使用S7-400H上的I/O
8.4 连接冗余I/O
冗余I/O的定义
当系统包含两套模块，且这些模块被组态为冗余对并作为冗余对操作时，即被视为冗 余I/O模块。冗余I/O的使用提供了最高程度的冗余，因为系统既可以容许CPU故障，
也可以容许信号模块故障。
组态
支持下列冗余I/O组态：
1. 中央和扩展机架中的冗余信号模块
信号模块在CPU 0和CPU 1单元中成对安装。
冗余模块对
冗余模块对
扩展单元 扩展单元
中央机架 中央机架
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2. 单向DP从站中的冗余I/O
在带有源背板总线的分布式I/O设备ET 200M中，信号模块成对安装。
冗余模块对
图 8-4 单向DP从站中的冗余I/O
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3. 双向DP从站中的冗余I/O
在带有源背板总线的分布式I/O设备ET 200M中，信号模块成对安装。
冗余模块对
图 8-5 双向DP从站中的冗余I/O
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4. 连接到冗余CPU的、处于单机模式的冗余I/O
冗余模块对
图 8-6 单机模式中的冗余I/O
对错误事件的响应
冗余总是应用于整个模块，而不是单个通道。当在第一个冗余模块上发生通道错误 时，整个模块及其通道都切换到被动状态。在第一个错误被消除之前，如果在第二个 模块上发生通道错误，且模块切换为被动状态，则系统不能处理第二个错误。
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块库“功能I/O冗余”
“功能I/O冗余”块库支持冗余I/O，包含下列块：
• FC 450“RED_INIT”：初始化功能
• FC 451“RED_DEPA”：启动激活
• FB 450“RED_IN”：用于读取冗余输入的功能块
• FB 451“RED_OUT”：用于控制冗余输出的功能块
• FB 452“RED_DIAG”：用于诊断冗余I/O的功能块
• FB 453“RED_STATUS”：用于冗余状态信息的功能块
这些块位于STEP 7\S7_LIBS\RED_IO下的“冗余IO (V1)”库中。关于块的功能和 用法的描述请参见相应的在线帮助。
FC 450 RED_INIT • OB 72“CPU冗余错误”
FC
FC 451“RED DEPA” 在插入任何模块后，在OB 83中调用FC 451时，该功能允许在 修理后自动激活(可选)。
FB 450“RED_IN” • OB1“循环程序”
• OB 30 -- OB 38“监视狗中断”
FB 451“RED_OUT” • OB1“循环程序”
• OB 30 -- OB 38“监视狗中断”
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块 OB FB 452“RED_DIAG” • OB 72“CPU冗余错误”
• OB 82“诊断中断”
• OB 83“删除/插入中断”
• OB 85“程序运行错误”
如果将冗余I/O连接到工作在单机模式中的冗余CPU，则在OB 83中调用FC 452。
FB 453“RED_STATUS”
为了在监视狗中断中通过过程映像分区寻址冗余模块，必须将相关的过程映像分区分 配给该模块对和监视狗中断。调用用户程序之前，在该监视狗中断中调用FB 450
“RED_IN”。调用用户程序之后，在该监视狗中断中调用FB 451“RED_OUT”。
冗余I/O的硬件安装和组态 如何使用冗余I/O：
1. 插入冗余所需的所有模块。请注意用于组态的下列缺省规则。
2. 使用HW Config在相关模块的对象属性中组态模块冗余。
3. 查找每个模块的伙伴模块，或接受缺省设置。
在集中式组态中：将模块插入到偶数号机架的插槽X中，将冗余模块插入到下一 个奇数号机架的相同插槽位置。
如果将奇数号机架中的模块插入到插槽X中，则建议将模块插入到与先前偶数号 机架相同的插槽中。
单向DP从站中的分布式安装：如果模块插入到从站的插槽X中，且DP主站系统处 于冗余状态，则还应该在伙伴DP子系统中具有相同PROFIBUS地址的从站的插槽 X中插入模块。
双向DP从站的分布式安装，单机模式：如果将具有DP地址的从站中的模块插入 到插槽X中，则建议将具有下一个PROFIBUS地址的从站中的模块插入插槽X上。
4. 为输入模块输入剩余的冗余参数。
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注意
在删除一个已激活且不支持诊断功能的冗余数字量输入模块之前，必须切断到站或 机架的电源。否则，可能取消激活不该取消激活的模块。替换冗余模块的前连接器 是体现所需步骤的一个很好的实例。
可以由用户程序处理的有效值总是位于两个冗余模块的较低地址处。在这种方式 中，应用程序只能使用较低地址；较高地址处的数值与应用程序无关。
注意
必须在输入或输出的过程映像中安装冗余模块，并始终使用相关的过程映像进行访 问。
为冗余I/O组态DB，并为这些DB分配空闲的DB号。这些DB不表示FB 450
“RED_IN”或FB 451“RED_OUT”的背景数据块。
注意
使用冗余模块时，从“HW Config -> CPU 41x-H属性”中选择“周期/标志”标 签，然后设置下列参数：
“OB 85调用I/O访问的错误 -> 只有进入和离开的错误”
耦合和更新的监视时间
注意
如果已经建立了冗余I/O模块组态，并在程序中进行了适当的考虑，则可能需要给已 计算的监视时间添加一个保险时间，以免在输出模块上出现浪涌。
只有下表列出的模块的冗余操作才需要添加保险时间。
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表 8-1 冗余I/O监视时间的保险时间
模块类型 以毫秒为单位的保险时间
ET200M：标准输出模块 2
ET200M：HART输出模块 10
ET200M：故障安全输出模块 50
带模拟量输出模块的ET200L--SC ≤ 80
具有模拟量输出模块或技术模块的ET200S ≤ 20
DI 16xDC 24V报警 6ES7 421-7BH01-0AB0 使用非冗余编码器
• 该模块支持“断线”诊断功能。为了能够使用该功能，要确保在使用一个和两个输入时，
这些输入装载有大小在2.4 mA和4.9 mA之间的、信号状态为“0”的累加静态电流。
通过在编码器上安装一个电阻负载可实现该目的。该数值取决于开关类型，对于触点，通 常在6800和8200 Ω之间。
对于Beros，根据下列公式计算电阻：
(30V / (4.9 mA I_R_Bero) < R < (20V / (2.4 mA I_R_Bero)
DI 32xDC 24 V 6ES7 421-1BL0x-0AA0 DI 32xUC 120V 6ES7 421-1EL00-0AA0 分布式：冗余DI双通道
DI16xDC 24 V，中断 6ES7 321-7BH00-0AB0
DI16xDC 24 V 6ES7 321-7BH01-0AB0
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表 8-2 用于冗余的信号模块 (接上表)
模块 订货号
使用非冗余编码器
• 该模块支持“断线”诊断功能。为了能够使用该功能，要确保在使用一个和两个输入时，
这些输入装载有大小在2.4 mA和4.9 mA之间的、信号状态为“0”的累加静态电流。
通过在编码器上安装一个电阻负载可实现该目的。该数值取决于开关类型，对于触点，通 常在6800和8200 Ω之间。
对于Beros，根据下列公式计算电阻：
(30V / (4.9 mA --I_R_Bero) < R < (20V / (2.4 mA --I_R_Bero)
DI16xDC 24 V 6ES7 321-1BH02-0AA0
DI32xDC 24 V 6ES7 321-1BL00-0AA0 DI 8xAC 120/230V 6ES7 321-1FF01-0AA0 DI 4xNAMUR [EEx ib] 6ES7 321-7RD00-0AB0 使用非冗余编码器
• 当在防爆应用中操作模块时，请注意指定的最大电流和电压。
• 只能连接2线制NAMUR编码器或触点编码器。
• 编码器电路应该始终在一个公共点处接地，最好在编码器的负极接地。
• 将所选编码器的属性和指定的输入特性进行比较。无论使用一个输入还是两个输入，都应 始终确保该功能。NAMUR编码器有效值实例：对于“0”，电流 > 0.2 mA；对于
“1”，电流 > 4.2 mA。
DI 16xNamur 6ES7 321-7TH00-0AB0
使用非冗余编码器
• 编码器电路应该始终在一个公共点处接地，最好在编码器的负极接地。
• 始终在一个公共负载电源上操作冗余模块。
• 将所选编码器的属性和指定的输入特性进行比较。无论使用一个输入还是两个输入，都应 始终确保该功能。NAMUR编码器有效值实例：对于“0”，电流 > 0.7 mA；对于
“1”，电流 > 4.2 mA。
DI 24xDC 24 V 6ES7 326-1BK00-0AB0 标准操作中的F模块
DI 8xNAMUR [EEx ib] 6ES7 326-1RF00-0AB0 标准操作中的F模块
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表 8-2 用于冗余的信号模块 (接上表)
模块 订货号
中央：双通道冗余DI
DO 32xDC 24V/0.5A 6ES7 422-7BL00-0AB0 不能精确判断诊断信息“P短路”和“M短路”。
DO 16xAC 120/230V/2A 6ES7 422-1FH00-0AA0 分布式：冗余DO双通道
DO8xDC 24 V/0.5 A 6ES7 322-8BF00-0AB0 不能精确判断诊断信息“P短路”、“M短路”和“断线”。在组态中单独取消选定这些信 息。
DO8xDC 24 V/2 A 6ES7 322-1BF01-0AA0 DO32xDC 24 V/0.5 A 6ES7 322-1BL00-0AA0 DO8xAC 120/230 V/2 A 6ES7 322-1FF01-0AA0 DO 16x24 V/10 mA [EEx ib] 6ES7 322-5SD00-0AB0 DO 16xDC 24V/0.5A 6ES7 322-8BH00-0AB0
• 负载电路应该始终在一个公共点处接地，最好在负载的负极接地。
• 不能进行通道诊断。
DO 10xDC 24 V/2 A 6ES7 326-2BF01-0AB0 标准模式中的F模块
中央：双通道冗余AI
AI 6x16位 6ES7 431-7QH00-0AB0
使用电压测量
• 当操作带测量传感器或热电偶的模块时，始终在HW Config中禁止“断线”诊断功能。
使用间接电流测量
• 使用一个250 Ω的电阻，将电流转换成电压。参见第8-29页 使用直接电流测量
• 合适的稳压二极管BZX85C6v2或1N4734A (6.2 V，因为输入电阻为50 Ω)
• 4线制测量传感器的负载能力：RL> 325 Ω
表 8-2 用于冗余的信号模块 (接上表)
模块 订货号
分布式：冗余AI双通道
AI8x12位 6ES7 331-7KF02-0AB0
使用间接电流测量
AI 8x16位 6ES7 331-7NF00-0AB0
使用电压测量
• 当操作带测量传感器或热电偶的模块时，始终在HW Config中禁止“断线”诊断功能。
使用间接电流测量
• 使用一个250 Ω的电阻，将电流转换成电压。参见第8-29页 使用直接电流测量
• 合适的稳压二极管BZX85C8v2或BZX85C8v2 (8.2 V，因为输入电阻为250 Ω)
• 与电路有关的附加误差：如果一个模块发生故障，则其它模块可能突然出现约0.1%的附加
表 8-2 用于冗余的信号模块 (接上表)
模块 订货号
AI 4x15位 [EEx ib] 6ES7 331-7RD00-0AB0 该模块适用于只带冗余编码器的电压测量。
它不适用于间接电流测量 使用直接电流测量
• 当在防爆应用中操作模块时，请遵守相关规范。
• 合适的稳压二极管BZX85C6v2或1N4734A (6.2 V，因为输入电阻为50 Ω)
•
AI 6x13位 6ES7 336-1HE00-0AB0
标准操作中的F模块 分布式：冗余AO双通道
AO4x12位 6ES7 332-5HD01-0AB0
AO8x12位 6ES7 332-5HF00-0AB0
AO4x0/4...20 mA [EEx ib] 6ES7 332-5RD00-0AB0 当在防爆应用中操作模块时，请注意指定的最大电流和电压。
将数字量输入模块作为冗余I/O使用
设置下列参数，以组态数字量输入模块，用于冗余操作：
• 差异时间(冗余输入信号可以互不相同的最大允许时间)
当所组态的差异时间到时之后，如果输入数值中仍然存在差异，则产生一个错 误。
• H系统对输入数值中的差异的响应
首先，检查成对冗余模块的输入信号，查看它们是否相互匹配。如果数值匹配，则将 统一的数值写入到输入过程映像的低位数据存储区。如果存在差异，且是第一次差 异，则标记该差异，并启动差异时间。
在差异时间内，将最早出现的匹配(无差异)数值写入到具有低位地址的模块的过程映 像中。该过程重复执行，直到在差异时间内，数值再次匹配，或者直到某个位的差异 时间已到。
如果在已组态的差异时间到时后，仍然存在差异，则发生故障。
根据下列策略定位故障页面：
1. 在差异时间内，最早匹配的数值作为结果保留。
1. 在差异时间内，最早匹配的数值作为结果保留。