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.