S7-400 是 SIMATIC 控制器家族中功能最為強大的 PLC。它可以成功實現全集成自動化 (TIA) 解決方案。S7-400 是一個面向過程工程的系統解決方案自動化平臺，模塊化設計，性能高。

S7-400

• 中端性能范圍內功能強大的 PLC

• 可滿足要求極為苛刻的任務的解決方案

• 全面的模塊和各種性能等級 CPU 可針對具體自動化任務進行優良調整

• 可實現分布式結構，適用十分靈活

• 連接方便

• 通信和聯網功能

• 操作方便，設計簡單，不含風扇

• 任務增加時可順利擴展

• 多重計算：
  多個 CPU 在一個 S7-400 中央設備中同時運行。
  多重計算功能可對 S7-400 的總體性能進行分配。例如，可將復雜的技術任務（如開環控制、計算或通信）進行拆分并分配給不同的 CPU。可以為每個 CPU 分配自己的 I/O。

• 模塊化：
  通過功能強大的 S7-400 背板總線和可直接連接到 CPU 的通信接口，可實現許多大量通信線路的高性能操作。例如，這樣可以擁有一條用于 HMI 和編程任務的通信線路、一條用于高性能等距運動控制組件的通信線路和一條“正常"I/O 現場總線。另外，還可以實現額外需要的與 MES/ERP 系統或 Internet 的連接。

• 工程組態和診斷：
  結合使用 SIMATIC 工程組態工具，可極為高效地對 S7-400 進行組態和編程，尤其對于采用高性能工程組件的廣泛自動化任務。為此，可以使用高級語言（如 SCL）以及用于順序控制系統、狀態圖和工藝圖的圖形化組態工具。

S7-400H

• 標配采用 保形涂層 (G3)，可增強對環境影響的抵抗力

• 具有冗余設計的高可用性自動化系統。

• 用于具有很高故障安全要求的應用：
  重新啟動成本很高、停產代價高昂、幾乎不需要監視且維護選項較少的過程。

• 冗余設計的集中功能

• 提高 I/O 的可用性：切換式 I/O 配置

• 也可作為標準 I/O 使用：單側配置

• 通過 STEP 7 可與通用可擴展的 SIMATIC ET 200SP HA I/O 系統一起使用

• 熱備用：發生故障時，可自動切換到備用設備。

• 包含 2 個單獨機架或一個分隔式中央設備的配置

• 通過冗余 PROFIBUS DP 或系統冗余 PROFINET I/O 來連接切換式 I/O。

S7-400F/FH

• 故障安全型自動化系統，科提高工程的安全需求

• 符合相關標準的安全要求（IEC 61508 的 SIL 3、DIN V 19250 的 AK6 以及EN 954-1 的 Cat.4）

• 如果需要，也可通過冗余設計來實現容錯

• 無需對安全 I/O 進行額外接線

• 通過采用 PROFIsafe 行規的 PROFIBUS DP 進行安全相關通信

• 基于帶有故障安全模塊的 S7-400H 和分布式 ET 200 I/O

• 標準模塊可應用在自動化系統的非故障安全型應用場合

• 隔離模塊用于在一個 ET 200M 的安全模式下組合使用故障安全模塊和標準模塊。

• 應用

S7-400

SIMATIC S7-400 是中端到性能范圍內功能強大的 PLC。

SIMATIC S7-400 具有模塊化、無風扇設計和較高擴展能力，并具有全面的通信和網絡功能，可以簡便實現分布式結構，用戶操作十分方便，因此成為中端到高性能范圍內要求極為苛刻的任務的理想解決方案。

SIMATIC S7-400 的應用領域包括：

• 汽車工業，如裝配線

• 機械設備制造，包括專用機械設備制造

• 倉儲技術

• 鋼鐵工業

• 樓宇管理系統

• 發電和配電

• 造紙和印刷領域

• 木材加工

• 食品和飲料領域

• 過程工程，如水務和污水處理

• 化工和石化領域

• 儀表和控制

• 包裝機械

• 制藥工業

由于具有多種性能等級的 CPU，并有具備大量用戶友好的功能的廣泛模塊，用戶可以根據具體情況執行其自動化任務。

任務擴展時，可通過附加模塊隨時對控制器進行擴展，成本不會很高。

SIMATIC S7-400 是一種通用控制器：

• 具有很高電磁兼容性以及抗沖擊性和抗振性，因此擁有高的工業適用性。

• 可以帶電連接和斷開各模塊。

S7-400H

在自動化技術的許多領域中，對自動化系統的可用性（從而故障安全性）的需求在不斷提高。在許多領域中，設備停機會產生高的成本。此時，只有冗余系統才能滿足可用性要求。

容錯型 SIMATIC S7-400H 即能滿足這些要求。即使在一個或多個故障導致控制器的部件出現故障時，也能繼續運行。通過以這種方式實現的可用性讓 SIMATIC S7-400H 尤其適用于以下應用領域：

• 控制器發生故障后重啟會產生很高費用的過程（通常在過程工業中）。

• 停產的代價十分高昂的過程。

• 涉及貴重材料的過程（例如在制藥工業中）。

• 無人監視的應用

• 涉及較少維護人員的應用

訂貨數據

關于 S7-400H 組件的訂貨數據，請參見在“S7-400/S7-400H/S7-400F/FH"下的相應模塊。

S7-400F/FH

SIMATIC S7-400F/FH 故障安全自動化系統可在安全要求較高的工廠中使用。它可對立即停機不會給人員或環境帶來危險的過程進行控制。S7-400F/FH 具有兩種基本設計：

• S7-400F：
  故障安全自動化系統。在控制系統中發生故障的情況下，生產過程會切換到安全狀態并中斷。

• S7-400FH：
  故障安全和高可用性自動化系統。在控制系統中發生故障的情況下，冗余控制部分將發揮作用，繼續控制生產過程。

通過另外使用標準模塊，可以建立一個全集成控制系統，可在非安全相關和安全相關任務共存的工廠環境中使用。可以使用相同的標準工具對整個工廠進行組態和編程。

SIMATIC S7-400 有多個型號：

• S7-400：
  功能強大的 PLC，無風扇設計。

• S7-400H：
  采用冗余設計的容錯自動化系統，適用于故障安全型應用。

• S7-400F/FH：
  采用冗余設計的故障安全自動化系統，也具備高可用性。

S7-400

S7-400 自動化系統采用模塊化設計。它擁有豐富的模塊，這些模塊可進行各種組合。

系統包含下列組件：

• 電源模塊 (PS)：
  用于將 SIMATIC S7-400 連接到 120/230 V AC 或 24 V DC 電源電壓。

• CPU：
  配有集成 PROFIBUS DP 接口的不同 CPU 具有不同性能范圍。根據具體型號，這些 CPU 也可以帶有集成 PROFINET 接口。使用 PROFIBUS接口，最多可以連接 125 個PROFIBUS DP 從站。可以將最多 256 個 PROFINET IO 設備連接到 PROFINET 接口。SIMATIC S7-400 的所有 CPU 均可處理極大型的組態。此外，在一個中央控制器中的多重計算模式下，多個 CPU 可以協同工作以提高性能。這些 CPU 處理速度快且具有確定性響應時間，可實現較短機器循環時間。

• 用于數字量 (DI/DO) 和模擬量 (AI/AO) 輸入/輸出的信號模塊 (SM)

• 通信處理器 (CP)，用于總線鏈路和點對點連接。

• 功能模塊 (FM)：
  用于計數、定位和輸出凸輪控制等高要求任務的專家。

根據具體要求，也可使用下列模塊：

• 接口模塊 (IM)：
  用于連接中央控制器和擴展單元。SIMATIC S7-400 的中央控制器可帶有最多 21 個擴展單元運行。

• SIMATIC S5 模塊：
  SIMATIC S5-115U/-135U/-155U 的所有輸入/輸出模塊均可在相關的 SIMATIC S5 擴展單元中尋址。此外，在 S5 EU 或者直接在 CC 中（使用適配器）都可以使用 SIMATIC S5 的特定 IP 和 WF 模塊。

擴展

如果用戶的自動化應用需要多個中央控制器，則可以擴展 S7-400：

• 最多 21 個擴展單元：
  可將最多 21 個擴展單元 (EU) 連接到中央控制器 (CC)。

• 接口模塊 (IM) 的連接：
  通過發送和接收 IM 來連接 CC 和 EU。發送 IM 插到 CC 中，相關的接收 IM 插到下游 EU 中可將最多 6 個發送 IM 插到 CC 中（其中最多 2 個帶 5-V 電源），并可將最多 1 個 IM 插到 EU 中。每個發送 IM 均有 2 個接口，每個接口用于連接 1 條線路。可將最多 4 個 EU（不帶 5-V 電源）或 1 個 EU（帶 5-V 電源）連接到發送 IM 的每個接口。

• 電源模塊的固定插槽：
  必須始終將電源模塊插在 CC 和 EU 中的最左側。

• 通過 C 總線進行的數據交換受限制：
  通過 C 總線進行的數據交換只能在 CC 和 6 個 EU（EU 1 至 EU 6）之間進行。

• 集中擴展：
  建議用于小型組態和機器上的控制柜。也可以提供 5-V 電源。

• CC 和最后一個 EU 之間的最大線路距離：1.5 m（帶 5 V 電源）、3 m（不帶 5 V 電源）。

• 通過 EU 進行分布式擴展：
  建議在面積很大工廠內采用，其中，多個 EU 位于各個位置。可以使用 S7-400 EU 或 SIMATIC S5 EU。

• CC 和最后一個 EU 之間的最大線路距離：對于 S7 EU，約 100 m；對于 S5 EU 約 600 m。

• 注意 將 S5 擴展單元分布式連接到：
  IM 463-2 可在 S7-400 的 CC 中使用，IM 314 在 S5 EU 中使用。可將以下S5 EU 連接到 S7-400：

• EG 183U

• EG 185U

• EG 186U

• ER 701-2

• ER 701-3

• ET 200 的分布式擴展：
  建議用于面積很大的工廠。通過 CPU 的 PROFIBUS DP 接口，可以連接含有最多 125 個總線節點的總線。CC 與總線上最后一個節點之間的最大距離：23 km（使用光纜）。

S7-400 通信

SIMATIC S7-400 具有不同的通信選項：

• 組合多點 MPI 接口和 DP 主站，可集成到所有 CPU 中：
  用于同時連接編程器/PC、HMI 系統、S7-200 和 S7-300 系統以及其它 S7-400 系統。

• 附加 PROFIBUS DP 接口，可集成到多個 CPU 中，用于經濟、高效地連接分布式 I/O 系統，例如 ET 200。

• PROFINET CPU 上的集成式 PROFINET 接口，用于連接到分布式 I/O 系統或與其它控制器和 PC 系統通信。

• 通信處理器，用于連接到 PROFIBUS 總線系統和工業以太網。

• 通信處理器，用于功能強大的點到點連接。

通過 PROFIBUS DP 進行過程通信

通過 S7-400-CPU 的集成式 PROFIBUS DP接口（可選），可將 SIMATIC S7-400 作為主站連接到 PROFIBUS DP。

以下設備均可作為 PROFIBUS DP 上的主站進行連接：

• SIMATIC S7-400（CPU、CP 443-5）

• SIMATIC S7-300 （CPU、CP 342-5 DP 或 CP 343-5）

• SIMATIC C7（通過配有 PROFIBUS DP 接口的 C7，或通過 PROFIBUS DP CP）

雖然配有 STEP 7 的編程器/PC 或 OP 是總線上的主站，但它們僅使用也部分通過PROFIBUS DP 運行的 PG 和 OP 功能。

以下設備可作為從站連接：

• 分布式 I/O 設備，例如 ET 200

• 現場設備

• SIMATIC S7-200、S7-300

• C7-633/P DP、C7-633 DP、C7-634/P DP、C7-634 DP、C7-626 DP

• SIMATIC S7-400（僅通過 CP 443-5）

通過多點接口 (MPI) 實現數據通信

多點接口 (MPI) 是集成在 SIMATIC S7-400 的 CPU 中的通信接口。

它用于：

• 編程和參數設置

• 操作員控制和監視

• 建立涉及對等通信伙伴的簡單網絡拓撲

• 可選擇的連接選項：
  MPI 可以實現最多 32 個節點的同時連接：

• 編程器/PC

• HMI 系統

• S7-200（作為從站）

• S7-300

• S7-400

• C7

• 內部通信總線（C 總線）；
  通過 S7-400 的 C 總線以及 CPU 的 MPI 或 DP 接口，可以尋址帶有 C 總線接口的通信處理器和功能模塊。這樣就可以從編程器直接訪問 C 總線上連接的模塊。通過接口模塊，可將最多 6 個擴展單元連接到 C 總線。

• MPI 的性能數據：

• 最多 32 個 MPI 節點

• 數據傳輸速率高達 12 Mbps

• 靈活的安裝選件：
  使用性能可靠的組件建立 MPI 通信：PROFIBUS 和“分布式 I/O"系列總線電纜、總線連接器和 RS 485 中繼器 (12 Mbps)。
  可使設計能夠地適應要求。例如，任意兩個 MPI 節點之間最多可以串入 9 個中繼器以連接更大距離。

• DP 主站：
  也可將 S7-400 的 MPI 組態為 DP 主站。然后可以連接多達 32 個 DP 從站，傳輸速率最高 12 Mbps。從而保留編程功能和人機界面功能。

通過 CP 實現數據通信（點到點）

通過 CP 441 通信處理器，可以實現功能強大的點到點連接。

• 可連接各種設備，例如：

• PC

• SIMATIC S5/S7

• 工業 PC

• 其它廠商的 PLC

• 掃描儀、讀碼器、識別系統

• 機械手控制裝置

• 打印機

• 可變接口：
  通過可更換的接口模塊，可以使用不同傳輸介質進行通信：

• 20 mA (TTY)

• RS 232C (V.24)

• RS 422/485

通過 CP（PROFIBUS 或工業以太網）實現數據通信

通過 CP 443-x 通信處理器，可以將 SIMATIC S7-400 連接至 PROFIBUS 和工業以太網總線系統。

例如包括：

• SIMATIC S7-200（通過 PROFIBUS）

• SIMATIC S7-300

• SIMATIC S7-400

• SIMATIC S5-115U/H、S5-135U、S5-155U/H

• 編程設備

• PC

• SIMATIC HMI 操作員控制和監視系統

• 數控裝置

• 機械手控制裝置

• 工業 PC

• 驅動控制裝置

• 其它廠商的設備

S7-400H

SIMATIC S7-400H 由以下組件組成：

• 2 個中央控制器：
  2 個單獨的 UR1/UR2 中央控制器，或一個分隔式中央控制器 (UR2-H) 上的 2 個區域。

• 每個中央控制器有 2 個同步模塊，用于通過光纜連接兩個設備。

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

• 中央控制器中具有 S7-400 I/O 模塊。

• UR1/UR2/ER1/ER2 擴展單元和/或帶有 I/O 模塊的 ET 200M 分布式 I/O 設備。

中央功能采用冗余設計。可將 I/O 組態為常規可用性型和切換型。

普通型 I/O（單側組態）

在單側組態中，I/O 模塊為單通道設計，并且僅由兩個中央控制器中的一個進行尋址。單側 I/O 模塊可插到中央控制器和/或擴展單元/分布式 I/O 設備中。

如果尋址 I/O 的設備正常工作，則從一側讀取的信息始終可供兩個中央控制器使用。發生故障時，受影響的中央控制器的 I/O 模塊將停止工作。

使用單側組態：

• 不需要很高可用性的工廠部分。

• 連接基于用戶程序的冗余I/O。此時，系統必須對稱設置。

高可用性（網管型組態）

在網管型組態中，I/O 模塊為單通道設計，但由兩個中央控制器通過冗余 PROFIBUS DP 尋址。在網管型組態中運行的 I/O 模塊只能插到 ET 200M 分布式 I/O 設備中。

通過 PROFIBUS DP 連接到中央控制器。

I/O 冗余

冗余 I/O 模塊成對冗余組態。使用冗余 I/O 可以實現極大的可用性，因為通過這種方式，可以承受 CPU、PROFIBUS 或信號模塊出現故障。

支持以下組態：

• 單側 DP 從站采用冗余 I/O

• 網管型 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為同一類型和設計形式（例如，均為集中式或均為分布式）。對插槽沒有規定。但是，出于可用性原因，建議在不同的站中使用。關于可以使用的模塊，請咨詢系門子客戶支持部門或參閱相關手冊。

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中冗余使用：

• 網管型冗余組態：
  FM/CP 可以雙重連接到單獨的 ET 200M 或一個網管型 ET 200M。

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

模塊冗余以不同的方式實現：

• 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。確定活動模塊并檢測可能的故障以啟動切換。所需的程序與配有冗余 FM/CP 的單個 CPU 的程序一致。

• 操作系統直接支持。
  對于 SIMATIC NET-CP 443-1，操作系統直接支持冗余。有關詳細信息，請參見“通信"部分。

S7-400F/FH

故障安全型 S7-400F/FH 自動化系統可根據需求進行不同組態：

單通道、單側 I/O，用于 S7-400F

工廠需要使用故障安全型控制器。無需容錯。需要下列部件：

• 1 個 CPU 414-4H/417-4H，含 F-Runtime 許可證。

• 1 條 PROFIBUS DP 總線。

• 帶有 IM 153-2 的 ET 200M。

• 故障安全信號模塊，采用非冗余設計。

發生故障時，I/O 不再可用。故障安全信號模塊被禁用。

單通道、網管型 I/O，用于 S7-400FH

工廠需要使用故障安全型控制器。CPU 側需要有容錯功能。需要下列部件：

• 2 個 CPU 414-4H/417-4H，含 F-Runtime 許可證。

• 2 條 PROFIBUS DP 總線。

• 1 個 ET 200M ，帶 2 個 IM 153-2（冗余）。

• 故障安全信號模塊，采用非冗余設計。

若 CPU、IM 153-2 或 PROFIBUS DP 總線出現故障，控制器仍保持可用。在故障安全信號模塊或 ET 200M 出現故障時，I/O 不再可用。故障安全信號模塊被禁用。

冗余、網管型 I/O，用于 S7-400FH

工廠需要使用故障安全型控制器。CPU 側和 I/O 側需要容錯功能。需要下列部件：

• 2 個 CPU 414-4H/417-4H，含 F-Runtime 許可證。

• 2 條 PROFIBUS DP 總線。

• 2 個 ET 200M，帶 2 個 IM 153-2（冗余）。

• 故障安全信號模塊，冗余設計。

在 CPU、IM 153-2 或 PROFIBUS DP 總線、故障安全信號模塊或 ET 200M 出現故障時，控制器仍保持可用。

在 S7-400F/FH 自動化系統中，也可以使用標準模塊。這些設備不能與故障安全模塊在同一個 ET 200M 中一起使用。

通信

中央控制器和 ET 200M 之間的安全相關通信和標準通信是通過 PROFIBUS DP 實現的。通過專門開發的 PROFIBUS 行規 PROFIsafe，可以在標準數據幀中傳輸帶有安全功能的用戶數據。無需附加的硬件組件，如專用安全總線。所需的軟件既可以作為一個操作系統的擴展功能集成在硬件組件中，也可以作為一個軟件模塊裝載到 CPU 中。

安全保護裝置的安全等級

在 ET 200M 中使用安全保護裝置具有以下優勢：

• 可以使用銅質總線電纜來建立 PROFIBUS DP 總線。沒有必要使用光纖電纜。

• 每個 IM 153-x 都可以使用。

• 在一個 ET 200M 中，可以混合使用安全模式下的故障安全信號模塊和 S7-300 標準模塊。

安全等級達到 SIL 2 時，無需使用安全保護裝置。

S7-400

大量功能可支持用戶對 S7-400 進行編程、調試和維護：

• 高速指令執行。

• 用戶友好的參數分配

• 人機界面：
  S7-400 的操作系統中集成了用戶友好的 OCM 服務。

• 診斷功能和自檢：
  CPU 的智能診斷系統可連續檢查系統功能并記錄錯誤和特定系統事件。

• 密碼保護。

• 模式開關。

• 系統功能

SIMATIC S7-400 符合以下國內和國際標準：

• CE 認證

• UL 認證

• CSA 認證 或 cULus 認證

• FM 認證

• ATEX 認證

• C-Tick、EMC 標記，適用于澳大利亞和新西蘭

• IEC 61131-2

• 船級社的船用認證

• ABS（美國船級社）

• BV（法國船級社）

• DNV（挪威船級社）

• GL（德國勞氏船級社）

• LRS（英國勞氏船級社）

• Class NK（日本船級社）

有關詳細信息，請參見手冊《S7-400 自動化系統 S7-400 模塊技術規格》。

設計

S7-400 系統可方便地構建為模塊化系統。S7-400 的一個突出特點是其無需風扇即可穩定運行，支持信號模塊熱插拔。

S7-400 設計簡潔，使用靈活，操作極為方便：

• 模塊安裝十分簡單。

• 背板總線集成在安裝機架中。

• 模塊更換簡單，不會將模塊相互混淆

• 成熟可靠的連接技術

• TOP Connect 連接方式：
  通過 1 芯到 3 芯接頭和螺釘型或彈簧型端子進行預接線。

• 規定的安裝深度：
  所有接頭和連接器都應該嵌入到模塊內并通過蓋板來保護。

• 最小限度的插槽規則

通信

CPU 和通信處理器支持以下通信類型：

• 過程通信；
  通過總線（AS-Interface、PROFIBUS DP 或 PROFINET）對 I/O 模塊進行循環尋址（交換過程映像）。從循環執行級調用過程通信

• 數據通信；
  在自動化系統之間或 HMI 與多個自動化系統之間
  進行數據交換。數據通信可循環進行，或在發生特定事件時通過塊從用戶程序調用。

數據通信

SIMATIC S7-400 擁有不同的數據通信機制：

• 通過全局數據通信 (GD) 實現聯網的 CPU 之間的數據包循環交換。

• 通過通信功能進行事件驅動型通信。

通過 MPI、PROFIBUS 或 PROFINET 實現網絡連接。

全局數據 (GD)

通過使用“全局數據通信"服務，聯網的 CPU 可以通過 MPI 相互循環交換數據（最多 16 個 GD 包，GD 包的最大大小為每個循環各含 64 字節）。例如，CPU 可以訪問另一個 CPU 的數據/位存儲器/過程映像。若網絡上連接有 S7-300，則數據交換限制為最大 22 字節。全局數據通過 MPI 進行通信。使用 STEP 7 中的 GD 表進行組態。在分段式 CR2 安裝機架中，兩個 CPU 可以使用 GD 并通過 C 總線通信。

通信功能

通過系統內集成的塊，可以建立與 S7/C7 伙伴之間的通信服務。

這些服務包括：

• 通過 MPI 和 PROFIBUS S7 進行的 S7 基本通信。

• 通過 MPI、C 總線、PROFIBUS 和 PROFINET/工業以太網進行的 S7 通信。

通過可加載的塊，可以建立與 S5 通信伙伴和西門子設備之間的通信服務。

這些服務包括：

• 通過 PROFIBUS 和工業以太網進行的 S5 兼容通信。

• 通過 PROFIBUS 和工業以太網進行的標準通信（通過 PROFIBUS/工業以太網進行的開放式用戶通信）。

與全局數據不同的是，必須建立通信連接才能實現通信功能。

集成到 IT 環境中

通過 S7-400，可方便地將現代 IT 環境與自動化環境鏈接。使用插入式 CP 443-1 Advanced，可以實現下列功能：

• 使用任何 HTML 工具創建自己的 Web 頁面。方便地將 S7-400 的過程變量分配給 HTML 對象。

• 使用標準瀏覽器并通過這些 Web 頁面監控 S7-400。

• 通過 FC 調用，從S7-400 的用戶程序發送電子郵件。

• 由于 TCP/IP 的 WAN 功能，支持遠程編程，即使通過電話網絡（如 ISDN），也支持。

帶有 PROFINET 接口的 S7-400-H CPU 配有集成式 Web 服務器。因此，可以使用標準 Web 瀏覽器讀出 S7-400 站的信息：

• CPU 常規信息

• 診斷緩沖區的內容

• 變量表

• 變量狀態

• 模塊狀態

• 消息

• 有關工業以太網的信息

• OUC 連接診斷

• PROFINET 節點拓撲

• 通過用戶定義的 Web 頁面顯示過程數據和用戶數據

Web 服務器機制中提供有數據安全機制，可以使用用戶權限并支持 HTTPS 協議。

等時同步模式

通過等時同步模式系統功能，可通過連接到等時同步 PROFIBUS 和 PROFINET 的循環，以實現：

• 分布式信號采集

• 信號傳輸

• 程序執行

創建自動化解決方案，以恒定間隔時間（恒定總線周期時間）來捕捉并處理輸入和輸出信號。同時創建了前后一致的部分過程圖像。

借助于恒定總線周期時間和分布式 I/O 同步信號處理，S7-400 可確保精確重現定義的的過程響應時間。

提供了大量支持等時同步模式系統功能的組件，可用來處理運動控制、測量值采集和高速控制等領域內的要求苛刻的任務。

在分布式自動化解決方案中，SIMATIC S7-400 還將開辟高速處理操作的重要領用領域，并可實現最高精度和可重現性。這意味著可在提供優良且恒定的質量的同時提高產量。

在運行模式下更改硬件組態（運行時組態，CiR）

通過 SIMATIC S7-400，在工廠運轉期間可以實現硬件組態的更改，不會影響生產的進行。選項包括：

• 增加分布式 I/O 節點（PROFIBUS DP 或 PA 從站）

• 在 ET 200M I/O 系統中增加模塊并重新設置參數。

CiR（即運行時組態）功能可在設備運行期間實現設備擴展和轉換，從而降低設備調試和重新裝備的時間。此外，通過該系統功能，還可以靈活響應工藝的變化（例如，工藝的優化），因為不必因硬件組態發生改變而將設備初始化或同步。

模塊的診斷和過程監控

SIMATIC S7-400 的眾多輸入/輸出模塊具有智能功能：

• 監控信號采集（診斷）

• 監控來自過程的信號（硬件中斷）

診斷

智能診斷系統可用來確定模塊的信號采集（對于數字量模塊）或者模擬量處理（對于模擬量模塊）是否正常工作。在診斷分析中，必須區分可參數化和不可參數化的診斷消息：

• 可參數化的診斷消息：
  僅當通過適當參數設置啟用之后，才會發送診斷消息。

• 不可參數化的診斷消息：
  這些消息是自動發送的，即與參數設置無關。

如果某個診斷消息處于激活狀態（例如，“無傳感器輸入"），則該模塊會觸發一個診斷中斷（如果已為該診斷消息設置了參數，則僅在相應的參數設置之后才會觸發中斷）。CPU 將中斷用戶程序或低優先級任務的處理，并處理相關診斷錯誤中斷塊 (OB 82)。通過硬件中斷可以監控過程信號，并且可以觸發對信號變化的響應。

根據模塊類型，可以使用不同的診斷消息：

硬件中斷

可以監控過程信號，并且可通過過程中斷觸發對信號變化的響應。

• 數字量輸入模塊：
  根據具體參數設置，該模塊可在信號狀態變化的上升沿、下降沿或上升沿和下降沿上為每個通道組觸發硬件中斷。CPU 中斷用戶程序或低優先級任務的處理，并處理相關過程中斷塊（例如，OB 40）。信號模塊可以每個通道緩沖一個中斷。

• 模擬量輸入模塊：
  通過設置上限值和下限值，可以定義工作范圍。模塊將數字化測量值與這些限值進行比較。若測量值違反其中任何一個限值，就會觸發硬件中斷。CPU 中斷用戶程序或低優先級任務的處理，并處理相關過程中斷塊（例如，OB 40）。若限值高于/低于過量程/欠量程值，則不進行進行比較。

S7-400H

容錯通信

進行高可用性通信時，SIMATIC 將提供以下功能：

• 更高可用性：
  發生故障時，通信可通過最多 4 個冗余連接繼續進行。

• 操作簡便；
  高可用性對用戶來說并不是透明的。可以并經過任何改動而采用標準通信的用戶程序。冗余功能僅在參數設置階段進行定義。

S7-400H（冗余和非冗余組態）和 PC 目前支持容錯通信。在 PC 上，需要 Redconnect 軟件包（參見“SIMATIC NET 通信系統"）。

根據具體可用性要求，可使用不同組態選項：

• 單一總線或冗余總線。

• 總線型拓撲或環型拓撲總線。

操作模式

CPU 417-5H/416?5H/414?5H/412?5H 的操作系統自主執行 S7-400H 的所有必要補充功能：

• 數據交換

• 故障響應（故障轉移至備用設備）

• 兩個子單元的同步

• 自檢

冗余原理

S7-400H 按“熱備份"模式下的主動冗余原理工作（發生故障時執行無反應的自動切換）。根據該原理，在運行期間，兩個子單元都處于激活狀態。發生故障時，未發生故障的設備獨自接管過程控制。

為確保平穩接管，必須通過中央控制器鏈路實現高速、可靠的數據交換。

在故障轉移期間，設備會自動保留：

• 相同的用戶程序

• 相同的數據塊

• 相同的過程映像內容

• 相同的內部數據，如定時器、計數器、位存儲器等

這意味著，這兩個設備始終保持在最新狀態，并且可以在出現故障時獨立地繼續執行控制。

采用冗余 I/O 操作時，這會帶來以下結果：

• 在運行期間，兩個模塊均處于激活狀態，例如在采用冗余輸入時，將通過兩個模塊讀取共用傳感器（也可以是兩個傳感器）的信號，對結果進行比較并提供給用戶以作為用于進一步處理的統一值。采用冗余輸出時，由用戶程序計算的值通過兩個模塊進行輸出。

• 發生故障時（例如，兩個輸入模塊之一出現故障），不再對有故障的模塊尋址，發生故障信號，僅未受影響的模塊繼續運行。在線進行修復之后，將再次對兩個模塊尋址。

同步

為了實現無反應切換，需要對兩個子單元進行同步。

S7-400H 遵循“時間驅動的同步"工作原理。

每當子單元中發生可能導致不同內部狀態的事件時，都會執行同步操作，例如在發生以下事件時：

• 直接訪問 I/O

• 中斷、報警

• 更新用戶時間

• 通過通信功能修改數據

同步是通過操作系統自動進行的，可在編程階段將其忽略。

自檢

S7-400H 可執行大量自檢。自檢涉及以下方面：

• 中央控制器的連接

• 中央處理單元

• 處理器/ASIC

• 存儲器

報告每個檢測到的故障。

啟動時自檢

啟動時，每個子單元都會完整執行全部自檢功能。

循環操作期間的自檢

完整的自檢分布在多個循環中。每個循環僅執行一小部分自檢，因此，實際控制器所承受的負荷不是很大。

組態、編程

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

對 S7-400H 編程需要使用 STEP 7 V5.2。

I/O 模塊的組態

硬件組態時，用戶必須通過 HW Config 相互形成冗余的模塊。只需要在冗余模式下運行的模塊以及要作為“冗余伙伴"的第二個模塊。在用戶程序中，應訪問具有地址的模塊。第二個地址不向用戶顯示，并且含有冗余和非冗余 I/O 的控制部分的編程相同。與非冗余 I/O 之間的差別是塊庫中的兩個函數塊（RED_IN 和 RED_OUT），需要在用戶程序的開始處和結束處調用這兩個函數塊。

在 STEP 7 V5.3 或更高版本中，該庫已作為標準庫集成到 STEP 7 中。

S7-400H

S7-400F/FH 滿足下列安全要求：

• 要求等級 AK 1 至 AK 6，符合標準 DIN V 19250/DIN V VDE 0801

• 安全要求等級 SIL 1 至 SIL 3，符合標準 IEC 61508

• Cat1 至 Cat4，根據 EN 954-1

操作模式

S7-400F/FH 的安全功能包含在 CPU 的 F 程序中，并包含在故障安全信號模塊中。

信號模塊采用差異分析方法和測試信號注入技術實現輸出和輸入信號的監控。

通過定期自檢、命令測試以及按時間順序執行的邏輯程序執行檢查，CPU 可檢查控制器的運行是否正常。此外，通過狀態監視 (sign-of-life) 請求，還可以檢查 I/O 狀況。

若在系統中診斷出故障，則將系統切換到安全狀態。

F-Runtime 許可證

必須將 F-Runtime 許可證加載到 CPU 上以運行 S7-400F/FH。每個 S7-400F/FH 都需要一份許可證。

編程

S7-400F/FH 的編程方式與其它 SIMATIC S7 系統的編程方式相同。非故障安全工廠部分的用戶程序可用成熟可靠的編程工具（如 STEP 7）來創建。

S7 F Systems 可選軟件包

編程安全型程序段時，需要使用可選軟件包“S7 F Systems"。該軟件中包括創建 F 程序所需的全部函數和塊。

對于包含安全功能的 F 程序，可使用 CFC 調用來 F 庫中的專用函數塊并進行互連。使用 CFC 可以簡化工廠的組態和編程工作，由于工廠范圍內具有統一的表示形式，也將簡了驗收測試。無需借助額外工具，程序員就可以專注于安全應用程序的組態。

技術規范