前言 目录
容错可编程控制器 1
S7-400H系统安装选项 2
快速入门 3
CPU 41x-H的安装 4
S7-400H系统及运行模式 5
链接与同步 6
使用S7-400H上的I/O 7
通讯功能 8
使用STEP 7进行组态 9
运行过程中部件的故障和更换 10
运行过程中修改系统 11
同步模板 12
技术参数 13
附录
冗余可编程逻辑控制器的特征值 A
单一运行 B
从S5-H至S7-400H的转换 C
容错系统和标准系统之间的区别 D
用于S7-400H的功能模板和通讯处理器 E
冗余I/O连接示例 F
SIMATIC
自动化系统
S7-400容错系统
使用手册
2002年11月版
A5E00068197-06
术语
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安全指南
本手册包括应该遵守的注意事项 以保证人身安全 保护产品和所连接的设备免受损坏 这些注意 事项都使用符号明显警示 并根据严重程度使用下述文字分别说明
危险
表示若不采取适当的预防措施 将造成死亡 严重的人身伤害或重大的财产损失
警告
表示若不采取适当的预防措施 将可能造成死亡 严重的人身伤害或重大的财产损失
小心
表示若不采取适当的预防措施 将可能造成轻微的人身伤害
小心
表示若不采取适当的预防措施 将可能造成财产损失
注意
引起你对产品的重要信息和处理产品或文件的特定部分的注意
合格人员
只有合格人员才允许安装和操作这一设备 合格人员规定为根据既定的安全惯例和标准批准进行试 运行 接地和为电路 设备和系统加装标签的人员
正确使用
注意如下
警告
本装置及其组件只能用于产品目录或技术说明书中阐述的应用 并且只能与西门子公司认可或推荐 的其它生产厂的装置或组件相连接
本产品只有在正确的运输 贮存 组装和安装的情况下 按建议方式进行运行和维护 才能正确而 安全地发挥其功能
商标
SIMATIC® SIMATIC HMI®和 SIMATIC NET®为西门子公司的注册商标
任何第三方为其自身目的使用与本手册中所及商标有关的其它名称 都将侵犯商标所有人的权益
西门子公司版权所有©1998 2002 保留所有权利 未经明确的书面授权 禁止复制 传递或使用本手册或 其中的内容
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西门子股份有限公司
Bereich Automation and Drives Geschaeftsgebiet Industrial Automation Systems Postfach 4848, D- 90327 Nuernberg
Siemens Aktiengesellschaft
郑重声明
我们已核对过 本手册的内容与所述硬件和软件相符 但错误在所难免 不能保证完全的一致 本手册中的内 容将定期审查 并在下一版中进行修正 欢迎提出改进 意见
西门子公司版权所有©1998 2002 若有改动 恕不另行通知
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前言
本手册的用途
本手册旨在供可编程控制器组态 调试和维修人员所用
为了能帮助您尽快熟悉产品 我们建议从第三章的示例开始 该示例可以使您能对容错系 统有个快速了解
所需基本知识
为了理解本使用手册 你需要了解自动化技术的基本原理
当然 还应对 S7 程序熟悉 可以仔细阅读 STEP 7 编程手册 如果在组态时 需要 使用STEP 7 标准软件 你还应熟悉标准软件的运行 请参见 STEP 7 用户手册
适用对象
本手册可供具有调试 操作和维护手册中所及产品资格的人员使用 本手册的有效性
本手册适用于下列组态
• CPU 414-4H 固件版本 V3.1
• CPU 417-4H 固件版本 V3.1
• S7 H 系统 选件包 版本 V5.2 以上 修订
根据 容错系统 的上一版本 所作修订如下
• 阐述了选件包中所包含的附加功能 冗余 I/O
• 在本手册中还添加了容错CPU 以及相应产品和主题的内容
说明 根据该 容错系统 的上一版本使用手册 文件编号修改如下 A5E00068197-05.
当前编号为 A5E00068197-06.
认证
SIMATIC S7-400 产品系列经过以下认证:
• UL 美国安全检测实验室公司 认证 UL 508 工控设备
• CSA 加拿大标准协会 CSA C22.2 No. 142 过程控制设备
• FM 美国工厂联研会 认证 认证标准分类号 3611
关于认证和标准的详细信息 请参见 自动化系统 S7-400 模板规范 参考手册中的第 1.1 章 标准和认证
CE 标志
SIMATIC S7-400 产品系列符合以下 EC 标准的要求和安全规定
• 欧盟低压指导性文件73/23/EC
• 欧盟电磁指导性文件89/336/EEC
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C-Tick-Mark
SIMATIC S7-400 产品系列符合以下 AS/NZS 2064 澳大利亚和新西兰 标准的要求 标准
SIMATIC S7-400 产品系列符合标准 IEC 61131-2 的要求和准则 该文件在信息环境中的位置
本手册可以单独订货 订货号为6ES7988-8HA10-8BA0 还可以提供电子版产品光盘 H Options Package H 选件包
在线帮助
除了使用手册以外 还可以通过集成在软件中的在线帮助系统 提供软件使用详细支持 帮助系统可以使用许多接口进行访问
• Help 菜单中包含有许多命令 Contents 可以打开帮助索引 在 组态容错系统调 用帮助选件包 可以找到容错系统的帮助信息
• How to Use Help 使用帮助 提供有详细的在线帮助使用说明
• 上下文相关帮助可以提供关于当前的文本信息 例如 一个打开的对话框或一个激 活的窗口 这可以通过 Help 按钮或F1访问
• 状态栏提供有其它形式的上下文相关帮助 当鼠标光标放在一个命令上时 可以显 示每个菜单命令的简要说明
• 当鼠标光标在按钮上停放短暂时间 也可以显示工具栏按钮的简要说明
如果你更愿意阅读打印出来的在线帮助 你可以打印每个帮助主题 工作簿或整个帮助 选择最适合的方式
为了有助于快速查找所需信息 本使用手册包含有以下辅助手段
• 在本使用手册的一开始 可以发现有一个完整的目录和图表目录
• 在每一章的每一页的左边 都提供有每一部分内容的概述
• 在本使用手册的最后附录中 还提供有术语 术语包括本使用手册所使用的主要技 术术语定义
• 在使用手册最后 还提供有索引 以便于快速查找所需信息 注意
在编程和调试S7-400 时 你需要以下使用手册以及使用手册汇编
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使用手册/手册汇编 内容 S7 和 M7 标准软件
STEP 7 基本信息 • 通过编程器/PC 安装和调试 STEP 7
• 使用STEP 7 可以进行以下工作
项目和文件管理
组态并将参数赋值给S7-400 组态 为用户程序分配符号名
创建并测试STL/LAD 用户程序 生成数据块
组态两个或多个CPU 之间的通讯
用户程序在CPU / 编程器中的装入 保存和删除 用户程序的监视和控制
CPU 的监视和控制
• 使用编程器/ PC 和 STEP 7 有效实现编程任务指南
• CPU 工作原理 例如 存储器 输入和输出访问 寻址 块 数据管理
• STEP 7 数据管理说明
• STEP 7 数据类型的使用
• 线性化和结构化编程的使用
• 块调用指令的使用
• 在用户程序中 CPU 的调试和诊断功能使用 例如 错误 OB 状态字
STEP 7 参考信息 S7-300 和 S7-400 语句表 STL S7-300 和 S7-400 梯形逻辑 LAD S7-300 和 S7-400 功能块图 FBD 系统和标准功能
• 使用 STL LAD 或 FBD 的基本步骤 例如 STL LAD 或FBD 的结构 数字格式 语法
• STEP 7 中所有指令说明 程序示例说明
• STEP 7 中各种寻址方法说明 示例说明
• 集成在 CPU 中的所有功能说明
• CPU 中内置寄存器的说明
• 集成在 CPU 中的所有系统功能说明
• 集成在 CPU 中的所有组织块说明 PG 7xx 使 用 手
册 • 编程器硬件说明
• 将编程器连接到不同设备上
• 编程器的启动 再循环利用和清除处理
由于 S7-400 H 设备采用无毒材料制造 因此该产品可以被回收利用 为了能够根据最 新的法律法规 环保地再循环利用和废弃用旧的设备 请联系经过认证的电子部件废品回 收公司
其它支持
如果你有任何技术问题 你可以与当地的西门子代表处或代理商联系 http://www.ad.siemens.com/automation/partner H/F 资格中心
位于纽伦堡的H/F 资格中心可以提供容错 SIMATIC S7 自动化系统的专门培训班 另外 H/F 资格中心还可以在组态 调试或出现问题时 提供现场帮助
电话 +49 (911) 895-4759 传真 +49 (911) 895-4519
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培训中心
西门子公司还提供有许多培训课程 介绍SIMATIC S7 可编程控制器 详情请与您所在地 区的培训中心联系 或与德国纽伦堡 邮编D90327 的总部培训中心联系
电话 +49 (911) 895-3200.
网址 http://www.sitrain.com
A&D 技术支持
遍布全球 24 小时服务
面向全球 纽伦堡 技术支持
24 hours a day 365 days a year 电话 +49 (0) 180 5050-222 传真 +49 (0) 180 5050-223 E-mail [email protected] GMT +1:00
欧洲/非洲 纽伦堡 授权
当时时间 Mon.-Fri. 7:00 to 17:00 电话 +49 (0) 180 5050-222 传真 +49 (0) 180 5050-223 E-mail [email protected] GMT +1:00
美国 约翰逊市 技术支持和授权
当时时间 Mon.-Fri. 8:00 to 17:00 电话 +1 (0) 423 262 2522 传真 +1 (0) 423 262 2289 E-mail [email protected] GMT -5:00
亚洲/澳大利亚 北京 技术支持和授权
当时时间 Mon.-Fri. 8:30 to 17:30 电话 +86 10 64 75 75 75 传真 +86 10 64 74 74 74 E-mail [email protected] GMT +8:00
The languages of the SIMATIC Hotlines and the authorization hotline are generally German and English 约翰逊市
纽伦堡
北京
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目录
1 容错可编程控制器... 1-1 1.1 SIMATIC 系列冗余式可编程控制器... 1-2 1.2 增加系统可用性... 1-3 2 S7-400H 系统安装选项 ... 2-1 2.1 S7-400H 基本型系统... 2-3 2.2 S7-400H 的 I/O 模板 ... 2-4 2.3 通讯... 2-4 2.4 组态和编程工具... 2-5 2.5 用户程序... 2-5 2.6 文件... 2-6 3 快速入门... 3-1 3.1 要求... 3-2 3.2 配置硬件并启动S7-400H... 3-2 3.3 容错系统故障响应举例... 3-4 4 CPU 41x-H 的安装 ... 4-1 4.1 CPU 的控制和显示单元... 4-2 4.2 CPU 的功能监控 ... 4-5 4.3 状态和故障指示灯... 4-7 4.4 模式选择器... 4-9 4.5 扩展存储器...4-11 4.5.1 使用存储卡扩展装载存储器...4-12 4.5.2 使用存储器模板扩展 CPU 417-4 的工作存储器...4-15 4.6 多点接口 MPI ...4-17 4.7 PROFIBUS DP 接口...4-17 4.8 S7-400 CPU 参数概述...4-18 4.9 CPU 41x-H 作为 Profibus DP 主站 ...4-19 4.9.1 CPU 41x 的 DP 地址区 ...4-20 4.9.2 CPU 41x 作为 DP 主站...4-20 4.9.3 CPU 41x 作为 DP 主站的诊断 ...4-24 4.10 一致性数据...4-28 4.10.1 通讯块和功能的一致性 ...4-29 4.10.2 CPU 工作存储器的存取...4-29 4.10.3 SFB 14 “GET”和读标志一致性规则...4-29 4.10.4 DP 标准从站的一致性数据读和写操作 ...4-31 4.10.5 不使用 SFC 14 或 SFC 15 时的一致性数据存取 ...4-32 5 S7-400H 系统及运行模式 ... 5-1 5.1 引言... 5-2 5.2 S7-400H 系统模式 ... 5-3 5.3 CPU 的运行模式 ... 5-4 5.3.1 停止 STOP 运行模式... 5-6 5.3.2 启动 START UP 运行模式 ... 5-6
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5.3.3 链接 LINK-UP 和更新 UPDATE 运行状态 ... 5-6 5.3.4 RUN 运行 运行状态 ... 5-7 5.3.5 保持 Hold 运行状态 ... 5-7 5.3.6 故障排除 TROUBLESHOOTING 运行状态 ... 5-8 5.4 自检功能... 5-9 5.5 响应时间...5-10 5.6 S7-400H 系统中的过程中断评价...5-11 6 链接和同步... 6-1 6.1 链接和更新的作用... 6-2 6.2 链接和更新的功能顺序... 6-3 6.2.1 链接过程... 6-6 6.2.2 更新步骤... 6-8 6.2.3 切换到已修正配置后的CPU...6-10 6.2.4 块的链接和更新...6-10 6.3 时间监视...6-11 6.3.1 响应时间...6-13 6.3.2 如何确定监视时间...6-13 6.3.3 时间响应的影响因素...6-18 6.3.4 链接和更新工作的性能参数...6-19 6.4 链接 Link-up 和更新 Update 过程中的特殊性 ...6-20 7 使用S7-400H 上的 I/O ... 7-1 7.1 引言... 7-2 7.2 使用单通道 单向I/O ... 7-2 7.3 使用单通道 切换式I/O... 7-4 7.4 连接冗余I/O... 7-6 7.4.1 确定钝化的状态...7-17 7.5 连接冗余I/O 的其它可能性 ...7-19 8 通讯功能... 8-1 8.1 原理和基本概念... 8-2 8.2 适合的网络... 8-4 8.2.1 工业以太网... 8-4 1.1.2 PROFIBUS... 8-5 8.3 支持的通讯服务... 8-5 8.4 通过容错S7 连接通讯... 8-6 8.4.1 容错系统间的通讯... 8-7 8.4.2 容错系统和容错CPU 间的通讯... 8-9 8.4.3 容错系统和PC 间的通讯... 8-9 8.5 通过S7 连接通讯...8-11 8.5.1 通过S7 连接—单向模式通讯 ...8-11 8.5.2 在冗余S7 连接上的通讯 ...8-12 8.5.3 通过ET 200M 上的点到点 CP 进行通讯 ...8-13 8.5.4 单通道系统的随机连接...8-14 9 使用STEP 7 进行组态... 9-1 9.1 安装选件包... 9-2 9.2 使用STEP 7 进行组态... 9-2 9.2.1 容错站的安装规则... 9-3
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9.2.2 配置硬件... 9-3 9.2.3 容错站中的模板参数赋值... 9-3 9.2.4 CPU 参数设置建议... 9-4 9.2.5 组态网络... 9-5 9.3 STEP 7 中的编程器功能 ... 9-6 10 运行过程中部件的故障和更换... 10-1 10.1 中心机架和扩展机架上部件的故障和更换...10-2 10.1.1 中央处理单元 容错 CPU 的故障与更换 ...10-2 10.1.2 电源模板的故障与更换 ...10-3 10.1.3 I/O 或功能模板的故障与更换...10-4 10.1.4 通讯处理器的故障与更换 ...10-5 10.1.5 同步子模板或光纤电缆的故障与更换 ...10-5 10.1.6 IM 460 和 IM 461 接口模板的故障和更换 ...10-7 10.2 分布式I/O 上的部件的故障和更换 ...10-8 10.2.1 PROFIBUS-DP 主站的故障和更换 ...10-8 10.2.2 冗余 PROFIBUS-DP 接口模板的故障和更换...10-9 10.2.3 PROFIBUS-DP 从模板的故障和更换...10-9 10.2.4 PROFIBUS-DP 电缆的故障和更换 ...10-10 11 运行过程中系统的修改... 11-1 11.1 可能进行的硬件修改...11-2 11.2 在PCS 7 中增添部件 ...11-4 11.2.1 PCS 7 步骤 1 硬件的更改...11-5 11.2.2 PCS 7 Step 2:硬件配置的离线修改 ...11-5 11.2.3 PCS 7 Step 3:停止热备 CPU 的运行...11-6 11.2.4 PCS 7 Step 4:在热备 CPU 中装入新的硬件配置...11-6 11.2.5 PCS 7 Step 5:切换到已修正组态后的 CPU ...11-7 11.2.6 PCS 7 Step 6:转换到冗余系统模式 ...11-7 11.2.7 PCS 7 Step 7 更改和导入用户程序...11-8 11.2.8 在 PCS 7 中增添接口模板 ...11-9 11.3 在 PCS 7 中删除部件...11-10 11.3.1 PCS 7 步骤 I 硬件配置的离线修改 ...11-10 11.3.2 PCS 7 步骤 II 更改和导入用户程序 ...11-11 11.3.3 PCS 7 步骤 III 停止热备 CPU 的运行...11-11 11.3.4 PCS 7 步骤 IV 在热备 CPU 中装入新的硬件配置...11-12 11.3.5 PCS 7 步骤 V 切换到已修正组态后的 CPU ...11-12 11.3.6 PCS 7 Step VI:转换到冗余系统模式 ...11-13 11.3.7 PCS 7 步骤 VII 硬件的更改 ...11-13 11.3.8 在 PCS 7 中删除接口模板...11-14 11.4 在 STEP7 中增添部件...11-15 11.4.1 STEP 7 步骤 1 硬件的更改 ...11-15 11.4.2 STEP 7 步骤 2 硬件配置的离线修改...11-16 11.4.3 STEP 7 步骤 3 扩展和装入组织块...11-16 11.4.4 STEP 7 步骤 4 停止热备 CPU 的运行...11-16 11.4.5 STEP 7 步骤 5 在热备 CPU 中装入新的硬件配置...11-17 11.4.6 STEP 7 步骤 6 切换到已修正组态后的 CPU ...11-17 11.4.7 STEP 7 步骤 7 转换到冗余系统模式...11-18 11.4.8 STEP 7 步骤 8 更改和导入用户程序...11-18
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11.4.9 在 STEP 7 中增添接口模板...11-19 11.5 在 STEP7 中删除部件...11-20 11.5.1 STEP 7 步骤 I 硬件配置的离线修改...11-20 11.5.2 STET 7 步骤 II 更改和导入用户程序...11-21 11.5.3 STEP 7 步骤 III 停止热备 CPU 的运行 ...11-21 11.5.4 STEP 7 步骤 IV 在热备 CPU 中装入新的硬件配置...11-21 11.5.5 STEP 7 步骤 V 切换到已修正组态后的 CPU ...11-22 11.5.6 STEP7 步骤 VI 转换到冗余系统模式 ...11-23 11.5.7 STEP 7 步骤 VII 硬件的更改 ...11-23 11.5.8 STEP 7 步骤 VIII 修改和装入组织块 ...11-24 11.5.9 在 STEP 7 中删除接口模板...11-24 11.6 修改 CPU 的参数 ...11-25 11.6.1 步骤 A 离线修改 CPU 参数 ...11-26 11.6.2 步骤 B 停止热备 CPU 的运行...11-26 11.6.3 步骤 C 在热备 CPU 中装入修改过的 CPU 参数 ...11-27 11.6.4 步骤 D 切换到已修正组态后的 CPU ...11-27 11.6.5 步骤 E 转换到冗余系统模式...11-28 11.7 更改CPU 的存储部件 ...11-28 11.7.1 扩展主存储器和/或装载存储器 ...11-29 11.7.2 更改装载存储器的类型 ...11-30 12 同步模板... 12-1 12.1 S7-400H 的同步模板...12-2 12.2 使用光纤敷设电缆...12-4 13 技术参数... 13-1 13.1 CPU 414-4H 的技术参数 6ES7 414-4HJ00-0AB0 ...13-2 13.2 CPU 417-4H 的技术参数 6ES7 417-4HL01-0AB0 ...13-6 13.3 冗余I/O 的 FC 和 FB 运行时间 ...13-10 A 冗余可编程逻辑控制器的特征值 ... A-1 A.1 基本概念... A-2 A.2 对选择的配置进行MTBF 比较... A-3 A.2.1 带有中央I/O 的系统配置... A-3 A.2.2 带有分布式I/O 的系统配置 ... A-4 A.2.3 带有标准和容错通讯的系统配置比较... A-6 B 单一运行...B-1 C 从S5-H 至 S7-400H 的转换...C-1 C.1 总体介绍... C-1 C.2 组态
DI 16 X DC 24V 6ES7321-7BH00-0AB0 ... F-2 F.2 SM 322 DO 32 X DC 24V/0.5A 6ES7322-1BL00-0AA0... F-3 F.3 SM 331 AI 8 X 12 位 6ES7331-7KF02-0AB0... F-4 编程和诊断... C-1 D 容错系统和标准系统之间的区别...D-1 E 用于 S7-400H 的功能模板和通讯处理器...E-1 F 冗余I/O 连接举例 ... F-1
F.1 SM 321
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1 容错可编程控制器
本章介绍一种具有冗余和容错技术的可编程控制器
章节 说明 页码
1.1 SIMATIC 系列冗余式可编程控制器 1-2
1.2 增加系统可用性 1-3
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1.1 SIMATIC 系列冗余式可编程控制器
当前 在工业化的各个领域中 只有实施高度的自动化技术 才能获得既经济 又节省资 源和降低污染的产品 同时又要求安全型可编程控制器具有最大限度的分散功能
西门子公司的冗余式可编程控制器已经在实际运行中证明了自己的优势 并且有成千上万 台已在实际中使用
或许读者已经对容错系统中的一种很熟悉了 如SIMATIC S5-115H 和 S5-155H 或者是 具有出错保护功能的S5-95F 和 S5-115F 系统
S7-400H 是最新一代的具有容错技术的 PLC 其内容在后面的章节中介绍 它是 SIMATIC S7 系列产品中的一员 这表明它具有 SIMATIC S7 产品所具有的所有优点
冗余式PLC 的操作对象
使用冗余式可编程控制器可以获得更高的可用性或容错性能
图1-1 冗余式可编程控制器的使用目的
请注意容错系统和安全系统的区别 S7-400H 是容错式可编程控制器 只有当控制过程 需要附加的手段以保证其相关的安全性时才使用
为什么需要容错式可编程控制器
使用高可用性的可编程控制器的目的是为了减少生产损失 不管是故障带来的损失还是维 修工作引起的损失
停工的成本越高 越需要容错系统 容错系统的高投入会很快被避免的生产损失所补偿 软件冗余性
在很多的实际应用中 对冗余质量的要求或者对冗余 PLC 必备系统各部分的数目的要求 都不能确保专业容错系统的使用 通常 简单的软件机制就足以允许当错误事件发生时在 一个替代系统中继续运行没能正常执行的控制任务
冗余自动化系统 例如
容错1OO2 目的
减少由于切换到热备系统时丢失各种生 产功能的可能性
安全系统中1OO2 目的
通过安全地非直接连接的方法连到一 个可靠的 Off 位置 以保护设备 的使用寿命 环境和投资者的利益
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SIMATIC S7 Software Redundancy 可选软件可以在 S7-300 和 S7-400 标准系统上运 行去控制生产过程 出现故障时可在几秒内转换到替代系统 可用于例如水厂 水处理系 统或交通流量控制系统
1.2 增加系统可用性
S7-400H 可编程控制器满足高可用性的需要 是一种智能化和分布性达到了最新技术水 平的可编程控制器 进一步讲 该系统在控制 调节与监视单元和系统的全部功能以及获 取和准备过程数据的全部功能中都起着重要的作用
系统的广泛适用性
S7-400H 可编程控制器和所有的其它 SIMATIC 产品 如 SIMATIC PC S7 系统 都是协调 一致的 从控制台到各种传感器以及各种驱动设置 整个系统的广泛性是一种必然的结果 并且能保证最高的系统性能
图1-2 SIMATIC 的通用自动化解决方案
双重器件实现的累加可用性
S7-400H 是按冗余方式设计的 可以在任何事件发生后继续使用 这表明它所有的主要 器件都是双重的
按照方案设计成双重器件的有中央处理器 CPU 电源模板以及连接两个中央处理器的 硬件
用户可以自行决定在即将使用的自动化系统中是否需要更多的双重器件 以增强设备的可 用性
控制台
LAN 冗余
PROFIBUS DP 冗余
分布式 I/O 传感器/执行器
DP/PA 总线耦合器 系统
单用户使用的
OS 系统 打印机
服务器 服务器
客户机 客户机 工程系统
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冗余节点
冗余节点代表了带有容错器件的系统的容错性 节点内的一个原件发生故障时不会影响和 它相联的其它节点或整个系统的可靠性 这就是冗余节点的独立性
冗余节点链接中最薄弱的环节决定了整个系统的可用性 对于2002 系统 如果有一个冗 余节点的部件故障 不会对整个系统的可操作性造成影响 冗余节点链中的最弱链路决定 了整个系统的可用性
不会产生错误功能 图1-3
图1-3 网络中无错误功能的冗余性举例 可产生错误功能
在图1-4 中 一个器件的故障就可以破坏每一个冗余节点 在被损伤的整个系统中不再具 有它的功能性
图1-4 可产生错误功能的 2OO2 系统的冗余性举例 冗余节点故障 完全故障
在图1-5 中 由于 1OO2 冗余节点的两个子器件都出现了故障 则不能再运行整个系统 完全故障
图1-5 2OO2 系统中 完全故障发生时的冗余性举例 具有2OO2 冗余性的冗余节点
具有2OO2 冗余性的冗余节点
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2 S7-400H 系统安装选项
第一部分介绍容错式S7-400H 可编程序控制器的基本组态和 S7-400H 基本型系统器件 然后介绍在基本型系统基础上扩展的各种硬件
第二部分介绍应用软件 用户用它对S7-400H 进行组态和编程 另外 对比 S7-400 标准 型系统 进一步介绍它的扩展功能 让用户在编程中使 S7-400H 发挥更强的作用 以加 强其可用性
章节 说明 页码
2.1 S7-400H基本型系统 2-3
2.2 S7-400H的I/O设备 2-4
2.3 通讯 2-4
2.4 组态与编程工具 2-5
2.5 用户程序 2-5
2.6 文件 2-6
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图2-1 展示了带分布式 I/O 设备的 S7-400H 的配置形式 并且将它联到一个冗余系统的总 线上 下面将逐步介绍配置和运行S7-400H 所必备的硬件和软件
图2-1 概述
进一步说明
S7-400 标准型系统的各个部件也可以用在容错式 S7-400H 可编程控制器中 有关 S7-400 的所有硬件的详细介绍 请查阅自动化系统S7-400 和 M7-400 以及模板数据参考手册 使用容错式 S7-400H 可编程控制器时 其用户程序设计和模块的使用方法的各种规则与 标准型S7-400 系统的规则一致 请注意 STEP7 编程手册中的说明 以及S7-300/400 系 统软件 系统和标准功能参考手册中的说明
ET200M 分布式 I/O 冗余系统总线 以太网
操作员站 可视化系统
ET200M 分布式 I/O 冗余式 PROFIBUS-DP
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2.1 S7-400H 基本型系统
基本型系统的硬件
S7-400H 基本型是指 S7-400H 的最小配置 基本型系统由构成容错式控制系统的必备硬 件单元组成 图2-2 展示了安装中的部件
可以用 S7-400 系列中的标准模板对基本型系统进行升级 在功能上和通讯处理器方面有 一些约束条件 请看附录E
图2-2 S7-400H 基本型系统的硬件 中央处理单元
S7-400H 的核心是两个中央处理单元 CPU 须将同步化子模板插到 CPU 内 对其进 行设置 并决定机架的号码 下面 我们把机架0 中的 CPU 定义为 CPU0 机架 1 中的 CPU 定义为 CPU1
S7-400H 的安装机架
建议使用UR2-H 机架安装 S7-400H 此机架可以安装 2 个独立的子系统 每个系统含有 9 个槽 适合安装到 19 英寸宽的机柜中
另外 还可以在两个独立的安装机架中 配置S7-400H 为此 提供有两个安装机架 UR1 和UR2
电源
可从 S7-400 标准系列单元中选择电源模板 每个容错 CPU 需要一个电源模板 更准确 地说 S7-400H 双子系统中的每个子系统都需要一个电源模板
电源模板的额定输入电压可以是24V DC 也可以是 120/230V AC 输出电流为 10A 和 20A
若要加强供电能力 每个子系统也可以采用冗余供电方式 在这种情况下 需使用PS 407 10AR 电源模板 其额定电压为 120/230V AC 输出功率的电流为 10A
同步子模板
用同步化子模板连接两个中央处理器 它们已放置在中央处理器内部 并由光缆完成互连 任务
UR2H 机架 S7-400H 基本型系统
机架0 机架 1
2 个 CPU 4 个同步 化子模板
2 根光缆
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每个CPU 内需配置 2 块同步子模板 光纤电缆
光缆用在同步子模板内 用它完成2 个中央处理器之间的物理连接 冗余链接方式
2.2 S7-400H 的 I/O 模板
事实上 SIMATIC S7 系统范围内的任何输入/输出模板都可以用在 S7-400H 上 I/O 模板 可以用在
• 中央控制器
• 扩展单元中
• PROFIBUS DP 总线上的分散型单元
有关在S7-400H 上使用的各功能模板 FM 和各通讯处理器 CP 资料可参阅附录 E I/O 设备的组成方式
除了电源和中央处理器为冗余式模板外 输入/输出模板可按下列方式配置
• 具有一般可用性的单通道 单路配置模式
采用单通道 单路输入/输出模板 单通道 此输入/输出模板只位于一个子系统中 并且只能被此子系统读取
• 具有增强可用性的单通道 切换式配置模式
采用单通道 切换式 分布式 配置的单输入/输出模板 该模板可以由两个子系统 中的任何一个进行寻址
• 双通道容错冗余配置
对于双通道冗余配置 I/O模板的数量可以加倍 并可通过两个子系统寻址 进一步说明
在第七章中提供I/O 模板使用方法的详细说明
2.3 通讯
SIMATIC 系统范围内提供的任何通讯单元都可以完成 S7-400H 的通讯任务 所使用的通讯单元既可以用在中央I/O 环境中 也可以用在分布式 I/O 环境 例如
• 系统总线 工业以太网
• 点对点连接 通讯可用性
可以改变 S7-400H 的通讯能力 S7-400H 使用不同的通讯方法来满足不同的实际需要 通讯方法可以是简单的线性网络结构 也可以是冗余式双光缆环路
PROFIBUS 或工业以太网采用的容错式通讯技术完全支持 S7 产品的通讯功能
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编程和组态
如果没有使用附加的硬件部件 与标准型系统相比 编程和组态工作在内容上几乎没有差 别 容错式连接只需要进行组态 而不需要其它专门的编程工作
容错式通讯所需要的所有通讯功能都已经集成在容错 CPU 的操作系统中 并能在后台自 动运行 例如 通讯连接的监视 以及当故障事件发生后自动切换到冗余连接方式 进一步说明
在第8 章中给出通讯方面的详细说明
2.4 组态和编程工具
类似于S7-400 S7-400H 也可以使用 STEP 7 进行组态和编程 用STEP7 完成配置后 可以把 S7-400H 看成一般的 S7-400 系统
这表明 用户可以使用所有的有关SIMATIC S7 的知识 例如 在编写用户程序时 所考 虑的限定条件就比较少 然而 在配置容错系统时还是有一些专门的附加条件 因为冗余 单元的工作是由操作系统来监视的 当故障事件发生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
可以从在线帮助 Help 和第九章中获取更详细的资料 所需软件
对于组态和编程 需要可选 H 软件包 可选软件
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
2.5 用户程序
适合标准 S7-400 系统设计和编程的规则同样适用于 S7-400H
用户程序以相同的形式存贮在两个中央处理器中 并且同时被执行 同步事件
以用户程序执行的观点看 S7-400H 的作用几乎和标准系统一样 同步功能已被集成在 操作系统中 自动运行 并且全部采用后台操作方式 在用户程序中完全没有必要考虑这 些功能
数据刷新导致循环处理时间的延长 为了对此能有所作为 提供一些专用功能块去优化用 户程序 从而达到使用目的
S7-400H 系统的专用块
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 提供一些针对冗余性能的功能块
组态下列功能模块能对S7-400H 的冗余故障起作用
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• OB70 I/O 冗余故障
• OB72 CPU 冗余故障
利用系统功能 SFC90 H_CTRL 用户可以禁用和重新启用容错 CPU 的链接和更新 也可以对循环自检程序的范围和执行起作用
注意
在一个安全型系统中 周期自检程序不能被禁止后再使能 详细资料请参阅S7-400F 和 S7-400FH 可编程序控制器使用手册
进一步说明
有关上述功能块编程的更详细的资料请查阅STEP7 编程手册和 S7-300/400 系统软件 系 统和标准功能手册
2.6 文件
下图展示了S7-400H 自动化系统不同组态和应用的总体概述
对象 文件
硬件
冗余式供电电源 模板机架UR2-H IM 153-2
容错系统专用编程 S7-400H-专用OB SFC SSL 事件和故障帮助 S7-400H专用扩展 专门针对容错系统的文件 容错系统
S7-400H的配置选择 快速入门
S7-400H的系统模式
链接 Link-up 和更新 Update I/O 通讯
用STEP 7选件包组态 故障和替换 系统修正
S7/M7 400标准文件 安装
模板规范 指令列表
ET 200M分布式I/O
STEP 7文件 用STEP 7 V5.2编程 系统和标准功能
使用手册和在线帮助
S7-400H PLC 容错系统
使用手册和在线帮助
图2-3 容错系统的用户文件 注意
图2-3 所列的手册都可以在 S7-400H 产品 CD 上查到
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3 快速入门
本章通过列举实例并给出效果带领用户逐步完成对系统的创建 用户可以学到如何使用 S7-400H 可编程控制器进行操作 并逐步熟悉系统在故障事件中的响应
大约需要1-2 小时的学习时间 这主要根据用户已经拥有的经验而定
章节 说明 页码
3.1 要求 3-2
3.2 配置硬件并启动S7-400H 3-2
3.3 容错系统故障响应举例 3-4
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3.1 要求
必须满足下列要求
在可编程器上需正确安装STEP 7 标准软件和符合版本要求的 S7 容错系统 选件包 请 看9.1 节
硬件配置对模板的要求
• 一套S7-400H PLC 包括 - 1 个安装机架 UR2-H - 2 个电源模板 PS 407 10A
- 2 个容错 CPU CPU 414-4H 和 CPU 417-4H - 4 个同步化子模板
- 2 根光缆
• 一个ET 200M 分布式 I/O 设备的底板总线上插有 - 2 个 IM 153-2
- 1 个数字量输入模板 SM 321 DI 16 DC 24V - 1 个数字量输出模板 SM 322 DO 16 DC 24V
• 必备的附件 如PROFIBUS 屏蔽电缆等
3.2 配置硬件并启动 S7-400H
安装硬件
按图3-1 所示配置 S7-400H 步骤如下
图3-1 硬件配置
1. 按S7-400 M7-400 可编程控制器 硬件和安装/模板规范手册中所给出的方法配置 S7-400H PLC 的两个子系统 另外 还需要做
ET200M 分布式 I/O 机架0 机架1
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- 通过同步子模板上的开关设置安装机架的号码 CPU 通电后此号码生效 此后 通过方式选择器使存贮器复位 如果机架号码设置的不对 则用户不能进行在线 访问 而且在某些情况下 CPU 不能运行
- 将同步子模板插到CPU 板中 拧紧附加的前盖板即可 请参阅S7-400 M7-400 可编程控制器 硬件与安装
- 连接光缆 将两个位于上部的同步子模板与2 个位于下部的同步子模板相连 将光缆放好 保护它们不要受到任何损伤
应确保路由线路通畅 两根光缆的铺设应是相互分离的 分离铺设光缆可以加强 其可用性 并避免可能发生的双重故障 即两条光缆同时中断
另外 在打开电源或启动系统之前 要确保光缆已经和 CPU 连上 如果没有连 接上 两个CPU 也许都会作为主 CPU 处理用户的程序
2. 按ET 200M 分布式 I/O 设备手册上的说明配置分布式 I/O 设备
3. 将编程器连到第一个容错CPU CPU0 上 此 CPU 为 S7-400H 的主 CPU
4. 通电后执行一个高质量的RAM 检测工作 RAM 中每兆字节大约需要 8 秒钟的检查 时间 这段时间内 CPU 不接受通过多点接口来的数据 并且 STOP LED 灯闪烁 如果有备用电池 再次通电后就不再做此项检查工作了
5. 利用方式选择器完成对每个CPU 存贮器的复位工作 执行的目的是将同步化模板所 在的安装机架号码设置到CPU 操作系统中
6. 每个CPU 单独进行工作 其内容和S7-400 M7-400 可编程控制器 硬件和安装手 册中的说明一致 装入程序后执行一个热启动操作 首先启动主 CPU 然后启动热 备CPU
7. 将S7-400H 的两个 CPU 切换到 STOP 状态 启动S7-400H
按下列步骤启动S7-400H
1. 打开 SIMATIC 管理器中的 H Project 其配置方法与 Requirements 中说明 的硬件配置方法一样
2. 选中 Hardware 对象配置 点击鼠标右键选中下拉菜单中的Object►Open 命令 打开项目的硬件配置 当硬件配置与项目的实际情况相同时 可直接进行步骤6 3. 如果硬件配置内容和项目的实际情况不符 例如 模板类型 MPI 地址或 DP 地址
用户必须根据实际情况调整和保存项目 内容 在基本帮助栏目中可以找到有 关 SIMATIC 管理器的使用说明
4. 打开 S7 Program 文件夹中的用户文件
离线状态下只能看到CPU0 的 S7 Program 文件夹标签 用户程序按给定的说明 在配置好的硬件上执行 同时数字量输出模板上表示运行的LEDs 灯持续点亮 5. 如果需要 可修改用户程序 例如使之适应用户的硬件配置 然后保存 6. 用应命令PLC►Download 将用户程序装入 CPU0 中
7. 将方式选择器开关拨到 RUN-P 位置 启动 S7-400H 首先启动 CPU0 然后启动 CPU1
结果 CPU0 作为主 CPU 启动 CPU1 作为热备 CPU 启动 在热备 CPU 链接并更 新后 S7-400H 转换到冗余系统工作方式并且执行用户程序 数字量输出模板上的 运行灯点亮
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注意
可以利用编程器启动和停止 S7-400H 可编程控制器的工作 S7-400H 选件包上的在线帮 助中提供了更详细的资料说明
3.3 容错系统故障响应举例
举例1 中央处理器或电源出现故障
初始状态 S7-400H 处在冗余工作方式 1. 关掉电源使CPU0 不能工作
结果 CPU1 上的 REDF IFM1F 和 IFM2F 灯点亮 CPU1 进入 Solo 模式 用户程 序继续运行
2. 重新接通电源 结果
- CPU0 自动执行 LINK-UP 链接 和 UPDATE 更新 - CPU0 切换到 RUN 模式 并作为热备 CPU 进行操作 - S7-400H 处在冗余工作方式
举例2 一根光缆出现故障
初始状态 S7-400H 处在冗余工作方式 每个 CPU 的模式选择开关处在 RUN 或 RUN-P 位置
1. 断开一根光缆
结果 两个CPU 上的 REDF 和 IFM1F 或 IFM2F 取决于哪根光缆没有连上 灯点 亮 从前的主CPU CPU0 转成单一模式 继续运行用户程序
2. 连好先前断开的那根光缆
3. 重新启动从前的热备CPU CPU1 该CPU 现在处于 STOP 模式 结果
- CPU1 自动执行 LINK-UP 链接 和 UPDATE 更新 - S7-400H 转为冗余系统工作方式
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4 CPU 41x-H 的安装
本章一览
章节 说明 页码
4.1 CPU的控制和显示单元 4-2
4.2 CPU 的功能监控 4-5
4.3 状态和故障指示灯 4-7
4.4 模式选择器 4-9
4.5 扩展存储器 4-11
4.6 多点接口 MPI 4-17
4.7 PROFIBUS-DP接口 4-17
4.8 S7-400 CPU 参数概述 4-18
4.9 CPU 41x H作为Profibus DP主站 4-19
4.10 一致性数据 4-28
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4.1 CPU 的控制和显示单元
CPU 414-4H/417-4H 的操作和显示元件
模板名称 型号 缩写订货号和固件版本
INTF EXTF BUS1F BUS2F FRCE RUN STOP 指示灯
存储卡插槽
模式选择器 下盖板
MPI/PROFIBUS DP接口
PROFIBUS DP接口
外部备用电压输入电源 左侧金属罩下
存储器扩展接口*
REDF IFM1F IFM2F MSTR RACK0 RACK1 指示灯
下盖板
同步子模板 1 存储卡插 槽
同步子模板 2 存储卡插 槽
* 仅适用于 CPU 417-4H 图4-1 CPU 414-4H/417-4H 的控制和显示元件布局
指示灯 LED
表4-1 简述了每个 CPU 上的指示灯
第4.2 节描述了这些指示灯所指示的状态和故障
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表4-1 CPU 的指示灯
LED 颜色 含义
INTF 红色 内部故障
EXTF 红色 外部故障
FRCE 黄色 当前强制请求
RUN 绿色 RUN 模式
STOP 黄色 STOP 模式
BUS1F 红色 MPI/PROFIBUS DP 接口 1 处总站故障 BUS2F 红色 PROFIBUS DP 接口 2 处总站故障
MSTR 黄色 CPU 执行过程
REDF 红色 冗余丢失/冗余出错
RACK0 黄色 机架0 中的 CPU
RACK1 黄色 机架1 中的 CPU
IFM1F 红色 接口子模板1 出错
IFM2F 红色 接口子模板2 出错
操作模式选择器
你可以使用模式选择器选择当前的CPU 运行模式 模式选择器有 4 个档位 可以选择不 同的保护级 来限制任何程序更改或启动选项 STOP - RUN 转换
第 4.4 节阐述了模式选择器的功能和 CPU 的防护级 存储卡插槽
在该插槽中可以插入存储卡 有两种类型的存储卡
• RAM 卡
使用RAM 卡 可以扩展 CPU 的装载存储器
• FLASH 卡
使用 FLASH 卡 可以保存你的用户程序和数据 以防故障 甚至是无热备电池时 既可以在编程器上 也可以在CPU 中 对 FLASH 卡编程 FLASH 卡还可以扩展 CPU 的装载存储器
关于存储卡的详细信息 参见第4.5.1 节 用于扩展存储器的接口
CPU 417-4H 提供有一个附加接口 用于扩展存储器 由此 可以扩展工作存储器 见 第 4.5 节
接口模板插槽
H 同步模板可以插入该插槽中 MPI/DP 接口
你可将以下设备连接到 CPU 的 MPI 例如
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• 编程器
• 操作和监控设备
• 附加 S7-400 或 S7-300 控制器 见第 4.6 节
使用带有角形出线电缆的总线连接器 见 安装手册 第 7 章
你还可以将MPI 接口作为 DP 主站组态 并使用它作为一个 PROFIBUS DP 接口 可最 多连接32 个 DP 从站
Profibus-DP 接口
你可以连接分布式 I/O 编程器/OP 和其它 DP 主站到 PROFIBUS DP 接口 连接外部备用电流到 EXT. BATT. 插座
你可以使用一个或两个热备电池 这取决于模板类型 在 S7-400 的电源模板中进行 以下工作
• 为已保存在RAM 中的用户程序提供备用电源
• 确保存储器标记 定时器 计数器 系统数据和标志数据块中的数据具有记忆性
• 为内部时钟提供备用电源
如果在 CPU 的 EXT. BATT. 5V 和 15 V 之间施加直流电压 可以实现相同的热备 EXT.BATT. 输入具有以下功能
• 反极性保护
• 短路电流限制20 mA
为连接外部电源到 EXT. BATT. 插座 需要使用一根带有 Ø 2.5 mm 插头的电缆 如 下图所示 请注意插头的极性
注意
如果想更换一个电源模板 而同时并想为保存在RAM 中的用户程序和上述数据 提供一 个备用电源 将需要在 EXT. BATT. 插座中提供外部输入电源
正极 负极
Ø 2.5 mm 插头
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4.2 CPU 的功能监控
监控和故障报文
CPU 硬件和操作系统都具有监控功能 以保证系统功能正确 并可对故障作出响应 用 户程序会对许多故障作出响应
下表将简述可能的故障及其原因和CPU 的响应
在每个CPU 中 还可提供测试和信息功能 并可使用 STEP 7 调用
故障/出错类型 故障原因 操作系统的响应 故障指示灯
时钟脉冲故障 处理器时钟脉冲故障监控 系统停机
发 出 OD 输 出 禁用 信号 禁用数 字量输出
-
存取出错 模板故障 SM FM CP EXTF 指示灯亮 直到故障被响应 在SM 中
• OB 122 调用
• 诊 断 缓 冲 区 中 的 输入
• 对 于 输 入 模 板 累 加 器 或 过 程 映 像 中 的 日 期 输 入 为 0
对于其它模板
• OB 122 调用
EXTF
定时错误 • 用户程序 OB1 和所有中断
以及出错 OB 超过规定最 大循环时间
• OB 请求出错
• 起始信息缓冲区溢出
• 时间出错中断
INTF 指示灯亮 直到故障被响应 OB 80 调用 如果没有装载 OB CPU 进入 STOP 方式
INTF
电源模板故障 (非电源故障)
在 集 中 式 或 分 布 式 I/O 机 架 中
• 在电源模板中至少有一个备 用电池没电了
• 备用电压丢失
• 给电源模板供电的 24 V 电 源故障
OB 81 调用 如果没有装载 OB CPU 继续运行
EXTF
诊断中断 具有中断能力的一个 I/O 模板 报告一个诊断中断
OB 82 调用 如果没有装载 OB CPU 进入 STOP 方式
EXTF
插/拔中断 插入一个电源模板或拔出一个 电源模板并插入一个不正确的 模板类型 如果在缺省参数设 置的 CPU 处于 STOP 方式 时只拔出所插入的电源模板 EXTF 指示灯不亮 如果没有再
OB 83 调用 如果没有装载 OB CPU 进入 STOP 方式
EXTF
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故障/出错类型 故障原因 操作系统的响应 故障指示灯 插入电源模板 指示灯将闪亮
INTF 优先级错误 • 调用了优化级 但没有相应
的 OB
• 对于SFB 调用 背景数据块
丢失或故障
• 在过程映象更新过程中出错
OB 85 调用 如果没有装载 OB CPU 进入 STOP 方式
EXTF 机架/站故障 • 扩展机架中的电源故障
• DP 线路故障
• 耦合线路故障接口模板丢失 或故障 线路中断
OB 86 调用 如果没有装载 OB CPU 进入 STOP 方式
EXTF
通讯错误 • 状态信息不能被输入到数据
块中
• 不正确的帧标识符
• 帧长度出错
• 非法的全局标识号
• 数据块访问出错
OB 87 调用 如果没有装载 OB CPU 进入 STOP 方式
INTF
取消处理 一个程序块的处理被取消 取 消的可能原因是
• 嵌套深度太深
• 主站控制继电器嵌套深度太 深
• 同步故障嵌套深度太深
• 块调用 i 栈 嵌套深度太
深
• 块调用 b 栈 嵌套深度太
深
• 本地数据分配出错
• 未知指令
• 带有名称的子指令超出块范 围
OB 88 调用 如果没有装载 OB CPU 进入 STOP 方式
INTF
编程错误 用户程序中的机器代码出错
• BCD 转换错误
• 范围长度出错
• 范围出错
• 调整出错
• 写出错
• 计时器编号出错
• 计数器编号出错
• 块编号出错
• 块未装入
OB 121 调用 如果没有装载 OB CPU 进入 STOP 方式
INTF
MC7 代 码 出 错
编译的用户程序出错 例如非 法 OP 代码或跳过块结束
CPU 进入 STOP 方式 重新启动或存 储器复位
INTF
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4.3 状态和故障指示灯
RUN 和 STOP 指示灯
RUN 和 STOP 指示灯可以提供有关当前激活的 CPU 运行数据的信息 指示灯
RUN STOP 含义
H D CPU 处于 RUN 模式
D H CPU 处于 STOP 模式 用户程序没有处理 可以进行重启动 或热启动 如果 STOP 状态由于一个故障触发 还可设定故 障指示 INTF 或 EXTF
2 HzB B
2 Hz CPU 处于 DEFECT 状态 INTF EXTF 和 FRCE 指示灯闪亮 0.5 HzB H HALT 状态已由一个测试功能触发
B
2 Hz H 已触发一个热启动 根据所调用 OB 的长度 执行热启动会需 要一分钟或更长时间 如果 CPU 仍不能进入 RUN 有可能 在系统配置中出现错误
B
2 Hz B
2 Hz 未缓冲 POWER ON 自检运行
x B
0.5 Hz CPU 请求存储器复位
x B
2 Hz 存储器正在复位
D=指示灯灭 H=指示灯亮 B=指示灯以规定频率闪亮 x=与指示灯状态无关 MSTR RACK0 和 RACK1
MSTR RACK0 和 RACK1 三个指示灯可提供有关在同步模板中组态的安装机架编号以 及 CPU 过程控制切换式 I/O 模板的信息
指示灯
MSTR RACK0 RACK1 含义
H x x CPU 过程控制切换式 I/O
x H D 机架0中的CPU
x D H 机架1中的CPU
D = 指示灯灭 H = 指示灯亮 x = 与指示灯状态无关 INTF EXTF 和 FRCE 三个指示灯
INTF EXTF 和 FRCE 三个指示灯可提供有关故障和用户程序运行过程中的特殊事件信 息
指示灯
INTF EXTF FRCE 含义
H x x 检测到一个内部错误 编程或参数赋值错误
x H x 检测到一个外部错误 即错误原因不能追溯到 CPU 模板
x x H 强制请求有效
H = 指示灯亮 x = 与指示灯状态无关
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BUSF1 和 BUSF2 指示灯
BUSF1 和 BUSF2 指示灯可以指示有关 MPI/DP 接口和 PROFIBUS DP 接口的故障 指示灯
BUS1F BUS2F 含义
H x 在 MPI/DP 接口中检测到一个错误 x H 在 PROFIBUS DP 接口中检测到一个错误
B x DP 主站
DP 从站
PROFIBUS DP 接口 1 中有一个或多个从站没有应 答
没有被DP 主站编址
x B DP 主站
DP 从站
PROFIBUS DP 接口 2 中有一个或多个从站没有应 答
没有被DP 主站编址 H=指示灯亮 B=指示灯闪亮 x=与指示灯状态无关 IFM1F 和 IFM2F 指示灯
IFM1F 和 IFM2F 指示灯可以指示第一个和第二个模板接口中的故障 指示灯
IFM1F IFM2F 含义
H x 在模板接口1 中检测到一个错误 x H 在模板接口2 中检测到一个错误 H=指示灯亮 x=与指示灯状态无关
REDF 指示灯
REDF 指示灯可以指示具体的系统状态和冗余故障
REDF 指示灯 系统状态 边界条件
闪亮 0.5 Hz 正在链接 -
闪亮 2 Hz 更新 -
熄灭 冗余 CPU 冗余配置 没有冗余错误
冗余 CPU 冗余配置 有一个I/O 冗余错误
• DP 主站故障或 DP 主站系统部 分或全部故障
• DP 从站冗余丢失 亮
除冗余 链接 更新之外 的 所有系统状态
-
诊断缓冲区
你可以从诊断缓冲区中读取 STEP 7 中的故障原因 PLC -> 模板信息
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4.4 模式选择器
模式选择器的功能
使用模式选择器 可以将 CPU 置入 RUN/RUN-P 或 STOP 模式 或复位 CPU 的存储 器 STEP 7 还提供有更改模式的其它选项
位置
模式选择器是一个按键开关 图 4-2 描述了模式选择器的可能位置
图4-2 模式选择器的位置
表 4-2 解释了模式选择器的位置 在出现故障或存在启动问题时 CPU 将进入或保持在 STOP 模式 不管模式选择器的位置如何
表4-2 模式选择器的位置
位置 说明
RUN-P 如果没有启动问题或错误 并且 CPU 可以进入 RUN CPU 将执行用户 编程或空载运行 可以访问 I/O 按键在该位置无法拔出
程序可以被进行以下处理
• 使用编程器从 CPU 读取 CPU 编程器
• 传送到 CPU 编程器 CPU
RUN 如果没有启动问题或错误 并且 CPU 可以进入 RUN CPU 将执行用户 编程或空载运行 可以访问 I/O 按键在该位置拔出 以防止运行模式被 无授权更改
使用编程器可以读取 CPU 中的程序 CPU%编程器
当模式选择器处于 RUN 位置时 无法更改 CPU 中的程序 见 STEP 7 使用在 STEP 7/HWCONFIG STEP 7 V4.02 或以上 设定的密码可 以控制保护级 即 如果使用该密码 在模式选择器处于 RUN 位置时 也可以更改 CPU 中的程序
STOP CPU 不能处理用户程序 数字量信号模板被禁用 在这个位置钥匙可取出 以避免任何人改变运行模式
程序可以被进行以下处理
• 使用编程器从 CPU 读取 CPU 编程器
• 传送到 CPU 编程器 CPU MRES
(主站复位) 钥匙开关的临时接触位置 用于 CPU 主站复位和冷启动 见下面几页
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保持级别
在 S7-400 的 CPU 中 可以定义保护级 以防止 CPU 中的程序被未授权访问 你可以 确定在哪一级 用户可以无需特殊授权 密码 就可在CPU 上执行哪些编程器功能 使 用密码 可以执行所有编程器功能
设定保护级
你可以使用 STEP 7/组态软件 设定 CPU 的保护级 1-3
使用模式选择器的手动复位功能 可以清除使用 STEP 7/组态软件设定的保护级 你还可以使用模式选择器 设定保护级1 和 2 表 4-3 列出了 S7-400 CPU 的保护级 表4-3 S7-400 CPU 的保护级
保持级别 功能 开关位置
1 • 允许所有编程器功能 缺省设置 RUN-P/STOP
2 • 允许将对象从 CPU 中装入编程器 即 只允许读取
编程器功能
• 允许过程控制 过程监控和过程通讯功能
• 允许所有信息功能
RUN
3 • 允许过程控制 过程监控和过程通讯功能
• 允许所有信息功能
-
如果使用模式选择器和 STEP 7 设定了不同的保护级 保护级 1 最低 保护级 3 最高 存储器复位的操作顺序
情形A 你想将一个新用户程序全部下载到 CPU 中 1. 旋转模式选择器至 STOP 设置
结果 STOP 指示灯亮
2. 旋转模式选择器至MRES 位置 并保持
结果 STOP 指示灯将熄灭 1 秒钟 亮 1 秒钟 然后熄灭 1 秒钟后 保持点亮 3. 将模式选择器旋回STOP 位置 然后在接下来的 3 秒内 旋回 MRES 然后再旋回
STOP 位置
结果 STOP 指示灯以 2 Hz 至少闪亮 3 秒钟 执行存储器复位 然后持续点亮 情形B 当 STOP 指示灯以 0.5 Hz 缓慢闪亮时 CPU 正在请求存储器复位 系统存储器 复位请求 例如插入或拔出一个存储卡后
旋转模式选择器至 MRES 位置 然后旋回 STOP 位置
结果 STOP 指示灯以 2 Hz 至少闪亮 3 秒钟 执行存储器复位 然后持续点亮 存储器复位期间的完整说明 请参见 S7-400 M7-400 可编程控制器安装手册 第 6 章
冷起动
在冷启动后 用户程序从头再开始执行 将删除所有数据 包括记忆性数据 重启动 暖起动
在重启动后 用户程序从头再开始启动 记忆性数据和数据块的内容被保留
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重启动/暖启动操作顺序
1. 旋转模式选择器至 STOP 设置 结果 STOP 指示灯亮
2. 旋转模式选择器至 RUN/RUNP 设置 冷起动操作顺序
1. 旋转模式选择器至 STOP 设置 结果 STOP 指示灯亮
2. 旋转模式选择器至 MRES 位置 并保持
结果 STOP 指示灯将熄灭 1 秒钟 亮 1 秒钟 然后熄灭 1 秒钟后 保持点亮 3. 旋转模式选择器至 RUN/RUNP 设置
4.5 扩展存储器
使用 SIMATIC 管理器确定存储器要求
可以在 脱机属性块文件夹 的对话区中脱机显示块长度 Blocks -> Object Properties -
> Blocks tab
在脱机窗口中 可以显示以下长度
• PLC 的装载存储器大小 不包括系统数据的所有块之和
• PLC 的工作存储器大小 不包括系统数据的所有块之和 编程设备 PG/PC 上的块长度不显示在块文件夹属性中 块长度以[byte]为单位显示
在块属性中将显示以下数值
• 所需局域数据数量 局域数据按字节表示的大小
• MC7 MC7 按字节表示大小或 DB 用户数据的大小
• 编程控制器中输入存储器的大小
• 编程控制器中工作存储器的大小 只有在识别出硬件分配时 才显示 显示时 与块是位于在线窗口还是离线窗口中无关
如果打开一个块文件夹 并设定了 View Details 详细视图 RAM 的要求将显示 在项目窗口中 与块文件夹是位于在线窗口中还是离线窗口中无关
选择所有有关块 可以计算块长度的总和 在这种情况下 所选块长度的总和将显示在 SIMATIC Manager 的状态栏中
对于不能装入PLC 中的块 例如 VAT 不显示块长度 编程系统 PG/PC 上的块长度不显示在详细视图中
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4.5.1 使用存储卡扩展装载存储器
订货号
存储卡的订货号与技术规范列在本章的后面 安装
存储卡比信用卡稍微大一点 并使用一个坚固的外壳保护 存储卡可以插在 CPU 前面的 插槽中 插入端在存储卡上有明显标记
图4-3 存储卡的设计
存储卡的功能
存储卡和CPU 上的集成存储区一起形成了 CPU 的装载存储器 在运行时 装载存储器中 包含全部的用户程序 包括注释 符号 以及允许用户程序编译的特殊附加信息和所有模 板参数
存储卡中的内容
以下数据保存在存储卡中
• 用户程序 即块 OB FB FC DB 和系统数据
• 确定CPU 行为的参数
• 确定I/O 模板行为的参数
• 对于STEP 7 V5.1 还包括整个项目文件 保存在相应的存储卡中 S7-400 的存储卡类型
在 S7-400 中 使用两种存储卡
• RAM 卡
• 闪存 FEPROM 卡
正视图
存储 卡名 订 货 号
侧视图
卡紧装置
铭牌
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注意
第三方存储卡不能用在S7-400 中
存储卡的选型
是使用 RAM 卡还是使用闪存 Flash 卡 取决于你想如何使用存储卡 表4-4 存储卡的类型
如果你 ... 则
想将数据保存在 RAM 中 并想在 RUN 或 RUN-P 模式 下修改程序
应使用 RAM 卡
想在存储卡上长期保存用户程序 即使断电 没有后备电 池或从CPU 中拔出 时
应使用闪存 Flash 卡
RAM 卡
当使用 RAM 卡时 你必须将该卡插入 CPU 中 以装入用户程序 用户程序可以借助 于编程器装入
你可以在 STOP 模式下或在 RUN-P 模式下 将整个用户程序或单独部分 例如 FB FC OB DB 或 SDB 装入装载存储器中
如果从 CPU 中取出 RAM 卡 所保存的信息将丢失 RAM 卡没有内置后备电池 如果电源包含有一个功能性后备电池 或 CPU 通过一个连接到 EXT. BATT. 插座的外 部后备电流供电 当断电时 只要 RAM 卡插在 CPU 中 并且 CPU 插在模板机架中 RAM 卡的存储内容都将保持
FLASH 卡
如果使用的是 Flash 卡 有两种方式可以装入用户程序
• 使用模式选择器 将CPU 置为 STOP 将 Flash 卡插入 CPU 中 借助于编程器 PG 将用户程序装入装载存储器中
• 使用编程器在脱机模式下 将用户程序装入Flash 卡中 然后将 Flash 卡插入 CPU 中
你只能使用 Flash 卡装入整个用户程序 使用编程器 可以将较小的程序段装入 CPU 中 的集成装载存储器中 如果程序有很大改动 必须将全部用户程序重新装入 Flash 卡 FLASH 卡不需要电源来保存其中内容 即 当 FLASH 卡从 CPU 中取出或 S7-400 无 后备电源运行 仍可保持其中内容 在电源模板中无热备电池 或无外部后备电流连接到 CPU 的 EXT. BATT. 插座
存储卡的容量
所使用存储卡的容量取决于用户程序的大小 以及使用功能模板或通讯模板的附加存储器 需求 关于存储器需求的详细信息 请参见这些模板的使用手册
更换存储卡
按以下步骤更换存储卡
1. 将 CPU 设定为 STOP 模式
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注意
如果存储卡不是在 STOP 模式下取出 CPU 将进入 STOP 状态 STOP 指示灯每隔 3 秒钟闪烁一次 以提示你进行存储器复位 该步骤不受错误 OB 的影响
2. 取出存储卡
3. 插入一个新的存储卡 4. 在 CPU 中进行存储器复位 技术参数
名称 订货号 5V 电源消耗 后备电流
MC 952 / 256 Kbyte / RAM 6ES7 952-1AH00-0AA0 一般35 mA 最大80 mA
一般 1 A 最大 40 A MC 952 / 1 Mbyte / RAM 6ES7 952-1AK00-0AA0 一般40 mA
最大 90 mA
一般 3 A 最大 50 A MC 952 / 2 Mbyte / RAM 6ES7 952-1AL00-0AA0 一般45 mA
最大100 mA
一般 5 A 最大 60 A MC 952 / 4 MB / RAM 6ES7 952-1AM00-0AA0 一般45 mA
最大100 mA
一般 5 A 最大 60 A MC 952 / 8 MB / RAM 6ES7 952-1AP00-0AA0 一般45 mA
最大100 mA
一般 5 A 最大 60 A MC 952 / 16 MB / RAM 6ES7 952-1AS00-0AA0 一般9 mA
最大100 mA
一般 5 A 最大 60 A MC 952 / 1 Mbyte / 5V Flash 6ES7 952-1KK00-0AA0 一般40 mA
最大 90 mA - MC 952 / 2 Mbyte / 5V Flash 6ES7 952-1KL00-0AA0 一般50 mA
最大100 mA - MC 952 / 4 Mbyte / 5V Flash 6ES7 952-1KM00-0AA0 一般40 mA
最大 90 mA - MC 952 / 8 Mbyte / 5V Flash 6ES7 952-1KP00-0AA0 一般50 mA
最大100 mA - MC 952 / 16 Mbyte / 5V Flash 6ES7 952-1KS00-0AA0 一般55 mA
最大110mA - MC 952 / 32 Mbyte / 5V Flash 6ES7 952-1KT00-0AA0 一般55 mA
最大110mA - MC 952 / 64 Mbyte / 5V Flash 6ES7 952-1KY00-0AA0 一般55 mA
最大110mA - 外形尺寸 W x H x D [mm] 7.5 x 57 x 87
重量 最大 35 g
电磁兼容性保护 有
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4.5.2 使用存储器模板扩展 CPU 417-4 的工作存储器
存储器扩展
CPU 417-4 的工作存储器可以使用存储器模板扩展 注意以下几点 1. 如果只使用一个模板 必须插入插槽 1 中
2. 如果在插槽 1 中插有一个 4 Mbyte 的子模板 你只能再插入一个子模板 可能的组合如下
组合 插槽 1 插槽 2
1 2 Mbyte -
2 4 Mbyte -
3 4 Mbyte 2 Mbyte
4 4 Mbyte 4 Mbyte
注意
只能使用设计用于 CPU 的存储器模板
警告
模板可能会被损坏
如果不遵守ESD 导则 会损坏 CPU 和存储卡 在安装存储卡时 必须遵守ESD 导则
将存储卡插入CPU 按如下进行
1. 松开3 个螺钉 从 CPU 的左侧取出盖
2. 将第 1 个存储卡斜向下大约 45o 角 推入插槽 1 中 见图 4-4 注意卡前面的 切口 反极性保护
3. 将存储卡向下推入 直到插槽滑道中挡片卡入插卡旁边的相应切口中 应保证插卡 端部的金属标志位于模板的金属边上
4. 根据需要 可以以同样的方式将第二个存储卡插入插槽 2 中 见图 4-4 5. 将盖安放在 CPU 的左上侧 并使用 3 个螺钉固定
注意
存储卡连接器应进行编码 见图 4-5 在安装存储卡时 禁止用力 应轻按导向支撑 以取出存储卡 见图 4-5
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图4-4 将存储卡插入 CPU
图4-5 存储卡 插槽 1
插槽 2
铜标志 存储卡
切口 切口
插槽 1 和插槽 2
导向支撑 反极性保护 导向支撑
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4.6 多点接口 MPI
可连接设备
你可将以下节点连接到 MPI 例如
• 编程器 PG/PC
• 操作和监控设备 OP 和 TD
• 其它SIMATIC S7 可编程控制器
某些可连接设备需要从接口供应24 V 电源 该电压以非隔离形式提供 PG/OP-CPU 通讯
一个CPU 可同时保持与几个编程器/操作员面板的连接通讯 缺省设置是 这些连接中的 一个用于编程器 一个用于操作员面板/操作和监控单元
通讯和中断响应时间 注意
中断响应时间会由于最大读和写作业量 约 460 byte 而延时
CPU-CPU 通讯
对于 CPU-CPU 通讯 提供有 通过 S7 通讯的数据交换 选项 详细信息 请参见 STEP7 编程手册
连接器
只能使用带有角形引出线的 PROFIBUS DP 总线连接器和编程器电缆 连接到 MPI 见 安装手册 第7 章
多点接口作为 DP 接口
你也可以将多点接口 MPI 作为 DP 接口组态 为此 你可使用 SIMATIC 管理器在 STEP 7 中对 MPI 接口重新组态 由此 可以建立一个最多 32 个从站的 DP 线路
4.7 PROFIBUS DP 接口
可连接设备
所有标准 DP 从站都可连接到 Profibus DP 接口
CPU 作为 DP 主站 并可通过 PROFIBUS-DP 现场总线连接到无源从站或其它 DP 主 站
某些可连接设备需要从接口供应 24 V 电源 该电压以非隔离形式提供 连接器
只 能 使 用 用 于 PROFIBUS DP 和 PROFIBUS 电缆 的总 线连 接器 将 设 备 连 接 到 PROFIBUS DP 接口 见 安装手册 第5 章
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4.8 S7-400 CPU 参数概述
缺省值
所有参数在交货时都有一个缺省设置 这些缺省设置对应于全系列标准应用 因此 S7-400 可以立即使用 无需进一步设置
使用 STEP 7 中的 组态硬件 可以找到CPU 专用缺省值 块参数
CPU 的活动和属性都可通过参数定义 CPU 具有一个定义好的缺省设置 用户可以通过 修改参数改变这种缺省设置
下面简述了可组态 CPU 的可用系统属性
• 一般属性 例如 MPI 节点编号
• 启动 例如 用 POWER ON 上电 启动
• 循环/时钟存储器 例如 循环监控时间
• 记忆性 可以保存的存储器标志 定时器和计数器
• 存储器 例如 局域数据
说明 如果 例如 你设定的值比过程映象 诊断缓冲区输入的数量以及 ALARM- 8 块和 S7 通讯的最大数量大或小 程序代码和数据块可用工作存储器将减少或增 加这一数量
• 中断 过程中断 延时中断 异步错误中断 的优先级分配
• 日时钟中断 例如起动 时间间隔 优先级
• 监视器中断 例如优先级 时间间隔
• 诊断/时钟 例如 时间同步
• 保护级
• H 系统专用参数 注意
缺省设置可记忆 16 存储字节和 8 个计数器 亦就是说 即使 CPU 重新启动 它们也不 会被删除
参数赋值工具
使用STEP 7 中的 组态硬件 可以设置每个CPU 参数 注意
如果更改以下参数的现有设置 在重新冷启动时 操作系统会据此进行初始化
• 输入的处理图象的大小
• 输入的处理图象的大小
• 局域数据的大小
• 诊断缓冲区输入的点数
• 通讯资源
这些初始化包括
- 使用装入值初始化数据块
- M C T I O 初始化为 0 与记忆性设置无关
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- 删除通过 SFC 生成的数据块
- 硬编码 动态连接清除 因为 X/I 块连接未从连接的有源侧组态 - 所有优先级都重新开始
专门保存的参数
以下参数需专门保存在 H CPU 中
• H CPU 的模板机架号 0 或 1
• H CPU 的运行模式 单一模式或冗余模式
这些参数在进行存储器复位时不能删除 并且不能在 HW Config 中进行更改 下面阐述 了如何更改这些参数
更改 H CPU 的机架号
更改 H CPU 的机架号 可按以下步骤进行 1. 在同步模板上更改机架号
2. 无热备通电
3. 手工进行存储器复位 改变 H CPU 的运行模式
更改 H CPU 的运行模式 根据所期望的运行模式以及 CPU 的模板机架号 可如下进行 从冗余模式改为单一模式
1. 移出接口模板
2. 无热备通电 即取出然后插入 CPU 3. 将项目装入被组态为单一模式的 CPU 中 从单一模式改为冗余模式 模板机架号 0 1. 连接机架号 0 的同步模板组 2. 无热备通电 即取出然后插入 CPU 3. 将项目装入被组态为冗余模式的 CPU 中 从单一模式改为冗余模式 模板机架号 1 1. 连接机架号 1 的同步模板组 2. 无热备通电 即取出然后插入 CPU 3. 将项目装入被组态为冗余模式的 CPU 中
4.9 CPU 41x-H 作为 Profibus DP 主站
引言
本章节将阐述当使用CPU 作为 DP 主站并进行直接数据通讯组态时需要的特性和技术数 据
注意
上述说明适用于 V 3.0.0 版 CPU
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本章一览
章节 说明 页码
4.9.1 CPU 41x 的 DP 地址区 4-20
4.9.2 CPU 41x 作为 DP 主站 4-20
4.9.3 CPU 41x 作为 DP 主站的诊断 4-24 其它参考
有关总的配置 配置 PROFIBUS 子网络和对 PROFIBUS 子网络进行诊断的说明和信 息 可参阅 STEP 7 在线帮助系统
进一步说明
从 PROFIBUS DP 改为 PROFIBUS DPV1 的说明和信息 请浏览以下网址 http://www.ad.siemens.de/simatic-cs
项目号 7027576
4.9.1 CPU 41x 的 DP 地址区
CPU 41x 的地址区
表4-5 CPU 41x 作为 Profibus DP 主站的 MPI/DP 接口
地址区域 414-4H 417-4H
各种情况下 MPI 接口作为 PROFIBUS DP 输入和输出 byte 2048 2048 各种情况下 DP 接口作为 PROFIBUS DP 输入和输出 byte 6144 8192 各种情况下 在过程映象中
可最多设置 x byte 8192 16384
DP 诊断地址在地址区内为 DP 主站和每个 DP 从站至少占用 1 个字节 例如 在这些地 址下 可以调用每个节点的DP 标准诊断 SFC 13 的 LADDR 参数 你可以在组态时 指定 DP 诊断地址 如果没有指定任何的 DP 诊断地址 STEP 7 将从最高字节地址向 下分配地址作为 DP 诊断地址
在主站 DPV1 模式 从站一般有两个诊断地址
4.9.2 CPU 41x 作为 DP 主站
引言
本章节将阐述当使用CPU 作为 Profibus DP 主站时需要的特性和技术数据 前提条件
在调试之前 必须将CPU 组态为 DP 主站 这就意味着你必须使用 STEP 7 进行
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