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.
- Максимальное расстояние между базовой стойкой и последней стойкой расширения в линии:
- 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.
- Максимальное расстояние между базовой стойкой и последней стойкой расширения в линии:
-
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).
|
Вариант подключения |
Максимальная длина кабеля линии расширения |
|
Локальное связь с цепью питания =5 В через модули IM 460-1 и IM 461-1 |
1.5 м |
|
Локальная связь без цепи питания =5 В через модули IM 460-0 и IM 461-0 |
5 м |
|
Распределенная система на основе модулей IM 460-3 и IM 461-3 |
102.25 м |
|
Распределенная система на основе модулей IM 460-4 и IM 461-4 |
605 м |
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 профильPROFIsafe, 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.