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S7-400H冗余容错自动化系统设计

冗余设计的容错自动化系统S7-400H

  1. S7-400H的使用场合

  在许多生产领域中，要求容错和高度可靠性的应用越来越多，某些领域由于故障引起的停机将会带来重大的经济损失。S7-400H特别适合在下列场合使用

  1)停机将会造成重大的经济损失。

  2)过程控制系统发生故障后再启动的费用十分昂贵。

  3)某些使用贵重的原材料的过程控制(例如制药工业)会因突发的停机而产生废品。4)无人管理的场合或需要减少维修人员的场合。

  西门子的S7 Software Redundancy(S7软件冗余)可选软件可以在S7-300和S7-400 标准系统上运行。生产过程出现故障时，在几秒钟内切换到替代系统，可以用于水厂水处理系统或交通流量控制系统等场合。

  S7-400H是按冗余方式设计的，主要器件都是双重的，可以在事件发生后继续使用备用的器件。设计成双重器件的有中央处理器CPU、电源模块以及连接两个中央处理器的硬件。用户可以自行决定系统是否需要更多的双重器件，以增强设备的冗余性。

  2. S7-400H的结构

  S7-400H由两个子系统组成，典型的结构是使用分为两个区(每个区9个槽)的机架UR2H，每个区可以视为一个中央控制器，也可以使用两个独立的中央控制器(即中央机架)UR1/UR2。每个中央控制器有一块具备容错功能的CPU414-4H或CPU417-4H，一块PS407冗余(Redundant)电源模块。同步子模块用于连接两个中央处理器，它们放置在中央处理器内部，并由光缆互连。

  每个中央控制器上有S7 I/O 模块，中央控制器也可以有扩展机架或ET 200M分布式I/O。中央功能总是冗余配置的，I/0模块可以是常规配置、切换型配置或冗余配置。

  若要提高供电的冗余能力，每个子系统可以采用冗余供电的方式。在这种情况下需使用PS407或PS405冗余电源模块，输出电流为10A。

  通过冗余的PROFIBUS-DP网络连接ET200M(见图2-14)，冗余接口由两个标准IM

图2-14 冗余控制系统

  153-2 总线模块组成。可以通过一个冗余 DP/PA链接器连接 PROFIBUS-PA 网络，也可以通过Y形链接器在冗余PROFIBUS中连接非冗余设备。

  S7-400H可以使用系统总线(例如工业以太网)或点对点通信，从简单的线性网络结构到冗余式双光缆环路。S7的通信功能完全支持PROFIBUS或工业以太网的容错通信。

  出现通信故障时，通过*多4个冗余连接，使通信继续下去。切换过程不需要用户编程，在参数设置时建立冗余功能，用户的通信程序与标准通信程序一样。S7-400H和PC 支持冗余通信，PC 冗余需要有连接程序软件包。由于对冗余的要求不同，网络可以配置为冗余的或非冗余的总线，可以是总线型或环形结构。

  3. S7-400H 冗余控制 PLC的工作原理

  CPU 417H的操作系统自动地执行 S7 -400H 需要的附加功能，包括数据通信、故障响应(切换到备用控制器)、两个子单元的同步和自检功能等。

  S7-400H采用“热备用”模式的主动冗余原理，在发生故障时，无扰动地自动切换。无故障时两个子单元都处于运行状态，如果发生故障，正常工作的子单元能独立完成整个过程的控制。为了保证无扰动切换，必须实现中央控制器链路之间的快速、可靠的数据交换。两个控制器必须使用相同的用户程序，自动地接收相同的数据块、过程映像和相同的内部数据。这样可以确保两个子控制器同步地更新内容，任意一个子系统出现故障时，另一个可以承担全部控制任务。

  S7-400H采用“事件驱动同步”，当两个子单元的内部状态不同时，例如在直接I/O 访问、中断、报警和修改实时钟时，就会进行同步操作。通过通信功能修改数据，由操作系统自动执行同步功能，不需要用户编程。S7-400H对中央控制器之间的链接、CPU 模块、处理器/ASIC和存储器进行自检。再启动后每个子单元完整地执行所有的测试功能。

  4. S7-400H 冗余控制PLC的编程与组态

  容错式连接只需要进行组态，不需要其他专门的编程工作。从用户程序的观点看，S7-400H的作用几乎和标准系统一样。运行容错功能所需的通信功能和同步功能都已经集成在容错CPU的操作系统中，通信连接的监视以及发生故障事件时的自动切换在后台自动运行。用户程序完全没有必要考虑这些功能。

  S7-400H用STEP7进行组态和编程，完成配置后可以把S7-400H看成一般的S7-400系统。冗余单元的工作由操作系统来监视，出现故障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。

  组态和编程需要可选的S7H System软件包，能在S7-400系统上使用的所有的标准软件工具、工程用软件工具和运行软件工具都可以在 S7-400H上使用。

  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，S7-400H 系列还提供了一些与冗余功能有关的组织块，例如 OB70(I/O冗余故障)和 OB72(CPU 冗余故障)。使用系统功能SFC90“H_CTRL”，用户可以禁用或重新启用容错CPU的链接和刷新。

学PLC对于机器人控制的意义 如何学好PLC

(一)学PLC对于机器人控制的意义

  工业机器人运用是一个复杂的系统工程，一个机器人工作站，除了本体还需要外围设备的配合，比如工装夹具、传送带、焊接变位机、移动导轨等等，这些角色相互之间要怎么配合，需要PLC进行协调，需要一个类似于PLC的设备作为一个控制平台，给你编写程序，一个类似于触摸屏的人机界面用来发号施令。

  ▲PLC控制整条生产线各工位协调配合

  一条输送生产线，假设在A，B，C三个位置有三个工业机器人工作站，代表三个工位需要进行三种工艺操作，PLC首先控制传送带运动，工件到达工位A，工位A的位置传感器检测到工件到位了，发送信号给PLC，PLC接收到此输入信号，同时综合其他一些外部信号判断此时工位A的机器人可以开始工作了，则通过PLC输出发送一个信号给机器人A：丫你可以开始干活了，赶紧的。机器人A干完活后，再反馈一个完成信号给PLC：兄弟我的活干完了，你继续。PLC接受此信号后继续开动电机控制传送带把工件运到工位B，重复以上逻辑过程。

  与机器人不同，PLC自动化应用范围非常广泛，上到高铁、地铁等重要运输工具，下到家用电器开关，只要提前编写好一段程序，就可以做到让机器自动按时运转的效果，并且保证效益。工业机器人与PLC*大的不同在于机器人很多时候做的是标准化的生产，大批量、重复的繁琐工作是工业机器人的强项，如涂胶、搬运、焊接等等。

  PLC自动化则是非标准化生产，应用的范围相对广泛很多，并且在中国企业中的实用性很强。从目前中国大部分企业的情况来看，PLC技术工程已经落户中国大部分企业了，同时凭工业机器人与PLC两者之间紧密的联系，工业机器人与PLC两者之间的联系只会越来越紧密!

  (二)如何学好PLC的几点建议

  (1)养成良好的兴趣

  既然都对PLC编程没有兴趣，那怎么可能学好呢。因此可以把编程当成一项趣味的智力游戏，这样就会促使你有足够及毅力耐心去完成编程。

  (2)PLC学习注重实践，理论 实操效果好

  编程时需要有PLC及相关硬件设备作为练习的对象，这样在检测程序时也能直观的反应程序与实际设备动作情况的关系，以便设备动作错误时可以很容易的找出故障点，否者没有控制对象，故障点难易分析，对编写的程序也难以判断正确与否。

  (3)养成编程的好习惯

  在编写稍复杂的项目时，我们需要对项目的流程进行分析：即绘制流程图;在编写程序时，使用的中间继电器要有顺序及规则，否则在编程时会非常紊乱，并且在以后的程序修改中及其麻烦。同时，在编写程序过程中，把每一步、每一个信号的作用及用意进行标注，这样你就知道自己编程每一步的用意，并且在回看程序时也一目了然。

  (4)经常与同行交流

  PLC的应用及其广泛，其控制功能也千变万化，与同行交流能促进知识面的拓展，并且在交流过程中能体现自身的不足。同时当你遇到问题时，交流尤为重要，自己不懂的技术，可能只要有人稍加提示，会变得很简单就可以解决。

  (5)**的学习途径是参加培训，其次是通过网络自学

  参加培训可以由老师现场进行教学及疑问解答，并且也可以有相关设备进行实操。其次还可以通过网络对相关技术进行了解，这样可以对各种技术都有所了解，以便以后使用时有针对性的学习。

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