西门子触摸屏OP73

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。在用户程序中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H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。

适合标准S7-400系统设计的编程的规则同样适用于S7-400H，用户程序以相同的形式存储在两个中央处理器中，并且被同时执行。

除了那些既可以在S7-400 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。

（1）S7-400F/FH的应用场合　S7-400F/FH安全型自动化系统（图1-3）所示适用于对安全性要求很高的工厂，控制过程（直接关闭某些输出）不会对人和环境产生危害。S7-400F/FH有两种基本类型：

①S7-400F　安全型自动化系统，如果在系统中出现故障，生产过程转为安全状态，并执行中断。

②S7-400FH　安全及容错自动化系统，如果系统出现故障，冗余控制使生产过程能继续执行。

S7-400F/FH可以使用标准模块和安全型模块，配置一个安全型集成控制系统，在无安全要求及有部分安全要求的工厂中使用，整个工厂可以用相同的标准工具软件来配置和编程。

（2）S7-400F/FH的工作原理　S7-400F/FH的安全性功能包含在CPU的F程序和安全型信号模块（F-SM）中。信号模板利用偏差分析和测试信号注入的方法来监视输入和输出的信号。

CPU通过常规自检、结构检查，以及逻辑和顺序程序流程控制来检查PLC的有关操作和I/O模块的功能，如果发现故障，I/O转为安全状态。

必须将F运行许可证安装到S7-400F/FH的CPU147-4H上，每个CPU需要一个许可证。

（3）S7-400F/FH的编程　S7-400F/FH的编程方法与其他S7系统的编程方法相同，无安全性要求的部分可以用STEP7来编写。编写有安全性要求的程序时需要“S7 F系统”可选软件包，软件包包括用于生成F程序的所有功能和功能块。在计算机上应安装下列软件：STEP7 V5.1或更高的版本；CFC V5.0与Service Pack3或更高的版本；S7 SCL V5.0或更高的版本；S7 F V5.1（对于S7-400FH为可选项）。

在带CFC的F库中调用特殊功能块，并从内部连接到含有安全功能的F程序中。CFC的使用简化了设备的配置和编程工作，编程者可以将精力全部集中到安全性要求的应用问题。

（4）S7-400F/FH的通信　中央控制器和ET200M之间的安全型通信和标准通信通过PROFIBUS-DP进行，由于PRFI Safe PROFIBUS规范的发展，允许安全型功能的数据和标准报文帧一起传送。

（5）S7-400F/FH的结构

①单通道单路I/O配置　设备需要带安全性保护的PLC来控制，不必是容错性的。配置如下：1个带F运行许可证的CPU417-4，1条PROFIBUS-DP通信线，带IM153-2FO的ET200M，和无冗余设计的安全型信息模块。出现故障时I/O停止工作，安全型信号模块被关闭。

②单通道切换式I/O配置　设备需要带安全性保护的PLC来控制，CPU一侧采用容错技术，配置如下：两个带F运行许可证的CPU417-4H，两条PROFIBUS-DP通信线，两个有两块IM153-FO（冗余）的ET200M，和无冗余设计的安全型信息模块。如果其中的1个CPU417-4H、1条PROFIBUS-DP通信线或1块IM153-3FO出现故障，系统还能继续工作。如果安全型信号模块或ET200M出现故障，I/O停止工作，安全型模块被关闭。

③S7-400FH冗余切换式I/O配置　设备需要带安全性保护的PLC来控制，CPU一侧采用容错技术，配置如下：两个带F运行许可证的CPU417-4，两条PROFIBUS-DP通信线，两个有两块IM153-2FO（冗余）的ET200M，和冗余设计的安全型信息模块，如果其中的1个CPU，1条PROFIBUS-DP通信线，1套安全型信号模块或1个ET200M出现故障，系统还能继续工作，在S7-400F/FH自动化系统中要使用标准模块，但是它们不能与ET200M一起使用。

1.10　多CPU处理

多CPU处理运行是指在S7-400中央机架上，多4个具有多CPU处理能力的CPU同时运行。这些CPU自动地、同步地变换其运行模式。也就是说它们同时启动，同时进入STOP模式，这样可以同步地执行控制任务。

多CPU处理适用于以下情况：对于一个CPU来说用户程序太长，或者存储空间不够，需要将程序分配给多个CPU执行。如果整个系统由多个不同的部分组成，并且这些部分可以很容易地彼此拆开并可以单独控制，则各CPU分别处理不同的部分，每个CPU访问分配给它的模块。

通过通信总线，CPU彼此互连。如果组态正确，通过编程软件可以访问MPI网络上的全部CPU。

在启动时，多CPU运行的CPU将自动检查彼此间是否能同步。只有满足下列条件，才能同步：组态的所有CPU必须插好；已创建了正确的组态数据（SDB），并已下载到已插入的所有CPU中。如果有一条不满足，在诊断缓冲区中将出现错误信息。

退出STOP模式时，将比较RESTART/REBOOT启动类型。如果启动类型不同，CPU将不会进入RUN模式。

在多CPU处理运行时，每个CPU可以访问用STEP7为其组态分配的模块，模块的地址区总是单独分配给一个CPU。每个具有中断能力的模块被分配给一个CPU，这样的模块产生的中断不能被其他CPU接收。

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过程中断和诊断中断只能发送给一个CPU，在模块有故障或插/拔某一模块时，通过在STEP7参数赋值时分配的CPU处理中断。有机架故障时，每个CPU调用OB86。

使用多CPU中断（OB860）可以在相应的CPU中同步地响应一个事件。与通过模块触发过程中断相比，通过调用SFC35“MP-ALM”触发的多CPU中断只能通过CPU输出。

分段的机架CR2属于物理分段，不是通过参数赋值分段，每段只能有一个CPU，它不是多CPU处理，每个分段的机架上的CPU构成一个独立的子系统，它们没有共享的逻辑地址区，多CPU处理不能在分段的机架上运行。

IEC（国际电工委员会）是为电子技术的所有领域制定全球标准的世界性组织。IEC 61131是PLC的，1979年成立了IEC 61131工作组，1992～1995年发布了IEC 61131标准中的1～4部分，我国在1995年11月发布了GB/T 15969-1/2/3/4（等同于IEC 61131-1/2/3/4）。

IEC 61131由以下五部分组成：

（1）通用信息　定义PLC的术语，PLC的主要功能和特点，包括典型的PLC中一般概念的定义和功能特征，例如用户程序的循环处理、输入输出过程映像，以及编程设备、PLC和人机接口的分工。

（2）设备要求与测试　具体说明对PLC电气、机械和功能的要求，以及对产品的检验方法，对下述各项指标都作了要求：温度、湿度、供电范围、接口保护，数字量信号的工作范围，以及机械应力等。

（3）编程语言　通过对词汇、句法和语义的描述和例子，定义了PLC的软件模型，编程语言的标准和5种编程语言：梯形图、功能块图、指令表、顺序功能图和结构化文本。

（4）用户指南　作为一个指南，对从事自动项目的各阶段的用户提供帮助，从系统分析开始，到具体化阶段，例如PLC的选择与应用，安全和保护，安装与维护。

（5）通信服务规范　描述了不同厂商生产的PLC之间，PLC与其他设备之间的通信，包括设备功能选择、数据交换、报警处理、访问控制与网络管理、通信模式、通信块、与ISO协议的对应关系等。

其中的第三部分（IEC 61131-3）是PLC的编程语言标准，它鼓励不同的PLC制造商提供在外观和操作上相似的指令。IEC 61131-3标准使用户在使用新的PLC时可以减少重新培训的时间；对于生产厂家，使用标准将减少产品开发的时间，可以投入更多的精力去满足用户的特殊要求。

由于IEC 61131-3自动化编程语言的诸多优点，它已成为自动化工业中拥有广泛应用基础的，已有越来越多的PLC厂家提供符合IEC 61131-3标准的产品，世界上的自动化设备制造商，例如西门子、罗克威尔、ABB、施耐德、GE、三菱、富士等公司都推出了不同程序与IEC 61131-3兼容的产品，不于PLC，IEC 61131-3还广泛地应用于集散控制系统（DCS）和工业控制计算机、在个人计算机上运行的软件PLC软件包、数控系统、远程终端单元等产品。

IEC 61131-3包括以下内容：

①编译为标准代码的规则：定义了PLC必须满足IEC 61131标准的哪些要求。在文献中必须包含一个符合标准的声明，或者系统必须生成一个这样的声明。

②软件模型、通信模型和编程模型。

③可编程逻辑控制语言中的通用元件，例如数据类型和变量、功能和功能块、程序和任务。

⑤附加的语法规则和编程实例。标准中有两种图形语言——梯形图和功能块图，还有两种文字语言——指令表和结构文本，可以认为顺序功能图是一种结构块控制程序流程图。

2.1.2　STEP7中的编程语言

STEP7是S7-300/400系列PLC的编程软件。梯形图、语句表（即指令表）和功能块图是标准的STEP7软件包配备的3种基本编程语言，这3种语言可以在STEP7中相互转换，STEP7还有多种编程语言可供用户选用，但是在购买软件时对可选的部分需要附加的费用。

（1）顺序功能图（SFC）　这是一种位于其他编程语言之上的图形语言，用来编制顺序控制程序。