S7-400

Основные особенности поддержки пользователя на этапах программирования, выполнения пуско-наладочных работ и обслуживания программируемых контроллеров S7-400:

• Скоростное выполнение инструкций.
• Удобная настройка параметров 
• Человеко-машинный интерфейс: 
  Удобные OCM службы, интегрированные в операционную систему центральных процессоров S7-400.
• Диагностические функции и самодиагностика:
  Интеллектуальная диагностическая система центральных процессоров выполняет непрерывный мониторинг функционирования системы, регистрирует ошибки и специфичные системные события.
• Парольная защита.
• Переключатель выбора режимов работы.
• Системные функции.

SIMATIC S7-400 соответствует требованиям целого ряда международных и национальных стандартов:

• ГОСТ, DIN, EN, IEC.
• Сертификат UL.
• Сертификат CSA.
• FM класс 1, раздел 2; группы A, B, C и D; температурная группа T4 (?135 °C).
• Морские сертификаты: 
  • Российского Регистра Морского Судоходства,
  • American Bureau of Shipping,
  • Bureau Veritas,
  • Des Norske Veritas,
  • Germanischer Lloyd,
  • Lloyds Register of Shipping,
• Допустимый диапазон температур 0° ... 60 °C.
• Сейсмостойкость 

Конструкция 

Программируемый контроллер S7-400 имеет модульную конструкцию с произвольным порядком размещения модулей в монтажных стойках. Он способен работать с естественным охлаждением и обеспечивает поддержку "горячей" замены модулей во время работы.

S7-400 отличается высокой гибкостью и удобством обслуживания:

• Простая установка модулей.
• Внутренняя шина, встроенная в монтажные стойки.
• Простая и безошибочная замена модулей, обеспечиваемая применением технологии механического кодирования фронтальных соединителей.
• Проверенная временем технология соединений.
• TOP Connect:
  Модульная система соединений для ускорения монтажа шкафов управления.
• Одинаковая монтажная глубина всех модулей.
• Произвольный порядок размещения модулей в монтажных стойках контроллера.

Промышленная связь 

Центральные и коммуникационные процессоры S7-400 способны поддерживать следующие виды связи:

• Связь с процессом;
  для циклического обмена данными с компонентами систем распределенного ввода-вывода на основе сетей AS-Interface, PROFIBUS DP и PROFINET.
• Обмен данными;
  для обмена данными между системами автоматизации, компьютерами, программаторами и HMI станциями. Обмен данными может выполняться циклически или запускаться из программы пользователя путем вызова программных блоков при появлении соответствующих событий.

Обмен данными

SIMATIC S7-400 обеспечивает поддержку различных механизмов обмена данными:

• Циклический обмен пакетами глобальных данных между сетевыми центральными процессорами.
• Событийно управляемый обмен данными с использованием коммуникационных функций.

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

Обмен глобальными данными  

В сети MPI центральные процессоры S7-400 способны выполнять циклический обмен пакетами глобальных данных (до 16 пакетов глобальных данных, до 64 байт на пакет за цикл). Этот механизм позволяет одному CPU получать доступ к данным, бита памяти, области отображения процесса другого CPU. Если в сети присутствует хотя бы один контроллер S7-300, то размер пакета глобальных данных ограничивается 22 байтами. Обмен глобальными данными поддерживается только в сети MPI. Конфигурирование системы связи выполняется с помощью таблицы глобальных данных пакета STEP 7. В монтажных стойках CR2 с сегментированной внутренней шиной два центральных процессора могут обмениваться пакетами глобальных данных через внутреннюю C шину.

Коммуникационные функции  

Обмен данными с программируемыми контроллерами S7/C7 может поддерживаться программными блоками, интегрированными в операционную систему центральных процессоров.

Эти блоки позволяют использовать для обмена данными:

• Базовые функции S7 связи в сетях MPI и PROFIBUS.
• Функции S7 связи в сетях MPI, PROFIBUS и PROFINET/Industrial Ethernet, а также при обмене данными через C шину контроллера.

Обмен данными с программируемыми контроллерами S5 и контроллерами других производителей поддерживается на уровне загружаемых программных блоков.

Эти блоки позволяют использовать для обмена данными:

• Функции S5-совместимой связи в сетях PROFIBUS и Industrial Ethernet.
• Стандартные функции связи (обмен данными с контроллерами других производителей) в сетях PROFIBUS и Industrial Ethernet.

Для использования коммуникационных функций должны устанавливаться коммуникационные соединения.

Интеграция в мир информационных технологий (IT)

Коммуникационный процессор CP 443-1 Advanced позволяет легко интегрировать S7-400 в мир IT технологий. Он обеспечивает поддержку:

• Собственных  Web страниц, разработанных с помощью любых инструментальных средств HTML. Переменные контроллера S7-400 легко совмещаются с HTML объектами.
• Мониторинга S7-400 через Web страницы с использованием стандартного Web браузера.
• Рассылки e-mail сообщений из программы пользователя путем вызова FC.
• Дистанционного программирования S7-400 через WAN на основе TCP/IP или через телефонную сеть (например, ISDN).

Центральные процессоры S7-400 с встроенным интерфейсом PROFINET оснащены встроенным Web сервером, через который можно получать доступ к чтению данных контроллера с помощью стандартного Web браузера. Это позволяет:

• Получать общую информацию о CPU. 
• Просматривать содержимое буфера диагностических сообщений.
• Просматривать таблицу переменных.
• Получать состояния тегов
• Получать информацию о состоянии модулей. 
• Просматривать сообщения. 
• Получать информацию о сети Industrial Ethernet.
• Просматривать топологию сетевых узлов PROFINET.

Изохронный режим 

Изохронный режим позволяет синхронизировать

• процессы сбора данных в системе распределенного ввода/ вывода,
• процессы передачи данных через сеть PROFIBUS и
• выполнение программы контроллера.

с целью получения постоянного времени цикла сети PROFIBUS.

Получение входных сигналов и вывод выходных сигналов производится через одинаковые интервалы времени. Одновременно формируются консистентные частичные изображения процесса.

Постоянное время цикла сети PROFIBUS в сочетании с синхронной обработкой сигналов системы распределенного ввода/ вывода позволяют получать прецизионную повторяемость и получение строго определенных времен реакции контроллера на появление различных событий.

Широкий спектр компонентов, поддерживающих изохронный режим, позволяет создавать высокоточные распределенные системы управления перемещением, информационно-измерительные системы, системы скоростного управления и т.д.

В распределенных системах управления контроллер SIMATIC S7-400 может использоваться теперь для построения систем скоростной обработки данных, обеспечивающих получение максимальной точности и повторяемости результатов. Такие системы позволяют увеличивать объемы выпускаемой продукции с получением оптимального уровня ее качества.

Изменение аппаратной конфигурации во время работы (Configuration in RUN, CiR)

Программируемый контроллер SIMATIC S7-400 позволяет вносить изменения в аппаратную конфигурацию работающей системы управления. Технология CiR позволяет:

• добавлять ведомые устройства в системы распределенного ввода/ вывода на основе сетей PROFIBUS DP или PROFIBUS PA,
• добавлять новые или изменять параметры настройки имеющихся модулей станций ET 200M.

Технология CiR снижает затраты на развитие существующих или поэтапный ввод в эксплуатацию новых предприятий.

Диагностика и мониторинг модулей

Многие модули программируемого контроллера SIMATIC S7-300 обеспечивают поддержку широкого набора функций, существенно упрощающих эксплуатацию системы управления. Эти функции позволяют выполнять:

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

Диагностика

Диагностика может использоваться на этапах получения и распознавания (для дискретных модулей) или аналоговой обработки сигналов (для аналоговых модулей) исправно работающих модулей. При появлении ошибок модули способны формировать соответствующие диагностические сообщения, которые можно разделить на настраиваемые и не настраиваемые:

• Настраиваемые диагностические сообщения:
  Передаются только в случае наличия разрешения на передачу в параметрах настройки.
• Не настраиваемые сообщения:
  Передаются в любом случае, независимо от параметров настройки.

Если диагностическое сообщение активировано (например, "No sensor supply”), то модуль формирует диагностическое прерывание (для настраиваемых диагностических сообщений прерывание формируется в соответствии с выполненными настройками). Центральный процессор прерывает выполнение программы пользователя или задач более низкого приоритета и выполняет обработку соответствующего прерывания (OB 82).

Набор формируемых диагностических сообщений зависит от типа модуля:

Аппаратные прерывания

Мониторинг значений входных сигналов и формирование сигналов аппаратных прерываний позволяет существенно снижать время реакции контроллера на появление различных событий.

• Модули ввода дискретных сигналов:
  В зависимости от параметров настройки модуль способен формировать сигналы аппаратных прерываний по нарастающему, спадающему или по обоим фронтам входного дискретного сигнала. Сигналы аппаратных прерываний могут формироваться для каждой группы входов. По этому сигналу центральный процессор прекращает выполнение программы пользователя и задач более низкого приоритета и переходит к обработке сигнала аппаратного прерывания (OB 40). Сигнальный модуль способен сохранять одно прерывание на канал.
• Модули ввода аналоговых сигналов:
  Параметры настройки модулей ввода аналоговых сигналов определяют вид измеряемой величины, а также верхний и нижний предел рабочего диапазона. Текущие результаты аналого-цифрового преобразования сравниваются с допустимыми пределами изменения сигнала. При выходе измеряемого параметра за допустимые пределы операции сравнения прекращаются и  модуль формирует сигнал аппаратного прерывания. По этому сигналу центральный процессор прекращает выполнение программы пользователя и задач более низкого приоритета и переходит к обработке сигнала аппаратного прерывания (OB 40).
  

S7-400H

Промышленная связь 

Работа S7-400H в системах промышленной связи характеризуется следующими показателями:

• Повышенная надежность:
  В случае возникновения отказа связь может поддерживаться через резервные соединения. Таких соединений может быть до 4. Необходимые переключения выполняются без вмешательства пользователя.
• Удобство использования;
  Высокая надежность системы связи является прозрачной для пользователя. Программы для стандартных вариантов связи могут быть использованы без всяких изменений в резервированной системе. Функции резервированных каналов связи должны быть определены только на этапе настройки параметров.

S7-400H способен поддерживать обмен данными с другими контроллерами S7-400H, стандартными системами автоматизации, обычными или резервированными компьютерными станциями. Для обмена данными между S7-400H и резервированной компьютерной станции программное обеспечение последней должно быть дополнено пакетом Redconnect.

В зависимости от требований, предъявляемых к системе связи, обмен данными может производиться:

• Через обычную или резервированную сеть.
• Через сеть с магистральной или кольцевой топологией.

Режимы работы

Весь набор дополнительных функций S7-400H поддерживается на уровне операционной системы центральных процессоров CPU 417-4H, CPU 414-4H и CPU 412-3H:

• Обмен данными. 
• Формирование реакций на ошибки.
• Синхронизация субблоков контроллера.
• Самодиагностика. 

Принципы резервирования 

Основным принципом построения резервированного контроллера S7-400H является принцип "горячего" резервирования с поддержкой безударного автоматического переключения на резервный блок в случае отказа ведущего блока. При отсутствии отказов оба базовых блока контроллера находятся в активном состоянии. В случае возникновения отказа все функции управления принимает на себя исправный базовый блок контроллера.

Для гарантированного безударного включения резерва между базовыми блоками контроллера выполнено оптическое синхронизирующее соединение.

Это позволяет обоим базовым блокам работать:

• 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 (таймерами, счетчиками, битами памяти и т.д.).

В силу сказанного оба базовых блока контроллера постоянно находятся в одинаковых состояниях и готовы продолжать управление процессом при появлении ошибок в работе системы.

Применительно к резервированной системе ввода/ вывода это означает следующее:

• Во время нормальной работы все модули резервированных пар находятся в активном состоянии. Поступающие входные сигналы сравниваются между собой и передаются в программу для дальнейшей обработки. Сформированные управляющие воздействия выводятся на исполнительные устройства через резервированные пары модулей вывода.
• В случае появления отказа обращение к отказавшему модулю прекращается, формируется сообщение об ошибке, связь с процессом поддерживается через исправный модуль резервированной пары. После замены неисправного модуля центральные процессоры начинают обращаться к обоим модулям резервированной пары.

Синхронизация 

Для безударного включения резерва оба базовых блока контроллера должны работать синхронно.

В S7-400H поддерживается механизм событийной синхронизации базовых блоков.

С этой целью операции синхронизации выполняются в моменты:

• прямого доступа к входам/ выходам,
• появления прерываний и аварийных сообщений,
• обновления пользовательских времен, 
• модификации данных коммуникационными функциями.

Операции синхронизации поддерживаются операционной системой центральных процессоров, выполняются автоматически и не требуют программирования пользователем.

Самодиагностика 

S7-400H поддерживает широкий спектр функций самодиагностики. Диагностике подвергается:

• Синхронизирующая связь между базовыми блоками контроллера.
• Центральные процессоры.
• Микропроцессоры и специализированные интегральные микросхемы.
• Память.

О любой выявленной проблеме формируется отчет.

Самодиагностика во время запуска  

Во время запуска после включения питания все функции самодиагностики выполняются в полном объеме.

Самодиагностика во время работы  

Во время работы в каждом цикле выполнения программы выполняется только часть функций самодиагностики. Полный комплекс функций самодиагностики выполняется за несколько циклов программы. Это позволяет снизить времена циклов выполнения программы.

Конфигурирование и программирование

S7-400H программируется по аналогии с контроллерами S7-400. В программе могут использоваться все функции STEP 7.

Инструментальные средства работы с S7-400H включены в комплект поставки STEP 7 от V5.3 и выше.

Конфигурирование модулей ввода/вывода

В процессе конфигурирования аппаратуры пользователь должен задать резервированные пары модулей. Для этого должны использоваться модули, поддерживающие операции резервирования. В ходе конфигурирования указывается основной и резервный модуль. В программе пользователя используется только наименьший адрес резервированной пары модулей. Адрес второго модуля остается скрытым для пользователя. Написание программы для обычных и резервированных каналов ввода/ вывода становится абсолютно одинаковым. Единственным отличием для обычных каналов ввода/ вывода является использование двух библиотечных блоков (RED_IN и RED_OUT). Первый должен вызываться в начале, второй - в конце программы пользователя.

Библиотека необходимых функциональных блоков интегрирована в STEP 7 от V5.3 и выше.

S7-400F/FH

S7-400F/FH находят применение для построения систем противоаварийной защиты и обеспечения безопасности, отвечающих требованиям:

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

Режимы работы

Функции обеспечения безопасности S7-400F/FH распределены между F секцией программы центрального процессора и F/ PROFIsafe модулями системы ввода/ вывода.

Сигнальные модули выполняют мониторинг входных и выходных сигналов, проверяют их на соответствие друг другу, используют для проверки работоспособности испытательные сигналы.

Центральный процессор проверяет правильность функционирования системы, выполняя функции самодиагностики, проверкой результатов выполнения команд, логики и хронологии выполнения программы. Дополнительно он проверяет работоспособность системы ввода/ вывода путем посылки тестовых сигналов.

При обнаружении ошибок в работе системы все оборудование переводится в безопасные состояния.

F-Runtime лицензия

F-Runtime лицензия должна загружаться в центральные процессоры S7-400F/FH. Для каждого контроллера S7-400F/FH нужна одна такая лицензия.

Программирование

S7-400F/FH программируются теми же способами, что и другие системы SIMATIC S7. Для программирования стандартных задач управления могут использоваться все возможности пакета STEP 7.

Опциональный пакет S7 F Systems

Опциональный пакет "S7 F Systems" необходим для программирования функций противоаварийной защиты и обеспечения безопасности (разработки F секции программы). Пакет содержит библиотеку функций и функциональных блоков для F секции программы. Для разработки F секции программы на компьютере/ программаторе должны быть установлены:

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

Разработка F секции программы выполняется на языке CFC с использованием программых блоков пакета S7 F Systems. Использование языка CFC позволяет заменить трудоемкие операции классического программирования удобными и наглядными операциями графического проектирования системы противоаварийной защиты и обеспечения безопасности.