第一章 SIMATIC H 系统介绍 1.1 SIMATIC H 系统发展的历史

第一章 SIMATIC H 系统介绍 1.1 SIMATIC H 系统发展的历史

1.1.1 H 系统的定义

在现代工业的各个领域，要求拥有一种能够满足经济、环保、节能的高度自动化 系统，同时，具有冗余及故障安全功能的可编程控制器是针对最高等级的控制需求。

H(高可靠性)系统，通过将发生中断的单元自动切换到备用单元的方法实现系统的 不中断工作，H 系统通过部件的冗余实现系统的高可靠性。

F（故障安全）系统，通过将发生中断的系统切换到安全状态（通常为停车）来避 免造成对生命、环境和原材料的破坏。

FH 或 HF（故障安全和高可靠性）系统，通过将发生故障的通道关闭，保证系统无 扰动运行。

S7-400H 是西门子提供的最新冗余 PLC。由于他是 SIMATIC S7 家族的一员，这 意味 S7-400H 拥有所有 SIMATIC S7 具有的先进性。

1.1.2 SIMATIC H 系统的发展 西门子 SIMATIC H 产品发展列表：

1986：S5-150H 带串行数据传输。

1987：S5-150H 带并行数据传输。

1990：S5-155H 带 CPU946R/947R。

1991：S5-115H 带 CPU942H。

1992：S5-155H 新功能（支持 2-OO-3 数字和模拟输入）。 1994：S5-155H 带 CPU948R 和新功能。

1997

 四月：分离机架 S5-155H。

 九月：S5-155H Lite 版本。

1998

 一月：IM153-3 连接 S5-115H,155H 和 S7 软冗余。

 五月：S7 软冗余。

 七月： S7-400 冗余电源。

 十二月：带 CPU417H 的 S7-400H 系统 Beta 版发布。

1999

 五月：带 CPU417H 的 S7-400H 系统全面发布。

2000

 八月：H-CPU 在 S7-400F 中使用。

 十二月：带 CPU414H 的 S7-400H 系统全面发布。

2001

 二月：Y-Link 连接单通道 DP-Slaves。

2003

 一月：支持冗余 DI/DO AI/AO 模件。

2004 新 CPU

 十二月：V4 CPU 414-4H/417-4H 全面发布。

程序执行性能增加

 CPU414-4H 大约为原 CPU 的 1.5 倍

www.PLCworld.cn

长沙工控帮教育科技有限公司整理

www.gkbpx.com

 CPU417-4H 大约为原 CPU 的 2.5 倍

更多的内存

 CPU414-4H 集成 1.4MByte

 CPU417-4H 集成 20MByte

更高的稳定性

内存带有自动错误探查和修复（EDC）

 同步电缆长度增加

 以前 500m

 短距离同步模件最长 10m

 长距离同步模件最长 10Km 2005

 二月：在 S7-400F 系统中使用 H-CPU V4。

1.2 故障率的计算方法

系统发生故障的频率和时间的关系可以用浴盆曲线来表达，如图 1-1 所示。。 1.2.1 浴盆曲线原理

图 1-1 浴盆曲线

从该曲线可以看出，系统故障率在系统早期投用和晚期老化后的故障率较高，而 在使用中间段时随机故障率相对恒定。

1.2.2 故障率计算公式

  c

  _{ t}

C=在考虑的时间范围Δt 内，发生故障的部件数 N=整个使用的部件数

早期故障 磨损故障

随机故障

常数

t

故障频率



长沙工控帮教育科技有限公司整理

Δt=考虑的时间范围 1.2.3 平均无故障时间 MTBF

MTBF=1/λ

1.2.4 可靠性计算公式

A

=MTBF/(MTBF+MDT)

MDT=平均故障时间（或 MTTR=平均修复时间）

举例：

 MTBF=100h，MDT=0.5h-A=99.5%!

 MTBF=1year，MDT=24h-A=99.7%

因此，考虑系统的可靠性需同时考虑 MTBF 和 MDT。

1.2.5 如何增加系统的可靠性

从可靠性公式中可以看出，增加系统的可靠性可以从提高 MTBF 和 MDT 降低两 个方面进行。

1.2.5.1 增加系统的稳定性

增加稳定性，可从如下环节考虑：

 设备生产商

 使用高质量部件

 使用具有更高标准的部件

 预烧

 抗过载保护

 质量控制

 冗余

 工厂设计人员

 网络结构

 冗余安装

 符合安装条件需要

 在合适的环境条件下使用

 工厂操作人员

 维护

 快速故障诊断

 自动故障诊断和定位（自测试）

 具有诊断功能

 诊断工具的稳定性

 训练有素的维护人员

 快速修复

 系统不停机情况下修复（在线修复）

 修复工程容易

 快速备件发送

 训练有素的专业人员 1.2.5.2 整个系统的 MTBF

www.PLCworld.cn

长沙工控帮教育科技有限公司整理

www.gkbpx.com

对于串行系统而言，系统故障发生率是各部件故障发生率之和，如图 1-2 所示。

举例：

1 2 3

MTBF

MTBF

MTBF

1

MTBFsys MTBF1 MTBF2 MTBF3

1 1 1

+ +

=

MTBFsys = 1

1 + 2 + 3 图 1-2 串行系统的 MTBF

可见部件越多 MTBF 时间越小。

SIMATIC H 系统的平均无故障时间：

CPU: 15 年 IO 模件： 50 年

平均修复时间:大约 4 小时，对于工厂设计通常 10 年进行一次大修，更换部件。

注：

MTBF 的计算方法没有一个确定的标准，各个产品生产商的计算方法不同。

1.2.5.3 故障容错性比较

对于单机操作和冗余操作方式下的 H 系统故障容错性比较，如图 1-3 所示：

图 1-3a

长沙工控帮教育科技有限公司整理

图 1-3b

图 1-3c

以单机操作的系数为 1，那么安装与 H-RACK 机架上（2X9 槽，中间物理分隔）的 H 系统 可靠性提高 57 倍，如果 H 系统分别安装于完全分开的机架，例如普通九槽机架，可靠 性将提高 59 倍。

1.3 SIMATIC H 系统的优点及应用领域

使用冗余系统的目标是减少因一个错误或系统维护而导致的产品损失。停车成本 越高，越值得采用冗余系统。通常投资冗余系统较高的费用会因避免的产品损失而很快 地返还。

软冗余：

在许多应用场合，对于工厂单元的冗余质量和控制范围并不完全必要使用一个专用 的冗余系统来执行，例如切换时间较长或丢失部分信息，但并不影响控制过程。通常来 说，简单的软冗余机制就可将因一个错误事件导致的故障控制过程切换到一个备用系统 上而继续进行。利用可选软件包 “SIMATIC S7 Software Redundancy” 软冗余可在 S7-300 和 S7-400 标准系统中运行。这样配置的软冗余系统可用于能够容忍切换延迟在 秒级的控制过程，例如：水厂工作、水处理或交通控制。

冗余 I/O：

当两个单独的模块被组态并以冗余对方式使用时，则采用冗余 I/O。这种方式能够 得到最高的可靠性，因为系统可以忍受单个 CPU 和单个信号模件发生故障。

冗余 I/O 是通过使用功能块库“function I/O redundancy”来执行的。这些功能块只 能在 S7-400H 系统中使用。

H 系统的优点：

避免由于单个 CPU 故障造成系统瘫痪，无扰动切换，不会丢失任何信息。需要 H 系统高 可靠性的原因：

 处理贵重原料

www.PLCworld.cn

长沙工控帮教育科技有限公司整理

www.gkbpx.com

 停车或不合格产品的成本昂贵

 控制系统瘫痪导致重新开车的费用高

 无需监视和维护人员的操作场合 1.3.2 H 系统的工业应用领域

S7-400H 系统是用于高程度的可靠性和容错能力的场合，例如：

能源开采和配送（石油、天然气、电力）

 电力

 管输

 离岸

 区域加热系统

化学制品、电力化工、石化和采矿工业 环保工程

 水处理

 垃圾焚化 纸浆和造纸 钢铁 食品和包装 玻璃工业

半导体工业（应用）

交通

 隧道自动化

 海底隧道自动化 机场

 跑道照明

 行李输运

1.3.3 S7-400H 系统的架构

S7-400H 系统的冗余结构确保了任何时候的系统可靠性，例如所有的重要部件都是 冗余配置。这包括了冗余的 CPU、供电模件和用于冗余 CPU 通信的同步模块。根据特定 的自动化控制过程需要，还可以配置冗余客户服务器、冗余通讯介质、冗余接口模件 IM153-2 等，如图 1-4 所示。

长沙工控帮教育科技有限公司整理

管理级

PC 网络/终端总线

过程级

现场级

ET 200M

以太网

冗余 IM 153

冗余 l H CPUs

热备份

客户机 并行冗余

服务器 并行冗余

软冗余 暖备份 介质冗余 高可靠性

通信

冗余 PROFIBUS

图 1-4 S7-400H 的冗余架构

1.3.4 SIMATIC S7-400H 系统受益于用户

对于用户来说，可以将 H 系统作为普通的系统，因为 H 系统具有 隐藏的冗余性

 通明的编程（与非冗余系统编程方法一致）

 标准的系统参数化

 标准的处理方法

S7-400H 系统可无限制使用所有的 SIMATIC 编程语言，并可作为 F 和 FH 系统的 平台。

1.3.5 冗余原理

S7-400H 系统中两个 CPU 同时工作，CPU 没有切换时间。I/O 为 2OO2 主动冗余，

同时工作。

1.3.5.1 S7-400H 系统亮点 1. 平滑的主从切换 2. 自动事件同步

3. 集成的错误识别和错误定位功能 4. 操作期间可对系统进行修改 5. 类似标准 CPU 的在线编程

6. 下载程序时，只考虑单个 CPU，程序可自动拷贝到另一个 CPU 中。

7. CPU 修复后自动再进入。

8. 运行中所有部件可更换。

1.3.5.2 无扰动主从切换

www.PLCworld.cn

长沙工控帮教育科技有限公司整理

www.gkbpx.com

 CPU 无切换时间

 IM153 切换时间参考 PROFIBUS 参数

 切换期间输出保持

 切换期间无信息或报警/中断丢失。

CPU 切换条件标准

主站故障（供电、机架、CPU）

DP 链或 DP 从站接口模件故障都不会强制 CPU 切换。

1.3.5.3 同步原理

H 系统采用西门子专利的事件同步方式进行同步。保证同步的有效性的同时又不会增 加 CPU 的运算负担。

同步事件包括：

 过程映象区更新

 I/O 直接访问

 中断、报警

 更新计时器

 使用通讯功能时的数据改变 这种同步方式给客户带来的好处：

 用户不用考虑怎样实现同步

 无命令限制

 从标准 CPU 到高可靠性 CPU 用户程序容易移植 无扰动切换

 无信息丢失

 无报警/中断丢失 1.3.5.4 全面的自测试功能

SIMATIC H 系统的自测试功能处理的范围包括：CPU、内存、同步连接。

测试形式：

1. H 系统启动时的自测试

 完全的测试 2. 循环模式的自测试

 作为背景任务永久执行

 在指定范围时间内完成（缺省 90 分钟），如图 1-5 所示：

长沙工控帮教育科技有限公司整理

图 1-5 设置 H 系统自检测参数

1.3.5.5 在线编程

S7-400H 系统可以在线进行编程修改。与标准系统的在线修改一样，修改后的程 序被下载到连接的 CPU 中，通过光纤同步模块将程序传输到另一个 CPU 中。可以通过 MPI、

PROFIBUS 或 Ethernet 接口在线修改程序。

1.3.5.6 在线修改系统参数及添加、删除硬件功能（H-CIR）

在 S7-400H 系统运行中可以在线修改系统参数、添加、删除硬件，可在线修改的 范围包括：

CPU 内存组态 添加或删除：

 中央 I/O 或 CP

 DP 从站

 PA 接口和 PA 从站

 Y-Link 和其从站

 模块化 DP 从站中模件

CPU 参数（蓝色标注的参数可修改）

1.3.5.7 模件更换

运行模式下可添加和删除的模件：

www.PLCworld.cn

长沙工控帮教育科技有限公司整理

www.gkbpx.com

 I/O 和 CP

 同步模件

 冗余 IM153-2

 冗余电源

在停电状态下能够替换的冗余部件：

 标准电源

 中央 IM

 CP PROFIBUS

 CPU(更换后可自动更新程序和数据) 1.3.5.8 备份 CPU 与主 CPU 同步建立的过程

CPU 故障后，替换的备份 CPU 与主 CPU 同步连接自动建立，备份 CPU 发出 Link-up 请求，主站在禁止删除、拷贝和生成块功能后将所有数据发送给备份 CPU。备份 CPU 执 行自测试，然后向主站发出更新请求。主站在终止已组态连接的通讯和禁止低级别的报 警后，拷贝动态数据给备份 CPU。主站运行用户程序，在禁止所有报警和中断后向 已 Link-up 的备份 CPU 发送上次更新后发生改变的动态数据。备份 CPU 接收主 CPU 的输入、

输出、定时器、计数器和内存位信息，主 CPU 使能报警/中断和通讯，主、备 CPU 进入 到冗余、同步操作过程。同步连接的建立如图 1-6 所示：

长沙工控帮教育科技有限公司整理

备份CPU请求 link-up

主CPU拷贝所有数据到从站

主CPU 备份CPU1

单独运行模式 停止

执行例行控制 CPU 1请求更新 和自测试

主CPU拷贝所有数据 关闭

删除、拷贝和建功能块 功能

终止已组态连接的通讯.

禁止低级别的报警

用户程序 操作站

从上次更新后发生改变的动态数据

输入、输出、定时器、计数器和内存位

图 1-6 禁止所有报警和中

断

同步，开始冗余操作

主CPU 备份CPU

(lilnk-up)

使能报警/中断和通讯

www.PLCworld.cn

长沙工控帮教育科技有限公司整理

www.gkbpx.com

问题： 在冗余电源配置中，电源模块掉电，调用那个 OB 可以防止 CPU 停机？

解答： 通过在程序中添加 OB83 可以防止 CPU 停机而添加 OB81 不能防止 CPU 停机。

通常我们很容易以为 OB81 就是处理所有电源故障的 OB 块，但对于冗余电源配置 中，某个电源模块掉电故障，实际上 CPU 当作模块插拔故障来处理，因此需调用 OB83。

如图 1 所示当程序中没有插入 OB83 时电源模块掉电，CPU 会停机。查看 Diagnostic Buffer 中显示的信息是模块插拔故障导致停机。

Fig.1

如图 2 所示当程序中没有插入 OB83 时电源模块掉电后恢复，CPU 停机不恢复。查看 Diagnostic Buffer 中显示的信息是模块插入恢复。

长沙工控帮教育科技有限公司整理

Fig.2

如图 3 所示当程序中插入 OB83 时电源模块掉电，CPU 不会停机。查看 Diagnostic Buffer 中显示的信息是模块拔除故障调用 OB83。

www.PLCworld.cn

长沙工控帮教育科技有限公司整理

www.gkbpx.com

Fig.3

如图 4 所示当程序中插入 OB83 时电源模块掉电后恢复，CPU 不停机外部故障灯恢复。查 看 Diagnostic Buffer 中显示的信息是模块插入恢复。

长沙工控帮教育科技有限公司整理

Fig.4

www.PLCworld.cn

长沙工控帮教育科技有限公司整理

www.gkbpx.com

第二章 S7-400 H硬件组态

以例子的形式介绍 S7-400H 系统的组态过程

2.1 例子所需硬件和软件

硬件：

一套 S7-400H PLC，包括 (1) 1 个安装机架 UR2-H (2) 2 个电源模板 PS 407 10A

(3) 2 个容错 CPU，CPU414-4H 或 CPU 417-4H (4) 4 个同步子模板

(5) 2 根光缆

一个 ET200M 分布式 I/O 设备，包括 (6) 2 个 IM 153-2

(7) 1 个数字量输入模板 (8) 1 个数字量输出模板

必备的附件，如 PROFIBUS 屏蔽电缆及网络连接器等。

软件：

STEP 7 V5.3 SP2 标准版(已集成冗余选件包)或更高版本。

2.2 硬件安装

（1）设置机架号

CPU V3 版本，通过同步子模板上的开关设置；

CPU V4 版本，通过 CPU 背板上的开关设置；

CPU 通电后此机架号生效。

（2）将同步子模板插到 CPU 板中。

（3）连接同步光缆

将两个位于上部的同步子模板相连；

将两个位于下部的同步子模板相连；

在打开电源或启动系统之前要确保 CPU 的同步光缆已经连接。同步光纤的连接如图 2

－1 所示：

长沙工控帮教育科技有限公司整理

图2－1 S7-400H 同步光纤的连接

（4）组态分布式 I/O 站 ET200M ，使其作为具有切换功能的 DP 从站。

（5）将编程器连到第一个容错 CPU（CPU0）上，此 CPU 为 S7-400H 的主 CPU。

（6）通电后 CPU 自检查

CPU 第一次通电时，将执行一次 RAM 检测工作，约需 3 分钟。这段时间内 CPU 不接 收通过 MPI 接口来的数据，并且 STOP LED 灯闪烁。如果有备用电池，再次通电时不 再做此项检查工作。

（7）启动 CPU

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。

2.3 使用 STEP 7 进行组态

在 STEP7 中新建一个项目，在 Insert 菜单下的 Station 选项中选择 SIMATIC H Station，

添加一个新的 S7-400H 的站，如图 2－2 所示：

www.PLCworld.cn

长沙工控帮教育科技有限公司整理

www.gkbpx.com

图 2－2 创建项目和添加 S7-400H 站

2.3.2 配置硬件

（1）在S7-400H站目录下双击Hardware打开硬件配置。

（2）添加一个 UR2 H 机架，如图 2－3 所示：

图2－3 添加UR2H机架

长沙工控帮教育科技有限公司整理

（3）配置电源和CPU，并设定CPU上PROFIBUS DP主站的地址，本例为2，如图2－4所示：

图2－4 添加S7-400H CPU

（4）添加同步子模板到IF1和IF2槽位上。

（5）添加以太网网卡并配置MAC网络地址，如图2－5所示：

图2－5 配置以太网模板CP443-1 只有以太网可以与 HMI 系统 WINCC 通信。

(6)将机架 0 的硬件配置拷贝，粘贴，复制机架 1 并调整网络参数，如：以太网的 MAC 地 址等，在硬件组态中出现两个机架，如 2－6 所示：

www.PLCworld.cn

长沙工控帮教育科技有限公司整理

www.gkbpx.com

图2－6 S7-400H的硬件配置图

2.3.3 系统参数设置

容错站中的模板参数赋值与 S7-400 标准站中的模板参数赋值没有什么区别。

对于中央处理器单元只需对 CPU0（机架 0 上的 CPU）设定 CPU 参数，所设定的数值将自动 分配给 CPU1（机架 1 上的 CPU）。除以下参数外 CPU1 的设置不能更改：

 CPU 的 MPI 地址

 集成 PROFIBUS DP 接口的站地址和诊断地址

 I/O 地址区中的模板

在 I/O 地址区编址的模板必须完全在过程映象内或完全在过程映象外，否则不能保证数据 的一致性。

CPU 参数设置

(1) 点击 Cycle/Clock memory（循环/时钟存储器)”选项栏，如图 2－7 所示，设置 CPU 循环处理参数。

建议设置:

扫描循环监视时间尽可能长（例如 6000 ms）

过程输入映象尽可能小（稍大于实际使用的输入点数）

过程输出映象尽可能小（稍大于实际使用的输出点数）

出现 I/O 访问错误时调用 OB 85： 只对于输入错误和输出错误

长沙工控帮教育科技有限公司整理

图2－7 “Cyclic/Clock Memory”参数配置

（2)设置诊断缓冲区中的报文数量

在“Diagnostics/Clock（诊断/时钟）”选项栏中可以设置诊断缓冲区的报文数量 建议设定较大数值，例如：1000。

（3）模块的监控时间

在“Startup （启动）”选项栏中，可以指定模块监视时间，它取决于容错站的配置。如 果监视时间太短，CPU 将在诊断缓冲区中输入 W#16#6547 事件。

参数的传输时间取决于以下因素：

 总线系统的传输速率（传输速率高=> 传输时间短）

 参数和系统数据块的大小（参数长=> 传输时间长）

 总线系统上的负载（从站多=> 传输时间长）

建议设置：600（对应于 60 秒）

(4) CPU 自检周期

在“H Parameter（冗余系统参数）”选项栏中，配置 CPU 后台自检的周期。可选范围为 10 分钟到 60000 分钟。

建议设置：使用缺省值 90 分钟，如图 2－8 所示：

www.PLCworld.cn

长沙工控帮教育科技有限公司整理

www.gkbpx.com

图2－8 “H Parameter”参数配置 2.3.4 配置 ET200M 站

(1)点击 DP 总线“master: DP master system(1)”,在硬件目录 PROFIBUS DP 下，选择一 个 IM153-2 的站点，双击添加一个 ET200M 站。

(2)设定 ET200M 站的地址。

(3)在 ET200M 站上添加 I/O 模块。

从站配置后的如图 2－9 所示：

长沙工控帮教育科技有限公司整理

图2－9 配置ET200M站 2.3.5 配置 Y-Link 耦合器

（1）点击 DP 总线“master: DP master system(1)”，在硬件目录的 DP/PA Link 下选择 IM157，并双击添加一个站。

（2）设定 Y-Link 的站地址

（3）选择将 Y-Link 设置为一个 DP/DP 耦合器或 DP/PA 耦合器如图 2－10 所示：

图2－10 选择Y-Link的类型

（4）在Y-Link后的PROFIBUS总线上添加单一总线接口的从站站点，如：Masterdrive 等。组态完成的界面如图2－11所示：

www.PLCworld.cn

长沙工控帮教育科技有限公司整理

www.gkbpx.com

图2－11 Y-Link配置图 注意：

在修改硬件配置后或退出 HW Config 之前一定要进行编译。

2.3.6 添加错误诊断 OB 块

以下错误 OB 块必须装入 S7-400H 的 CPU 中，OB70、OB72、OB80、OB82、OB83、

OB85、OB86、OB87、OB88、OB121 和 OB 122。 如果没有装载这些 OB，H 系统

在出现错误时可能会进入 STOP 状态，这些 OB 块另一个功能可以对事件信息进行诊断，OB 块的诊断功能见表 2－1 所示。

表 2－1 H 系统 OB 块的上面

OB no. 故障/出错类型 故障原因 操作系统的响应 故障指示灯

OB70 I/O 冗余故障 • PROFIBUS DP 冗余故障

• PROFIBUS DP 切换

OB 70 调用

如果没有装载 OB CPU 不会进入 STOP 方式 OB72 CPU 冗余故障 · CPU 冗余故障

· 主从切换

· 同步故障

· 同步模块故障

· 更新取消

· 校验错误 (例如 RAM, PIQ)

OB 72 调用

如果没有装载 OB CPU 进入 STOP 方式

长沙工控帮教育科技有限公司整理

OB80 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 障被清除

OB 80 调用

如果没有装载 OB CPU 进入 STOP 方式

INTF

OB82 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

OB83 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 插入电源模板指示灯将闪亮

OB 83 调用

如果没有装载 OB CPU 进入 STOP 方式

EXTF

OB85 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

OB 85 调用

如果没有装载 OB CPU 进入 STOP 方式

INTF

• 在过程映象更新过程中出错 EXTF

OB86 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

OB87 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

www.PLCworld.cn

长沙工控帮教育科技有限公司整理

www.gkbpx.com

OB88 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

OB121 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

OB122 存取出错 模板故障 SM FM CP EXTF 指示灯亮直到故 障被清除

EXTF

2.4 存储器复位

下载用户程序前最好将存储器复位，步骤如下：

（1） 设置模式选择器至 STOP 设置 结果：STOP 指示灯亮

（2）设置模式选择器到 MRES 位置并保持

结果：STOP 指示灯将熄灭 1 秒钟亮 1 秒钟，然后保持点亮状态。

（3）将模式选择器置于 STOP 位置，然后在接下来的 3 秒内拨至 MRES ，然后再拨回 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。

2.5 STEP7 程序下装

（1）点击 SIMATIC MANAGER->OPTION->SET PG/PC,选择相应的通讯接口。

（2）在 SIMATIC MANAGER->PLC 下选择“Download”将用户程序装入 CPU0 中。在同步连 接建立后，CPU0 中的用户程序通过同步光纤自动传送到备份 CPU1 中。

（3）将模式选择器开关拨到 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 建立同步链接 并更新缓存区数据后，S7-400H 转换到冗余工作方式并执行用户程序。

长沙工控帮教育科技有限公司整理

www.PLCworld.cn

长沙工控帮教育科技有限公司整理

www.gkbpx.com

第三章 S7-400H 系统通讯 3.1 S7-400H 与 S7-400H 之间的通讯

3.1.1 H 系统之间的通讯链路

冗余通讯增强互连系统之间可用性最简单的办法是采用冗余系统网络，当一条网络链路损 坏时，系统可自动切换到另外一条网络链路。其网络的连接可以根据需要组成如下不同的 网络结构。

(1)在 H 系统的每个机架上分别插入 1 块 CP443-1 组成双以太网，如下图 3-1 所示：

图 3-1 H 系统双以太网结构(一)

(2)在 H 系统的每个机架上分别插入 2 块 CP443-1 组成双以太网，如图 3-2 所示：

长沙工控帮教育科技有限公司整理

图 3-2 H 系统双以太网结构(二)

(3)在 H 系统的每个机架上分别插入 1 块 CP443-1 组成单以太网,如图 3-3 所示：

www.PLCworld.cn

长沙工控帮教育科技有限公司整理

www.gkbpx.com

图 3-3 H 系统以太网结构(三)

(4)在 H 系统的每个机架上分别插入 1 块 CP443-1 组成以太环网,如图 3-4 所示：

长沙工控帮教育科技有限公司整理

图 3-4 H 系统以太网结构(四)

(5)在 H 系统的每个机架上分别插入 1 块 CP443-1 组成以太双环网,如图 3-5 所示：

图 3-5 H 系统以太网结构(五)

www.PLCworld.cn

长沙工控帮教育科技有限公司整理

www.gkbpx.com

(6)在 H 系统的每个机架上分别插入 2 块 CP443-1 组成双以太双环网,如图 3-6 所示：

图 3-6 H 系统以太网结构(六)

3.1.2 H 系统之间的通讯配置

以图 3-4 为例，即 H 系统的每个机架上分别插入 1 块 CP443-1 组成以太环网，来 介绍 H 系统的通讯配置。

(1)运行 SIMATIC Manager 来创建一个新的项目,示例中为 400H-COM。插入一个新的 H 站。示例中将其命名为 417h，如图 3-7 所示。

长沙工控帮教育科技有限公司整理

图3-7 建立417h站

(2) 通过双击硬件或使用右键弹出菜单, 打开 417h的硬件组态（HW Config），根据实际 硬件进行组态。如图3-8所示。

www.PLCworld.cn

长沙工控帮教育科技有限公司整理

www.gkbpx.com

图3 -8 417h站的硬件组态

(3)通过分别右击CP443-1和CP443-1(1)“Object properties”来建立以太网,并配置 CP443-1属性,如图3-9所示:

长沙工控帮教育科技有限公司整理

图3 -9 建立以太网并配置CP443-1属性

(4)组态完毕后，可进行编译并通过MPI或以太网下装到CPU中。

(5)通过如上步骤建立第二个冗余站417h-b。

(6)H 系统的网络组态

在 417-4h 和 417h-b 组态完毕之后，则可进入网络组态。通过点击”Configure Network”图标 进入网络组态界面。选择 417h 的 CPU,并在下栏的网络连接里点击鼠 标右键插入新的连接“S7 Connection fault tolerant”连结，如图 3-11 所示。

www.PLCworld.cn

长沙工控帮教育科技有限公司整理

www.gkbpx.com

图3-11建立网络连接

这样 H 系统之间就建立了共 4 条通讯链路，如图 3-12-所示。

长沙工控帮教育科技有限公司整理

图3-12 H系统之间4条通讯链路

(7)存盘编辑网络连接，如图 3-13 所示：

www.PLCworld.cn

长沙工控帮教育科技有限公司整理

www.gkbpx.com

图 3-13 存盘编辑网络连接

(8)分别下载417h站和417hb的网络连接，如图3-14所示：

图 3-14 分别下载 417h 站和 417hb 的网络连接

长沙工控帮教育科技有限公司整理

3.1.3 H 系统通讯功能块的调用

H 系统之间可以通过 BSEND/BRCV 实现通讯数据之间安全的数据传送，也可以通过 USEND/URCV 实现通讯数据之间快速的、无确认的数据传送,用 PUT/GET 亦可实现只在单边 编程就可以读/写通讯对象的数据.以下系统功能和功能块可以适用于 H 系统之间的通讯。

(1)传送和接收功能

SFB 8 USEND 向通讯对象发送数据 (无确认.) SFB 9 URCV 从通讯对象接收数据 (无确认) SFB 12 BSEND 向通讯对象发送数据 (有确认) SFB 13 BRCV 从通讯对象接收数据 (有确认) SFB 14 GET 从通讯对象读取数据

SFB 15 PUT 向通讯对象写数据 (2)控制功能

SFB 19 START 使通讯对象重启 SFB 20 STOP 使通讯对象停止 SFB 21 RESUME 使通讯对象继续工作 (3)监控功能

SFB 22 STATUS 提供通讯对象的工作状态 SFB 23 USTATUS 接收通讯对象的工作状态 (4)查询功能

SFC 62 CONTROL 查询连接的状态

以 BSEND/BRCV 为例，简单介绍 H 系统之间的数据交换。

在 417H 站中调用 SFB12 CALL "BSEND" , DB12

REQ :=M10.0 R :=M10.1 ID :=W#16#1 R_ID :=DW#16#1 DONE :=M1.0 ERROR :=M1.1 STATUS:=MW20 SD_1 :=IB0 LEN :=MW8

在 417H-B 站中调用 SFB13 CALL "BRCV" , DB12

EN_R :=M100.0 ID :=W#16#1 R_ID :=DW#16#1 NDR :=M20.0 ERROR :=M20.1 STATUS:=MW22 RD_1 :=QB0 LEN :=MW0 参数描述如下：

www.PLCworld.cn

长沙工控帮教育科技有限公司整理

www.gkbpx.com

REQ：沿触发。

EN_R：为 1 时接收

R_ID：区分双字，用于与同一连接其他块区分，发送与接收必须一致。

SD_I、RD_I：发送区与接收区。

ERROR：错误位。

STATUS：通讯状态字。

这样，417h 站 IB0 的数据就可以传送到 417hb 站的 QB0。

3.2 S7-400H 与标准 CPU 之间的通讯

H 系统与标准 CPU 的通讯有两种网络连接方式：一种是通过以太网通讯，如图 3-14 所 示，另一种通过 Y-Link 连接到 PROFIBUS 网络，如图 3-15 所示。

图 3-14 H 系统与标准 CPU 的以太网通讯链路

长沙工控帮教育科技有限公司整理

图 3-15 H 系统与标准 CPU 的 Profibus 通讯链路

3.2.2 S7-400H 与标准 CPU 之间的通讯配置

S7-400H 与带有 CP 模板的标准 CPU 之间的 Profibus 通讯配置可参考 Profibus 主 从通讯配置;如果 S7-400H 与标准 CPU 之间是通过与标准 CPU 集成的 DP 口通讯时,则需要 标准 CPU 的 Profibus-dp 的 GSD 文件,此时可以把标准 CPU 当作 Profibus 从站进行配置即 可,对于 S7-400H 与标准 CPU 之间的 Profibus 通讯配置本文就不再描叙,

H CPU 与标准 CPU 之间的以太网通讯配置和 S7-400H 与 S7-400H 之间的通讯配置类 似。先对 S7-400H 和标准 CPU 硬件组态完成后，则可进入网络组态。通过选择菜单和图标 进入网络组态的界面。在进入网络组态后，点击鼠标右键插入新的连接”S7 Connection fault tolerant”连结，插入连接的步骤图 3-16 所示。

www.PLCworld.cn

长沙工控帮教育科技有限公司整理

www.gkbpx.com

图3-16 H CPU与标准CPU之间的以太网通讯配置

这样 S7-400H 与标准 CPU 之间的通讯就建立，连接共 2 条通道，如图 3-17、3－18 所示。

长沙工控帮教育科技有限公司整理

图 3-17 S7-400H 与标准 CPU 之间的以太网链路

www.PLCworld.cn

长沙工控帮教育科技有限公司整理

www.gkbpx.com

图 3-18 S7-400H 与标准 CPU 之间的以太网通讯连接

3.2.3 S7-400H 与标准 CPU 通讯功能块的调用

H 系统之间可以通过 BSEND/BRCV 实现通讯数据之间安全的数据传送，也可以通过 USEND/URCV 实现通讯数据之间快速的、无确认的数据传送,用 PUT/GET 亦可实现只在单边 编程就可以读/写通讯对象的数据。以下系统功能和功能块可以适用于 S7-400H 与标准 CPU 之间的通讯：

(1)传送和接收功能

SFB 8 USEND 向通讯对象发送数据 (无确认.) SFB 9 URCV 从通讯对象接收数据 (无确认) SFB 12 BSEND 向通讯对象发送数据 (有确认) SFB 13 BRCV 从通讯对象接收数据 (有确认)

SFB 14 GET 从通讯对象读取数据 SFB 15 PUT 向通讯对象写数据 (2)控制功能

SFB 19 START 使通讯对象重起 SFB 20 STOP 使通讯对象停止 SFB 21 RESUME 使通讯对象继续工作 (3)监控功能

SFB 22 STATUS 提供通讯对象的工作状态 SFB 23 USTATUS 接收通讯对象的工作状态 (4)查询功能

长沙工控帮教育科技有限公司整理

SFC 62 CONTROL 查询连接的状态

以下以 BSEND/BRCV 为例，简单介绍 H 系统之间的数据交换。

在 417H 站中调用 SFB12 CALL "BSEND" , DB12

REQ :=M10.0 R :=M0.1 ID :=W#16#1 R_ID :=DW#16#1 DONE :=M1.0 ERROR :=M1.1 STATUS:=MW20 SD_1 :=IB0 LEN :=MW8 在 417 站中调用 SFB13

CALL "BRCV" , DB12 EN_R :=M100.0 ID :=W#16#1 R_ID :=DW#16#1 NDR :=M20.0 ERROR :=M20.1 STATUS:=MW22 RD_1 :=QB0 LEN :=MW0 参数描述

REQ：沿触发。

EN_R：为 1 时接收

R_ID：区分双字，用于与同一连接其他块区分，发送与接收必须一致。

SD_I、RD_I：发送区与接收区。

ERROR：错误位。

STATUS：通讯状态字。

这样，417H 站 IB0 的数据就可以传送到 417B 站的 QB0。

3.3 H 系统与 WinCC 的通讯 3.3.1 H 系统与 WinCC 连接

H 系统与 WinCC 的通讯可根据不同要求采用单路径、双路径、四路径连接等三种方 式。

(1) H 系统与 WinCC 的单路径连接(如图 3-19) H 系统与 WinCC 的单路径连接需要的软、硬件：

1. SIMATIC H 站，两机架每个机架 1 个通讯卡（2 CP）。

2. PC 机插 1 块 CP1613 工业以太网卡。

3. STEP7 V5.3 (或 STEP7 V5.2 加冗余软件包), 1 套

www.PLCworld.cn

长沙工控帮教育科技有限公司整理

www.gkbpx.com

4. SIMATIC NET 软件 V6.2 SP1, 1 套 5. WinCC V6.0 SP2,1 套

6. S7-REDCONNECT V6.2, 1 套

图 3-19 H 系统与 WinCC 的单路径连接

(2) H 系统与 WinCC 的双路径连接,如图 3－20 所示：

H 系统与 WinCC 的双路径连接需要的软、硬件：

1. SIMATIC H 站，两机架每个机架 1 个通讯卡（2 CP）。

2. PC 机插 2 块 CP1613 工业以太网卡。

3. STEP7 V5.3 (或 STEP7 V5.2 加冗余软件包), 1 套 4. SIMATIC NET 软件 V6.2 SP1, 1 套

5. WinCC V6.0 SP2,1 套 6. S7-REDCONNECT V6.2, 1 套

这种连接采用双路径，任一器件的损坏，系统可以自动从另一路径进行通讯。

长沙工控帮教育科技有限公司整理

图 3-20 H 系统与 WinCC 的双路径连接

（3）H 系统与 WinCC 的四路径连接，如图 3－21 所示 H 系统与 WinCC 的四路径连接需要的软、硬件：

1. SIMATIC H 站，两机架每个机架 2 个通讯卡（4 CP）。

2. PC 机插 2 块 CP1613 工业以太网卡。

3. STEP7 V5.3 (或 STEP7 V5.2 加冗余软件包), 1 套 4. SIMATIC NET 软件 V6.2 SP1, 1 套

5. WinCC V6.0 SP2,1 套 6. S7-REDCONNECT V6.2, 1 套

www.PLCworld.cn

长沙工控帮教育科技有限公司整理

www.gkbpx.com

图 3-21 系统与 WinCC 的四路径连接

3.3.2 组态通讯过程

下面我们以单路径通讯为例,即H系统与单CP1613的PC站通过单以太网段进行通讯的 例子。双路径或四路径的通讯可参考此例。

(1) 首先组态400H, 400H站组态的步骤和3.1.2一样, 示例中项目名称为400h-COM。400H站 命名为417h。

组态完毕后，可进行编译并通过MPI或以太网下装到CPU中。

(2) 向项目中插入一个PC站。

长沙工控帮教育科技有限公司整理

图3-22 建立PC站

在本例中，PC站的名称为：MyStation。然后，对PC站进行组态，如图3-23、3-24所示。

www.PLCworld.cn

长沙工控帮教育科技有限公司整理

www.gkbpx.com

图3-23 组态PC站(1)

如同在417H硬件组态相同，在本例中分别插入Wincc Application、CP1613。

图3-25组态PC站(2)

长沙工控帮教育科技有限公司整理

设置 CP1613 的网络配置。如图 3-26 3-27 所示。

图3-26设置CP1613的网络配置(1)

www.PLCworld.cn

长沙工控帮教育科技有限公司整理

www.gkbpx.com

图3-27 设置CP1613的网络配置(2)

PC 站组态完毕后，进行编译检查是否有组态错误。

若没有组态错误，则在“Configuration console” 中进行组态。

(3) 运行“Configuration Console”编辑器,组态CP1613，如图3-28所示。

长沙工控帮教育科技有限公司整理

图3-28 组态CP1613

在控制台组态编辑器画面中，需要对CP1613进行组态。首先，需要把“Mode of

Module ”的选项设置为：“Configured mode”。然后，把Index选项设置为与PC站相应 的槽号，选择应用“Apply”按钮，如下图3-29。

www.PLCworld.cn

长沙工控帮教育科技有限公司整理

www.gkbpx.com

图3-29 组态CP1613的工作模式

(4) 使用“Station Configuration Editor”进行编辑。双击工具条上的图标或者双击桌 面上的“Station Configuration Editor”图标进入编辑画面，如图 3-30 所示。

长沙工控帮教育科技有限公司整理

图 3-30 编辑 PC Station

进入Station Configuration Editor中即可见到在Configuration Console中配置的 CP1613。对应于PC Station中的硬件组态，在Station Configuration Editor的相应槽位 上添加WinCC Application。添加WinCC Application只需在相应槽位上单击右键进行选 择。如图3-31所示。

www.PLCworld.cn

长沙工控帮教育科技有限公司整理

www.gkbpx.com

图 3-31 在 PC Station 中建立“WinCC Application”

Station Configuration Editor完成后如图3-32.

长沙工控帮教育科技有限公司整理

图3-32 配置完成PC Station

“Configuration Console” 集成了访问点的设置选项。通过把S7-ONLINE 的访问点设为

“pc internal(local)”，系统会自动地选择通讯路径，如图3-33所示。

www.PLCworld.cn

长沙工控帮教育科技有限公司整理

www.gkbpx.com

图3-33在“Configuration Console” 设置访问点

设置完成后即可从“HW Config ”下载 MyStation 硬件配置组态。

同时应注意“Station Configuration Editor”中的 station name 必须于 SIMATIC Manager 中 SIMATIC PC STATION 的名字（即 MyStation）一致；否则，不能正确下装。

长沙工控帮教育科技有限公司整理

图3-34 下载PC站

PC 站中 WinCC Application 和 CP1613 的槽号与 Station Configuration Editor 一样。

下载完成后，Station Configuration Editor中的状态如图3-35所示。

www.PLCworld.cn

长沙工控帮教育科技有限公司整理

www.gkbpx.com

图 3-35 下载完成后PC站状态

(5) 网络组态

在 417-4H 及 PC 站组态完毕之后，则可进入网络组态。通过选择菜单和图标进入网 络组态的界面，如图 3-36 所示。

长沙工控帮教育科技有限公司整理

图 3-36 网络组态

在进入网络组态后，就可以建立 417-4H 与 MyStation /WinCC Application 之间的连 接。 如图 3-37

图3-37建立417-4H与MyStation /WinCC Application 之间的连接

www.PLCworld.cn

长沙工控帮教育科技有限公司整理

www.gkbpx.com

(6) 向MyStation 和417h中下装网络组态信息。

在网络组态编辑器画面，选中MyStation按“DownLoad”按钮，将MyStation 的硬件配置及冗余连接下装到“Station Configuration Editor” 中。选中417H 按“DownLoad”按钮，将417h站的连接下装到CPU中。

(7) 组态WinCC，建立冗余连接。点击Add New Driver,插入S7 Protocol Suite。

图3-38 组态WinCC，建立冗余连接

在“S7 Protocol Suite”下的“Named Connection” 选项中插入”New Driver Connection”，如图3－39所示：

长沙工控帮教育科技有限公司整理

图3-39 建立“New Driver Connection”。

设置New Driver Connection 的属性 ,如图3-40所示。

www.PLCworld.cn

长沙工控帮教育科技有限公司整理

www.gkbpx.com

图3-40 设置New Driver Connection 的属性

其中“connection name”为“NetPro”中所建立的connection 名字, 即

“S7 connection_1”。此时，即可通过冗余连接进行通讯了。

(8)打开图形编辑器组态画面进行测试，如图3－41所示：

长沙工控帮教育科技有限公司整理

图3-41 WinCC 通讯测试

3.4 OP 与 S7-400H 的连接的解决方案

S7-400H 由两个的控制器组成(CPU0 和 CPU1)，两者之间通过光纤连接来实现同步， 在正 常情况下，两个 CPU 都处在运行模式,，其中一个作为主 CPU 在运行，另一个作为备用 CPU 在运行(冗余模式)，如果主 CPU 中发生了错误，系统会自动切换到备用 CPU 上，此 时，备用 CPU 运行在单机模式， 一旦产生错误的 CPU 修复完毕投入运行，修复的 CPU 作 为备用 CPU ， 这种主备关系会一直保持的下次切换。

OP 和控制器通过 MPI 或者通过 Profibus 连接，一个 OP 可以连接到一条（MPI 或 DP）总 线，OP 通过这条总线可以和几个控制器相连，在此总线上的 OP 及控制器的地址必须是唯 一的。如图 3－42 所示，这种接法是错误的，因为在下面的总线上，有 2 个地址是相同 的。

www.PLCworld.cn

长沙工控帮教育科技有限公司整理

www.gkbpx.com

MPI or DP line

TP/OP

Address x Address x

Address y

图 3－42 冗余 CPU 的地址不能相同

如果一个 OP 要连接几个 CPU，这些 CPU 一定要有不同的地址，如图 3－43 所示：

MPI or DP line

TP/OP

Address x Address z

Address y

图 3－43 冗余 CPU 的地址不能相同

在这种配置中，会有以下问题,如果一个 CPU 故障，OP 会显示一个它试图去连接一个故 障 CPU 的错误信息，OP 不能正常工作。在标准 CPU 配置中，如果 CPU 发生故障，整 个设备都不能操作，这种情况是可以接受的。在 H-CPU 系统中，如果一个 CPU 发生故 障，另一个还在运行，此时系统处在单机模式，是 S7-400H 系统的一种正常状态，所以 OP 此时必须处在操作的状态。下面介绍 OP 连接 H 系统的主要方法。

3.4.2 OP 连接到 H-System 一边

一个 OP 连接到其中的一边，如果这边的 CPU 发生故障，OP 就不能再进行操作显示，如图 3－44 所示：

长沙工控帮教育科技有限公司整理

MPI or DP line

TP/OP

Address x Address z

Address y

图 3－44 连接单边 CPU

3.4.3 连接冗余的 OP

最简单的方法是每个控制器各连一个 OP，这种解决方案价格比较贵，但也最能反映冗余的 原理，因为 OP 硬件也是冗余的，这种方式两边的地址要设的完全一样。如图 3－45 所 示：

Address x

MPI or

DP line Address x

TP/OP Address y

TP/OP Address y

图 3－45 分别连接每个 CPU

3.4.4 通过控制中继器电源切换 OP 到 H-System 任一边

（1）OP 到 H-System 接线

一般情况下，OP 和 S7-H 的子系统都连在同一 MPI/Profibus 网段上，我们通过中继器分成 几个独立的段，通过切换中继器的电源，可以把 OP 切到连 H-System 一边，这种方法，两 个 CPU 的地址必须相同。如图 3－46 所示：

www.PLCworld.cn

长沙工控帮教育科技有限公司整理

www.gkbpx.com

MPI or DP line

Repeater switched

Address x Address x

TP/OP Address y

Additional operator panels Segment1(1)

Segment 1

Segment 2

图 3－46 利用中继器 OP 连接 H 系统

（2）中继器的接线

OP 连到哪个控制器是由中继器的电源切换来决定的，例如，在中继器的电源供应上，用一 个两路转换器可以确保其中一个中继器接通电源，中继器的切换可以通过手动切换，也可 以通过编程用数字量输出自动切换。中继器供电如图 3－47 所示：

+24V

M

图 3－47 中继器电源的连接方法

（3）信号通道

在运行过程中，OP 连接 CPU 的通道通过编程在 CPU 故障时自动切换，或者是人为的手动切 换，OP 和 H-System 之间的信号通道如图 3－48 所示：（注：CPU 上标注箭头的是故障或 故障通道，虚线表示当前信号通道）

长沙工控帮教育科技有限公司整理

Address x Address x

Address y

Address x Address x

Address y

Segment 2

Segment 2

Segment 1(1) Segment 1

Segment1(1)

Segment 1

图 3－48 通过中继器的信号通道

www.PLCworld.cn

长沙工控帮教育科技有限公司整理

www.gkbpx.com

第四章 S7-400H 系统的 H-CIR(Hardware Configuration In Run)功能 概述:

对于 S7-400H 系统而言,除了在系统运行过程中对出现故障的可热插拔部件进行更换,CPU414H 和 CPU417H 还允许在不中断系统程序运行的情况下对系统的硬件配置进行修改,这一功能特别适用 于需要修改或增加系统硬件而不能停机的工艺控制要求。本文就这一功能的实现通过实例来加以 说明。

4.1 使用 H-CIR 功能前的几点说明

（1） 在中央机架上修改 CPU 的某些参数和增加 CP 模板

（2） 更改 CPU 的存储部件,如：更换 RAM 卡

（3） 添加或删除远程的输入/输出站，如： ET200M、DP/PA、Y_Link 等

（4） 重新组态模板参数

4.1.2 不能进行的修改

（1） 冗余模式 DP 主站的传输速率

（2） S7-400H 的通信连接

（3） 西门子硬件规范中要求必须切断系统电源才能安装的部件 4.1.3 注意事项

（1） 原则上硬件组态的修改也会导致用户程序的修改

（2） 确认 CPU 的存储器能否满足新的配置和用户程序的使用

（3） 确认可能进行的修改对工艺过程的控制没有任何的不利影响

（4） 确认修改前的 H 系统是在冗余模式下运行

（5） 所进行的修改必须符合西门子相关的硬件和软件要求.

（6） 对于因为需要增加硬件所作的配置修改,用户应充分考虑因硬件连接而产生的影响

（7） 用户程序必须包含必要的中断组织块

4.2 H-CIR 功能原理

对于 H 系统而言，修改其硬件配置重新下载会导致冗余模式的停止，系统会转入单机运行 模式，在单机模式下，可选择由其中一个 CPU 控制系统运行，对另一个 CPU 进行组态下载，利 用 H 系统切换模式功能实现两个 CPU 运行模式的自动转换，使重新组态后的 CPU 接替控制任务 继续控制系统运行，并传送修改参数到原 CPU，从而实现在不中断系统程序运行的情况下对系统 的硬件配置进行修改。由于所使用 STEP7 版本的不同,本文以两中不同的实例分别加以描述

。 4.3 H-CIR 功能举例(STEP V5.3 SP2 以下)

本例通过修改 CPU417-4H 的硬件组态为例介绍其调试过程，如在 ET200M 从站中增加 I/O 模块，修改系统配置。

4.3.1 系统结构

本例包含一个 CPU417-4H 主站和两个 ET200M 从站,其硬件配置如图 4－1 所示:

长沙工控帮教育科技有限公司整理

图 4－1 S7-400H 硬件配置图

4.3.2 例子所需硬件和软件 硬件：

（1） S7-400 CPU417-4H

（2） 通信处理器 CP443-1

（3） DP 从站 ET200M

（4）Profibus 电缆及编程设备 软件：

STEP7 V5.3 SP1

注:若使用 STEP7 V5.3 SP2 以上版本,其功能的实现亦可请参阅 H-CIR 功能举例(二) 4.3.3 实例步骤

(1).建立一个名为 H-CIR 的项目。创建 CPU417-4H 的站,如图 4－2 所示:

www.PLCworld.cn

长沙工控帮教育科技有限公司整理

www.gkbpx.com

图 4－2 建立 H 站

(

图 4－3 配置 H 站硬件 注意：

CPU 属性中，只有带有蓝色标志参数可以在线修改，如图 4－4 所示框中参数可以在线修改。

长沙工控帮教育科技有限公司整理

图 4－4 H-CPU 可以在线修改的参数

（3）在 Blocks 下添加相关的 OB 块，OB70、72、73、80、81、82、83、84、85、86、87、

121、122，在更换硬件和修改参数时不会导致停机。

（4）编辑用户程序并下载，使 CPU417-4H 运行在冗余模式下。

（5）更改硬件，例如在 ET200M 中增加 I/O 模块，编译存盘。

（6）在“Simatic Manager”下选上“CPU417-4H”，点击 PLC 菜单栏下的

“Diagnostic/Setting>Operating Mode…，”如图 4－5 所示：

图 4－5 选择操作模式

（7）.选择处于“Standby”模式下的 CPU417-4H(1)，点击“Stop”命令，如图 4－6 所示：

www.PLCworld.cn

长沙工控帮教育科技有限公司整理

www.gkbpx.com

图 4－6 停止备份底 CPU

(8).系统处于单机运行模式（Solo Mode），如图 4－7 所示：

图 4－7 H 系统的 SOLO 模式

（

长沙工控帮教育科技有限公司整理

图 4－8 下载组态信息到处于停止模式的 CPU 中

（10）.下载完成后，在“Simatic Manager”下选上 CPU417-4H，点击 PLC 菜单栏下的

“Diagnostic/Setting>Operating Mode…,”进入操作模式选择界面。

（11）.选择“H System”,点击“Switch to …”命令，如图 4－9 所示：

图 4－9 选择Switch to 操作

（12）.选择“altered configuration”，点击“Switch”命令，弹出切换界面如图 4－10 所示：

www.PLCworld.cn

长沙工控帮教育科技有限公司整理

www.gkbpx.com

图 4－10 Switch t 界面

（13）.点击“Switch”键后弹出提示框，在确认不会因为错误造成危险后，点击“OK”键进行 CPU 切换操作。

（14）.系统执行 Switch 功能，master 和 Standby 的 CPU 相互切换，原先的 master CPU 切换 为 Standby CPU 并处于停止模式，原先的 Standby CPU 切换为 master CPU 并带有从新配置的 参数开始运行，系统仍处于单机运行模式。

（15）.选择已处于“STOP”模式下的 CPU 417-4H，并对其进行热启动。

（16）.启动完成，系统再一次处于冗余的运行模式。

（17）.编辑因硬件更改而需修改的用户程序，从而完成 H-CIR 功能。

4.4 H-CIR 功能举例(STEP V5.3 SP2 及以上版本)

使用 STEP7 V5.3 SP2 及以上版本，参数及模块的在线修改操作更加方便，通过修改 CPU417- 4H 的硬件组态为例介绍其调试过程，例如在 ET200M 从站中增加 I/O 模块，修改系统配置。

4.4.1 操作步骤

（1）.与上例的配置相同，硬件组态完成后，编辑用户程序并下载，使 CPU417-4H 运行在冗余 模式下。

（2）.更改硬件，在 ET200M 中增加 I/O 模块，编译存盘。

注意：

CPU 属性参数中只有带有蓝色标记的参数可以在线修改

（3）.在硬件组态中,点击下载命令,并选择“Download station configuration in Run mode”

模式，下载修改后的硬件组态,如图 4－11 所示:

长沙工控帮教育科技有限公司整理

图 4－11 下载组态信息

（4）.选择处于“Reserve”模式的 S7-400H CPU,选择“Automatically continue”选项,点击

“Next”键如图 4－12 所示:

www.PLCworld.cn

长沙工控帮教育科技有限公司整理

www.gkbpx.com

图 4－12 切换操作（1）

（5）.选择的 S7-400H CPU 处于停机状态并完成硬件下载工作，如图 4－13 所示:

图 4－13 切换操作（2）

长沙工控帮教育科技有限公司整理

（6）. 继续点击“Next”键,系统将自动完成切换、热启动等功能，如图 4－14 所示:

图 4－14 切换操作（3）

（7）.启动完成，系统再一次处于冗余的运行模式。

（8）.编辑因硬件更改而需修改的用户程序，从而完成 H-CIR 功能。

总结：

1. 对于 H 系统的 CIR 功能而言，它不同与标准型 S7-400 的 CIR 功能，其工作原理和实现方法均 有所不同。

2. 本文仅以 S7-400H 系统的 PLC 的 CIR 功能而作描述，它并不完全适用于 S7-400H 的 PCS7 系统和 S7-400FH 系统。

3. 冗余系统的在线修改必须考虑到因参数修改错误而造成控制系统停机的后果，本文所述内容仅 作使用参考。并不承当作为工程理论使用而引起的一切后果及责任。

www.PLCworld.cn

长沙工控帮教育科技有限公司整理

www.gkbpx.com

第 5 章 S7-400H 系统信息及诊断

在生产控制中，通常需要对 S7-400H 系统的信息和状态进行监控，例如监控 CPU 的主从 状态、操作状态、DP 从站与主站的通信状态等信息。在程序中可以通过对状态的判断进行必 要的操作，也可以将系统信息上传到 HMI，便于操作及维护人员监控。通过功能块可以将系统 信息读出，下面介绍读取不同系统信息调用功能块的方法。

5.1 利用 SFC51(SSL-ID W#16#xy71)读出 H 系统信息

SSL-ID (SYSTEM STATUS LIST)系统状态目录，利用 SFC51 可以读出在 SSL-ID 指定的 PLC 系统信息，当 SSL-ID 等于 W#16#0071 时,表示需要读出 S7-400H 系统当前的状态，可 以在 OB1 或循环中断组织块 OB3X 中调用，调用 SFC51 的例子如图 5－1 所示：

图 5－1 调用 SFC51(SSL-ID W#16#0071)例子程序

SFC51 的参数解释如下，

REQ ：为 1 是读取 SZL_ID 指定的系统信息，本例中 M1.1 为 1 时启动读请求。

SZL_ID ：指定需要读取的系统信息，本例为 W#16#71，H 系统当前状态。

INDEX ：本例中没有意义。

RET_VAL ：调用 SFC51 的状态字。

BUSY ： 为 1 时表示读进程没有完成。

SZL_HEADER：输出系统信息存储的数据记录区号及长度，结构数据类型。

DR ：指定输出系统信息存储在 CPU 的地址区。

参数 SZL_HEADER 与 DR 的地址区在 DB1 中建立，如 5－2 所示：

图 5－2 参数 SZL_HEADER 与 DR 的地址区

参数 SZL_HEADER 为一个结构数据，包括两个字，第一个字输出系统信息长度，例如 W#16#10 表示输出 16 个字节，第二个字输出存储系统信息的数据记录区，例如 W#16#1 表

长沙工控帮教育科技有限公司整理

示数据记录区为 1。参数 DR 为存储系统信息的地址区，数据类型为指针，长度必须大于参数 SZL_HEADER 第一个字输出的信息长度。本例中当 M1.1 为时，读取的系统信息存储在 DB1.DBB4~DB1.DBB20 16 个字节中。用户可以对 16 个字节长度的系统信息进行分析和处 理，系统信息内容如下：

内容 长度 含义

Redinf 2 bytes 冗余信息

W#16#0011：单机 H CPU运行 W#16#0012：H系统2备1运行 Mwstat1 1 byte 状态字节1

Bit 0：保留 Bit 1：保留 Bit 2：保留 Bit 3：保留

Bit 4：机架0中CPU的状态

=0：从 CPU

=1：主 CPU

Bit 5：机架1中CPU的状态

=0：从 CPU

=1：主 CPU Bit 6：保留

Bit 7：保留 Mwstat2 1 byte 状态字节2

Bit 0：同步连接状态 01：

CPU 0 和CPU 1同步

=0：不可能

=1：可能 Bit 1： 0 Bit 2:：0 Bit 3：保留

Bit 4：=0：CPU没有在机架0

=1：CPU在机架0上 (冗余模式： bit 4 = 0) Bit 5：=0：CPU没有在机架1

=1：CPU在机架1上 (冗余模式： bit 5 = 0) Bit 6：保留

Bit 7：主从切换是否从新使能

=0：否

=1：是

Hsfcinfo 2 bytes SFC 90 "H_CTRL"状态字 Bit 0：=0：从新使能没有激活

=1：从新使能激活 Bit 1：=0：从站Updating使能

=1：从站Updating没有使能 Bit 2：=0： Link-up 模式没有使能

=1： Link-up 模式使能 Bit 3：保留

Bit 4：保留

www.PLCworld.cn

长沙工控帮教育科技有限公司整理

www.gkbpx.com

Bit 5：保留 Bit 6：保留 Bit 7：保留 Bit 8：保留 Samfehl 2 bytes 保留

Bz_cpu_0 2 bytes CPU在机架0的模式

W#16#0001：停止 (update)

W#16#0002：停止 (reset memory) W#16#0003：停止(self-initialization) W#16#0004：停止(internal)

W#16#0005：启动(cold restart) W#16#0006：启动(warm restart) W#16#0007：启动(hot restart) W#16#0008：运行(solo mode) W#16#0009：运行(redundant mode) W#16#000A：HOLD模式

W#16#000B：LINK-UP模式 W#16#000C：UPDATE模式 W#16#000D：故障

W#16#000E：自检测 W#16#000F：没有开机 Bz_cpu_1 2 bytes CPU在机架1的模式

(与 bz_cpu_0相同) Bz_cpu_2 2 bytes 保留

Cpu_valid 1 byte 信息变量 bz_cpu_0 和 bz_cpu_1有效性 B#16#01： bz_cpu_0 有效

B#16#02：bz_cpu_1 有效

B#16#03: bz_cpu_0 和 bz_cpu_1 有效

hsync_f 1 byte 连接质量的状态 (只有mwstat2 bit 0为1时有效)

 Bit 0：上部插孔的同步模块光纤连接质量被限制

 Bit 1：下部插孔的同步模块光纤连接质量被限制 Bit 2 到 7： 0

5.2 利用 SFC51(SSL-ID W#16#xy75)读出 H 系统可切换 DP 从站的信息

当 SSL-ID 等于 W#16#0C75 时,表示需要读出 S7-400H 系统可切换 DP 从站（ET200M）

的状态，SFC51 可以在 OB1 或循环中断组织块 OB3X 中调用，调用 SFC51 的例子如图 5－3 所示：

图 5－3 调用 SFC51(SSL-ID W#16#0C75)例子程序

长沙工控帮教育科技有限公司整理

与读取 SSL-ID W#16#xy71 的方法相同，参数 SZL_ID 变成 W#16#C75，参数 INDEX 为从站 的诊断地址，例如从站诊断地址为 8181，转换十六进制为 W#16#1FF5。参数 SZL_HEADER 和 DR 结构与上例相同，读出的信息长度同样是 16 个字节，本例中当 M1.1 为时，读取的系统 信息存储在 DB1.DBB4~DB1.DBB20 16 个字节中。用户可以对 16 个字节长度的 DP 从站信息 进行分析和处理，信息内容如下：

内容 长度 含义

adr1_bgt0 1 word DP从站接口模块第一个地址区，它的主站接口模块插在机架0上：

DP主站的PROFIBUS系统ID号和从站站号。

adr2_bgt0 1 word DP从站接口模块第二个地址区，它的主站接口模块插在机架0上：

DP主站的槽号和子槽号（集成在CPU的主站模块的接口号）

adr1_bgt1 1 word DP从站接口模块第一个地址区，它的主站接口模块插在机架1上：

DP主站的PROFIBUS系统ID号和从站站号。

adr2_bgt1 1 word DP从站接口模块第二个地址区，它的主站接口模块插在机架1上：

DP主站的槽号和子槽号（集成在CPU的主站模块的接口号）

Res 2 words 保留

Logadr 1 word DP从站的诊断地址：

 Bits 0 到 14：诊断地址

 Bit 15： I/O标识符 (0 = 输入，1 = 输出) Slavestatus 1 word 通信状态：

 Bit 0 = 1：机架0的DP主站模块不能访问从站接口模块

 Bit 1 = 1：机架1的DP主站模块不能访问从站接口模块

 Bits 2 到 7：保留(每一个位为0)

5.3 利用 SFC87 读出冗余连接状态信息

S7-400H 之间可以建立冗余的连接，在单一网络上，两个站建立的连接可能为 4 个，如图 5－4 所示：

图 5－4 单一网络建立连接

如果网卡分别为 A、B、C、D，可能的连接为 A-C、 A-D 、B-C 、B-D。如果在冗余的网络上 四个网卡的连接数只能为两个，以图 5－4 为例，如果 D 网卡有故障，数据可以通过 A-C、B- C 的连接进行通信，A-D、B-D 通信故障，故障信息可以通过调用 SFC87 读出，连接建立之 后，可以查看到建立的四个 S7 连接，如图 5－5 所示：

www.PLCworld.cn

长沙工控帮教育科技有限公司整理

www.gkbpx.com