• 具有冗余設(shè)計(jì)的高可用型自動(dòng)化系統(tǒng)。

• 用于具有很高故障安全要求的應(yīng)用：
  重新啟動(dòng)成本很高、停產(chǎn)代價(jià)高昂、幾乎不需要監(jiān)視且維護(hù)選項(xiàng)較少的過程。

• 冗余的集中功能。

• 提高 I/O 的可用性：切換式 I/O 配置。

• 也可作為標(biāo)準(zhǔn) I/O 使用：?jiǎn)蝹?cè)配置。

• 熱備用：發(fā)生故障時(shí)，可自動(dòng)切換到備用設(shè)備。

• 采用兩個(gè)獨(dú)立機(jī)架或一個(gè)分開的中央設(shè)備的配置

• 通過冗余 PROFIBUS DP 和/或 PROFINET 來連接切換式 I/O。

在自動(dòng)化技術(shù)的許多領(lǐng)域中，有關(guān)可用性、自動(dòng)化系統(tǒng)故障安全的要求一直在提高。在許多領(lǐng)域，設(shè)備停機(jī)可能造成極為高昂的費(fèi)用。這里，只有冗余系統(tǒng)才能滿足其可用性要求。

SIMATIC S7-400H 所具有的容錯(cuò)性可以滿足這些要求。即使在一個(gè)或多個(gè)故障導(dǎo)致部分控制器失靈時(shí)也能繼續(xù)運(yùn)行。因此實(shí)現(xiàn)了其可用性，這樣 SIMATIC S7-400H 及其適合用于以下應(yīng)用領(lǐng)域：

• 控制器故障后，過程重新啟動(dòng)將會(huì)導(dǎo)致很高成本（通常在過程工業(yè)中）。

• 停機(jī)時(shí)間很寶貴的過程。

• 涉及貴重材料的過程（例如在制藥工業(yè)中）。

• 無人監(jiān)管的應(yīng)用。

• 涉及減少維護(hù)人員的應(yīng)用。

訂貨數(shù)據(jù)

S7-400H 部件訂貨數(shù)據(jù)可在“S7-400/S7-400H/S7-400F/FH"下的相應(yīng)模塊找到。

SIMATIC S7-400H 由以下組件組成：

• 2 個(gè)中央控制器：
  2 個(gè)單獨(dú)的 UR1/UR2 中央控制器，或一個(gè)分隔式中央控制器 (UR2-H) 上的 2 個(gè)區(qū)域。

• 每個(gè)中央控制器有 2 個(gè)同步模塊，用于通過光纜連接兩個(gè)設(shè)備。

• 每個(gè)中央控制器 1 個(gè) CPU 412-5H、1 個(gè) CPU 414-5H、1 個(gè) CPU 416-5H 或 1 個(gè) CPU 417-5H。

• 中央控制器中具有 S7-400 I/O 模塊。

• UR1/UR2/ER1/ER2 擴(kuò)展單元和/或帶有 I/O 模塊的 ET 200M 分布式 I/O 設(shè)備。

核心功能始終采用冗余設(shè)計(jì)。

I/O 可以組態(tài)為普通型或網(wǎng)管型。

普通型 I/O（單側(cè)組態(tài)）

在單側(cè)組態(tài)中，I/O 模塊為單通道設(shè)計(jì)，并且僅由兩個(gè)中央控制器中的一個(gè)進(jìn)行尋址。單側(cè) I/O 模塊可插入

• 中央控制器和/或

• 擴(kuò)展單元/分布式 I/O 設(shè)備

。

如果尋址 I/O 的設(shè)備正常工作，則從一側(cè)讀取的信息始終可供兩個(gè)中央控制器使用。發(fā)生故障時(shí)，受影響的中央控制器的 I/O 模塊將停止工作。

使用單側(cè)組態(tài)：

• 不需要很高可用性的工廠部分。

• 用于連接基于用戶程序的冗余 I/O。此時(shí)，系統(tǒng)必須對(duì)稱設(shè)置。

高可用性（網(wǎng)管型組態(tài)）

在網(wǎng)管型組態(tài)中，I/O 模塊為單通道設(shè)計(jì)，但由兩個(gè)中央控制器通過冗余 PROFIBUS DP 尋址。網(wǎng)管型 I/O 模塊可插入

• ET 200M 分布式 I/O 設(shè)備

。

I/O 冗余

操作系統(tǒng)版本 V3.1 或更高版本支持 I/O 冗余。

冗余 I/O 模塊成對(duì)冗余組態(tài)。使用冗余 I/O 可以實(shí)現(xiàn)極大的可用性，因?yàn)橥ㄟ^這種方式，可以承受 CPU、PROFIBUS 或信號(hào)模塊出現(xiàn)故障。

只有通過 PROFIBUS DP 連接的系統(tǒng)，才支持系統(tǒng)側(cè)冗余 I/O。如果要操作連接到 PROFINET 的 I/O 模塊，可以通過用戶程序完成。

組態(tài)選項(xiàng)

支持以下組態(tài)：

• 單側(cè) DP 從站采用冗余 I/O

• 網(wǎng)管型 DP 從站采用冗余 I/O

合適的 I/O 模塊

相互冗余的模塊必須具有相同的類型和設(shè)計(jì)（例如，都是集中式或都是分布式）。對(duì)插槽沒有規(guī)定。但是，出于可用性原因，建議在不同的站中使用。關(guān)于可以使用的模塊，請(qǐng)咨詢系門子客戶支持部門或參閱相關(guān)手冊(cè)。

FM 和 CP 冗余

功能模塊 (FM) 和通信處理器 (CP) 可以在兩種不同的組態(tài)中冗余使用：

• 網(wǎng)管型冗余組態(tài)：
  FM/CP 可以雙重連接到單獨(dú)的 ET 200M 或一個(gè)網(wǎng)管型 ET 200M。

• 雙通道冗余組態(tài)：
  可將 FM/CP 插到兩個(gè)子單元中或插到與子單元相連的擴(kuò)展單元中（參見單側(cè)組態(tài)）。

模塊冗余以不同的方式實(shí)現(xiàn)：

• 由用戶編程：
  在功能模塊和 SIMATIC CP 上，冗余功能通常可由用戶編程。確定活動(dòng)模塊并檢測(cè)可能的故障以啟動(dòng)切換。所需程序?qū)?yīng)于具有冗余 FM/CP 的單個(gè) CPU 的程序：

• 操作系統(tǒng)直接支持。
  對(duì)于 SIMATIC NET-CP 443-1，操作系統(tǒng)直接支持冗余。有關(guān)詳細(xì)信息，請(qǐng)參見“通信"部分。

容錯(cuò)通訊

帶有容錯(cuò)通信功能的SIMATIC提供了一種新的通信類型，該通信類型具有以下特點(diǎn)：

• 可用性更高：
  發(fā)生故障時(shí)，憑借其多達(dá)4個(gè)的冗余連接，可以繼續(xù)通信。必要的切換工作對(duì)于用戶來說是透明的。

• 工作簡(jiǎn)單；
  容錯(cuò)處理對(duì)于用戶也是透明的。可使用用于標(biāo)準(zhǔn)通訊的用戶程序，無需修改。冗余功能的定義僅需在參數(shù)化階段就可以完成。

容錯(cuò)通訊目前由 S7-400H（冗余和非冗余配置）和 PC 所支持。對(duì)于 PC 來說，需要使用 Redconnect 軟件包（參見“SIMATIC NET 通訊系統(tǒng)"）。

取決于對(duì)可用性的需求，可以使用不同的組態(tài)選項(xiàng)：

• 單一總線或冗余總線。

• 線型拓?fù)浜铜h(huán)型拓?fù)淇偩€。

運(yùn)行模式

CPU 417-4H、CPU 414-4H 和 CPU 412-3H 的操作系統(tǒng)可自主執(zhí)行 S7-400H 的所有必要附加功能：

• 數(shù)據(jù)交換

• 故障響應(yīng)（控制轉(zhuǎn)換給備用設(shè)備）

• 兩個(gè)子設(shè)備的同步

• 自檢

冗余原

S7-400H的工作符合“熱備份"模式的主動(dòng)冗余原理（支持故障發(fā)生時(shí)的無重啟自動(dòng)切換功能）。根據(jù)該原理，在運(yùn)行期間，兩個(gè)子單元都處于工作狀態(tài)。當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，未出現(xiàn)故障的設(shè)備將獨(dú)立地接管過程控制。

為了確保平穩(wěn)的控制接管，必須通過中央控制器鏈路實(shí)現(xiàn)高速、可靠的數(shù)據(jù)交換。

在控制轉(zhuǎn)移期間，設(shè)備自動(dòng)地使用

• 相同的用戶程序

• 相同的數(shù)據(jù)塊

• 相同的過程圖像內(nèi)容

• 相同的內(nèi)部數(shù)據(jù)，例如定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、位存儲(chǔ)單元等

這意味著，這兩個(gè)設(shè)備的更新操作始終完一樣，并可以在出現(xiàn)故障時(shí)獨(dú)立地繼續(xù)執(zhí)行控制功能。

I/O 工作于冗余模式時(shí)，其結(jié)果將是：

• 在的工作期間，兩個(gè)模塊均處于工作狀態(tài)，即，在存在冗余輸入的情況下，例如通過兩個(gè)模塊讀入的共用傳感器（也可以設(shè)置兩個(gè)傳感器）的信號(hào)，會(huì)對(duì)其結(jié)果進(jìn)行比較，以將一致性的值提供給用戶以進(jìn)一步處理。對(duì)于冗余輸出來說，由用戶程序計(jì)算出的值通過兩個(gè)模塊來輸出。

• 如果出現(xiàn)了故障，例如輸入模塊中有一個(gè)或者兩個(gè)均出現(xiàn)了故障，則不再尋址故障模塊，且對(duì)故障進(jìn)行報(bào)告處理，此后，僅使用未出現(xiàn)故障的模塊繼續(xù)工作。聯(lián)機(jī)修理工作完成之后，又可以尋址兩個(gè)模塊。

對(duì)于無重啟切換，必須實(shí)現(xiàn)兩個(gè)子單元的同步。

S7-400H采用“事件驅(qū)動(dòng)同步"技術(shù)。

同步操作伴隨著導(dǎo)致兩個(gè)子單元內(nèi)部狀態(tài)出現(xiàn)差異的每個(gè)事件而進(jìn)行。這些事件的發(fā)生情況例如有：

• 直接訪問 I/O

• 中斷、報(bào)警

• 更新用戶時(shí)間，或

• 使用通信功能更改數(shù)據(jù)。

同步由操作系統(tǒng)自動(dòng)完成，程序編制期間無需處理。

自檢

S7-400H 可執(zhí)行大量自檢。這涉及到以下部分的檢測(cè)工作：

• 中央控制器的連接。

• CPU

• 處理器/ASIC

• 存儲(chǔ)器

每個(gè)檢測(cè)到故障都將被報(bào)告。

啟動(dòng)時(shí)自檢

啟動(dòng)時(shí)，每個(gè)子單元都會(huì)完整地執(zhí)行全部自檢功能。

循環(huán)工作期間的自檢

完整的自檢需要多個(gè)循環(huán)。每個(gè)循環(huán)僅執(zhí)行一小部分的自檢，因此，施加至物理控制器上的負(fù)荷很小。

組態(tài)、編程

S7-400H 的編程與 S7-400 相類似。所有可用的 STEP 7 功能都可以使用。

對(duì) S7-400H 進(jìn)行編程需要使用 STEP 7 V5.2。

I/O模塊的組態(tài)

硬件組態(tài)時(shí)，用戶必須通過HW Config明確地指出彼此相互冗余的模塊。這僅需指出需要作于冗余模式的模塊和需要作為“冗余伙伴"的第二個(gè)模塊。在用戶程序中，程序編制時(shí)使用地址的那個(gè)模塊。第二個(gè)地址對(duì)用戶來說不可見，無論是冗余還是非冗余I/O，控制部分的編程工作相同。與非冗余I/O的差別是，冗余I/O程序有兩個(gè)塊庫中的功能塊（RED_IN 和 RED_OUT），且在用戶程序的起始和結(jié)束部分調(diào)用這兩個(gè)功能塊。

自STEP 7 V5.3起，該庫作為標(biāo)準(zhǔn)組件已經(jīng)集成在STEP 7中。