 如下 硬件故障 单向 OB 121 调用如果是自前一未缓冲上电后 第一次由于单向 OB 121 出现硬件错误 故障 CPU 将进入 TROUBLESHOOTING 模式 容错系统进入单一模式 错误原因将被输入诊断缓冲区 如果在 7 天内由于单向 OB 121 调用再次出现硬件故障故障 CPU 将进入 DEFECTIVE 故障模式容错系统进入单一模式 RAM/PAA 比较错误如果自检程序查到 RAM/PIQ 比较错误 则容错系统退出冗余工作模式 热备 CPU 进入 TROUBLESHOOTING 故障排除 模式 缺省组态 错误原因将被输入诊断缓冲区 RAM/PIQ 比较错误后的措施取决于错误发生在随后的自检周期中 表 5-5 再次发生比较错误后的措施 还是在此之后 再次发生比较错误错误发生在随后的第一个自检周期内 经过两个或更多自检周期才出现错误 措施 热备 CPU 进入 TROUBLESHOOTING 模式 然后进入 STOP 模式 容错系统进入单一模式 热备 CPU 进入 TROUBLESHOOTING 状态 容错系统进入单一模式 5-9

66 S7-400H 系统及运行模式 校验和出错 如果自上次未缓冲上电后第一次出现校验和错误系统将如下响应 表 5-6 对校验和出错的响应 检测时间 系统响应 通电以后上电测试过程中 故障 CPU 进入 DEFECTIVE 故障 模式 容错系统进入单一模式 周期自检 STOP 或单一模式 纠正错误 CPU 处于 STOP 模式或单一模式 周期自检 冗余系统模式 纠正错误 故障 CPU 进入 TROUBLESHOOTING 模式 容错系统进入单一模式 TROUBLESHOOTING 模式 故障 CPU 进入 DEFECTIVE 故障 模式 容错系统进入单一模式 错误原因将被输入诊断缓冲区 如果在 7 天内重新出现校验和错误 故障 CPU 将进入 DEFECTIVE 故障 模式 容 错系统进入单一模式 在 F 系统中 将通知 F 程序 在 STOP 模式或单一模式下 自检功能已检测到第一次 校验和出错错误 F 程序如何对此响应 请参见 S7-400F 和 S7-400FH 可编程控制器 手册 影响周期自检功能使用 SFC90H_CTRL 功能 用户可以影响周期自检的范围和周期自检程序的执行 例如 用户可以去除和替换经过自检的单个部件 另外 可以明确地调用和启动指定的测试部件 有关 SFC90H_CTRL 功能的详细资料在 S7-300/400 系统软件供 系统和标准功能手册中提 注意在一个安全型系统中 周期自检程序不能被禁止后再使能 有关详细资料 见 S7-400F 和 S7-400FH 可编程控制器 手册 5.5 响应时间 指令运行时间 STEP 7 的指令运行时间在 S7-400 CPU 指令表中提供 直接访问 I/O 请注意 访问每一个 I/O 设备都需要两个子系统的同步进行 这样 导致了较长的扫描时 间 利用用户程序可以避免直接访问 I/O 设备 即通过过程映像 或者部分过程映像 例如周 期性中断 完成访问工作 在过程映像的过程中 由于整体数据同时同步完成 这样就能 产生较高的运行性能 5-10

67 S7-400H 系统及运行模式 响应时间 关于响应时间计算的详细信息请参见自动化系统 S7-400 CPU 数据参考手册注意更新热备 CPU 会延长中断响应时间请看 节由于在更新工作阶段需执行不同等级的中断延时所以中断响应时间取决于优先权级别 5.6 S7-400H 系统中的过程中断评价 当在 S7-400H 系统中使用可以生成过程中断的模板时 可能会出现在过程中断 OB 中 通过直接访问读取的过程值与中断时的过程值不一致 应评价过程中断 OB 中的临时变 量 起始信息 因此 如果使用的是可以生成过程中断的 SM 321-7BH00 模板 由于需要直接访问 I/O 在一个输入以及同一输入的上升沿和下降沿可能会具有不同的响应 如果在用户程序中想对不同的脉冲沿变化有不同的响应应对两个来自不同通道组的输入施加信号并将一个输入参数化为上升沿另一个输入参数化为下降沿 5-11

68 S7-400H 系统及运行模式 5-12

69 6 链接和同步 章节 说明 页码 6.1 链接和更新的作用 链接和更新的功能顺序 时间监视 链接 Link-up 和更新 Update 过程中的特殊性

70 链接和同步 6.1 链接和更新的作用 通过两个 CPU 板上的 REDF LED 灯来来指示是否正在进行链接和更新工作态时 LED 灯以 0.5Hz 的频率闪烁处于更新状态时则以 2Hz 的频率闪烁链接和更新任务对执行用户程序和通讯功能起着多种作用表 6-1 链接和更新过程的各种性质 处于链接状 正在链接 Update 更新 执行用户程序 执行所有级别的 OB 块功 延迟执行部分优先级的 OB 块 能 功能 待更新工作完成后再响 应所有的请求 在后续章节中提供详细的说 明 执行各种功能块的删 功能块不能被删除 装入 功能块不能被删除 装入 生 除 装入 生成和压缩 生成和压缩 成和压缩 如果执行了这些功能 则不 能进行链接和更新工作 执行各种通讯功能 PG 执行各种通讯功能 部分功能被抑制和延迟 待更 操作 新任务完成之后再响应所有被 延迟的功能随后章节中提供详细的说明 CPU 自检 不执行 不执行 检查和授权各种功能 不能执行检查和授权功能 不能执行检查和授权功能 例如 监视器和控制标 如果执行了这些功能 则不 记 监视器 On/Off 能进行链接和更新工作 处理主 CPU 上的链接工 保留所有的链接 不产生新 保留所有的链接 不产生新的 作 的链接 链接 被断开的链接只有在更 新工作完成后才能被重新链接 上 处理热备 CPU 上的链接 断开所有的链接 不产生新 所有的链接都已经被断开 从 工作 的链接 链接状态中终止退出 6-2

71 链接和同步 6.2 链接和更新的功能顺序 链接和更新任务有两种模式 在正常链接和更新模式中容错系统可以从单一模式转换到冗余系统模式然后两个 CPU 同步处理相同的程序 对于主系统热备系统切换后的链接和更新第 2 个经修改部件后的 CPU 会接过过程控制任务硬件配置存储器组态或操作系统都可能被修改为了返回到冗余系统模式必须按顺序执行一个正常的链接和更新工作 如何启动链接和更新任务初始状态 单一模式 即 容错系统中只有一个 CPU 通过光缆被连上 并处于 RUN 模 式 为了获得冗余系统 按下列步骤进行链接和更新工作 将热备 CPU 上的模式开关从 STOP 位置转到 RUN 或 RUN-P 位置 如果在 POWER DOWN 之前 CPU 不是处在 STOP 模式则将热备 CPU 通电 POWER ON 模式选择器位于 RUN 或 RUN-P 位置 操作员在 PG/ES 上控制只能通过操作员在 PG/ES 上的控制 注意 利用主 / 热备 CPU 转换开关起动链接和更新工作 如果热备 CPU 上的链接和更新工作被中断例如 POWER DOWN STOP 前后矛盾的数据会导致此 CPU 发出复位请求当热备 CPU 复位后重新执行链接和更新工作 链接和更新工作的处理框图下图展示了链接和更新工作总体内容上的功能顺序要点在图示中 CPU0 已被指定为主 CPU 起始状态是主 CPU 为单一模式 6-3

72 链接和同步 主 CPU(CPU0) 热备 CPU(CPU1) RUN( 运行 ) 链接 (REDF LED 灯以 0.5Hz 的频率闪烁 ) STOP( 停止 ) 热备 CPU 请求 LINK-UP 不能再进行各功能块的删除不能再进行各功能块的删除装入生成和压缩工作装入生成和压缩工作不能再有测试和试运行功能不能再有测试和试运行功能 比较存储器配置 操作系统版本以及 FEPROM 内容 复制装载存储器内容 *) 复制主存储器中的用户程序块 *) 断开所有的链接 恢复 DP 从设备的功能 链接假定 Update( 更新 ) 见图 6-2 取消抑制响应被延时的执行任务 取消抑制响应被延时的执行任务 冗余系统模式或新的热备 CPU 处于 STOP 状态的主 / 热备 CPU 切换模式 *) 如果选择切换到修正配置后的 CPU 有效时则不复制装载存储器中的内容在第 节中介绍用户可以看到的从主 CPU 上主存储器内的用户程序块 OB FC FB DB SDB 中复制的内容 图 6-1 链接和更新的功能顺序 6-4

73 链接和同步 主 CPU CPU0 热备 CPU CPU1 RUN 运行更新 REDF LED 灯以 2 Hz 的频率闪烁 STOP 停止 发送到所有登录通讯伙伴的状态报文同步化 对数据记录的异步 SFC 给予否定应答 * 报文延迟 延迟所有优先级小于 15 的 OB 块包括 OB1 起动对最大扫描周期时间扩展的监视功能 延迟当前的通讯任务或拒绝接受新的通讯任务 主 CPU 复制已修正过的数据块的内容 起动对最大通讯延迟的监视功能 延迟执行优先级 15 的各 OB 块但不包括带特殊处理功能的看门狗中断 OB 块如果适合执行带特殊处理功能的看门狗中断 OB 块 起动对优先等级时间监视功能 15 的最大阻塞 主站复制输出 起动最小 I/O 保持时间 主 CPU 复制已经修正的数据块中的内容 主 CPU 复制定时器计数器中的内容以及存储器标识主任务更改输入信号和诊断缓冲器中的内容 * 在下面的章节中详细介绍 SFC SFB 和通讯功能的内容 图 6-2 更新工作过程 6-5