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综述
SIMATIC S7-400
概述
1．电源模板
2．后备电池
3．模式开关（钥匙操作）
4．状态和故障 LED
5．存储器卡
图 1 使用 CR2机架的SIMATIC S7-400可编程序控制器
• 功能强大的 PLC，适用
于中高性能控制领域
• 解决方案满足最复杂的
任务要求
应用 SIMATIC S7-400是用于中、
高档性能范围的可编程序控
制器。
模块化及无风扇的设计，坚
固耐用，容易扩展和广泛的
通讯能力，容易实现的分布
式结构以及用户友好的操作
使 SIMATIC S7-400 成为中、
高档性能控制领域中首选的
理想解决方案。
SIMATIC S7-400的应用领域
包括：
• 通用机械工程
• 汽车工业
• 立体仓库
6．有标签区的前连接器
7．CPU 1
8．CPU 2
10．I/O 模板
11．IM 接口模板
• 功能分级的 CPU 以及种
类齐全的模板，总能为
其自动化任务找到最佳
的解决方案
• 实现分布式系统和扩展
通讯能力都很简便，组
成系统灵活自如
• 机床与工具
• 过程控制
• 控制技术与仪表
• 纺织机械
• 包装机械
• 控制设备制造
• 专用机械
功能逐步升级的多种级别的
CPU，带有各种用户友好功
能的种类齐全的功能模板，
使用户能够构成最
佳的解决方案，满足自动化
的任务要求。
当控制任务变得更加复杂
时，任何时候控制系统都可
以逐步升级，而不必过多的
添加额外的模板。
• 用户友好性强，操作简
单，免风扇设计
• 随着应用的扩大，系统
扩展无任何问题
SIMATIC S7-400 符合如下
国家和国际标准：
• DIN；EN，IEC
• UL 认证
• CAS 认证
• FM1 级，div 2；组 A、
B、C 和 D；
温度组：T4（≤135℃）
• 造船业认证；
包括
- 美国船舶制造局
- Bureau Veritas
- Des Norske Veritas
- Germanischer Lloyd
- Lloyds Register
- of Shipping
• 允许环境温度 0~60℃
• 抗震性强
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综述
SIMATIC S7-400
设计
综述
系统安装
S7-400 自动化系 统采用模块
化设计。它所具有的模板的扩
展和配置功能使其能够按照
每个不同的需求灵活组合。
一个系统包括：
• 电源模板；
将 SIMATIC S7-400 连接
到120/230 V
DC 电源上。
• 中央处理单元（CPU）
有多种 CPU 可供用户选
择，有些带有内置的
PROFIBUS-DP接口，用
于各种性能范围。一个中
央控制器可包括多个
CPU，以加强其性能。
AC或 24 V
• 各种信号模板（SM）用
于数字量输入和输出
（DI/DO）以及模拟量的
输入和输出（AI/AO）
• 通讯模板（CP）用于总
线连接和点到点的连
接。
• 功能模板（FM）：专门
用于计数、定位、凸轮
控制等任务。
根据用户需要还提供以下部
件：
• 接口模板（IM），用于连
接中央控制单元和扩展
单元。
SIMA TIC S7-400 中央控
制器最多能连接 21 个扩
展单元。
• SIMA TIC S5模板：
SIMATIC S5-155U，
135U和155U的所有I/O
模板都可和相应的
SIMA TIC S5扩展单元
一起使用。另外，专用
的 IP 和 WF 模板可用于
S5 扩展单元，也可直接
用于中央控制器（通过
适配器盒）。
SIMA TIC S7-400 是一种通
用控制器
• 由于有很高的电磁兼容
性和抗冲击、耐振动性
能，因而能最大限度的
满足各种工业标准。模
板能带电插、拔。
图 2 SIMATIC S7-400 设计系统
简单的设计系统使 S7-400用
途广泛、灵活、适用性强：
• 模板安装非常简便
• 背板总线集成在机架内
• 方便、机械码式的模板更
换
扩展 如果用户需要比中央控制器
更多的功能，S7-400 还可以
扩展：
• 最多 21 个扩展单元（EU）
21 个扩展单元（EU）都
可以连接到中央控制器
（CC）。
• 经过现场考验的连接系统
• TOP 连接
用螺钉或弹簧端子的1到
3 线系统的预装配接线
• 通过接口模板（IM）连
接：
中央控制器 CC 和扩展单
元 EU 通过发送 IM 和接
收 IM 连接。中央控制器
（CC）可插入最多 6 个
发送 IM，每个 EU 可容
纳 1 个接收 IM。每个发
送 IM 有 2 个接口，每个
接口都能连接一条扩展
线路。
• 规定的安装深度
所有端子和接线器都放
置在模板凹槽内并有盖
板保护
• 没有槽位规则
• 集中式扩展：
这种扩展方式适用于小
型配置或控制柜直接在
机器上的场合。每个发
送 IM 接口可支持 4 个
EU，如有必要，还可同
时提供 5V 电源。
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综述
SIMATIC S7-400
设计
扩展（续）
中央控制器和最后一个
EU 的最大距离是 1.5 m
（带 5 V 电源）；3 m（不
带 5 V 电源）。
• 用 EU 进行分布式扩展：
这种方式适用于分布范围
广，并在一个地方有几个
EU 的场合。发送 IM 的
每个接口最多可支持 4 个
EU。可以使用 S7-400
EU，或 SIMATIC S5 EU。
中央控制器和最后一个 EU
的最大距离为 100 m （S7
EU）；600 m（S5 EU）。
采用扩展方案时应遵守以
下原则：
- 任一中央控制器的扩展
单元（EU）数量最多
不应超过 21 个。
- 连接到任一中央控制器
的发送 IM 不能超过 6
个，并且最多只有 2 个
IM 可提供 5 V电源。
- 中央控制器器和 S7 EU
的最大距离为 100 m。
- 通过 C 总线的数据交换，
仅限于中央控制器和 6 个
EU（EU1~EU6）之间。
- 电源模板总是安装在中央
控制器和 EU 的最左边。
• 用 ET 200 进行远程扩
展；这种方式适用于分布
范围很广的系统。通过
CPU 中的 PROFIBUS –
DP 接口最多可连接 125
个总线结点。中央控制器
和最后一个结点的最大距
离为 23 km（使用光缆）。
4 Siemens ST 70·2003
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综述
SIMATIC S7-400
图 3 S7-400 可能的扩展型式
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综述
SIMATIC S7-400
功能 S7-400 在编程、启动和服务
方面有众多特点：
• 高速指令处理
• 用户友好的参数设置
通讯 SIMATIC S7-400有多种通讯
方式：
• 组合式多点 MPI 和 DP
主接口，集成在所有 CPU
内，S7-200和 S7-300 系
统以及其它的 S7-400 系
统。
• 附加的 PROFIBUS-DP
接口，集成在某些 CPU
内，适用于经济型 ET-200
分布式 I/O 系统。
通过 PROFIBUS-DP 的过
程通讯
SIMA TIC S7-400 作为 DP主
站，可通过集成在 SIMATIC
S7-400 CPU上的 PROFIBUS
-DP 接口（选件）
以下设备可作为主站连接到
PROFIBUS-DP网络：
• SIMA TIC S7-400（CPU，
CP 443-5，IM 467）
• SIMA TIC S7-300（CPU，
CP 342-5DP 或 CP 3435）
• 用户友好的操作员控制
和监视功能（HMI）已
集成在 SIMATIC 的操作
系统中
• 用于连接到 PROFIBUS
和工业以太网的通讯模
板
• 用于功能强大的点对点
连接的通讯模板
• 过程通讯：通过总线（AS-I
或 PROFIBUS）周期 地
寻址 I/O 模板（过程映象
数据交换）。从循环执行
级调用过程通讯。
• SIMATIC C7（具有
PROFIBUS-DP接口或
PROFIBUS-DP CP的 C7）
• SIMA TIC S5-115U/H，
S5-135U以及具有 IM308
的 S5-155U/H
• 具有 PROFIBUS-DP 接
口的 S5-95U
• 具有 PROFIBUS-DP 接
口的 SIMATIC 505
具有 STEP 7的编程器（PG）
/PC 机或 OP可作为总线上
的主站，但只使用编程器和
• CPU 的诊断功能和自测
试智能诊断系统连续地
监视系统功能并记录错
误和系统的特殊事件。
• 口令保护
• 模式选择开关
• 系统功能
• 数据通讯：
自动化系统之间或 HMI
站和若干个自动化系统
之间的数据交换。
数据通讯可以周期执行
或基于事件驱动由用户
程序块调用。
OP 功能亦能运行在
PROFIBUS-DP上。
以下设备可作为从站连接到
PROFIBUS-DP上：
• ET200 分布式 I/O设备
• 现场设备
• SIMA TIC S7-200，S7-300
• C7-633/P DP，
C7-633 DP，
C7-63P DP，C7-634
DP C7-626 DP
• SIMA TIC S7-400（只能
通过 CP 443-5）。
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图 4 应用 PROFIBUS-DP 总线系统的联网
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综述
SIMATIC S7-400
数据通讯概述 SIMATIC S7-400有多种通讯
机制：
通过多点接口（MPI）的数
据通讯
多点接口（MPI）通讯接口
集成在 SIMATIC S7-400 的
CPU 中，它的用途很广泛：
• 编程和参数设置
• 控制与监视以及
• 在同等通讯伙伴间建立
简单的网络结构
• 多种连接能力：MPI 支
持最多 32 个站点的同时
连接：
- PG/PC，
- HMI 系统
- S7-200（作为从站）
- S7-300
- S7-400
- C 7
• 通过全局数据（GD）通
讯，网络上的 CPU 之间
可周期地交换数据包。
• 通讯连接
S7-400 CPU可同时建立
最多 64 个站的连接：
- 至 MPI 节点
- 至相关 C 总线（内部
通讯总线，见下述）
上的 C 总线节点（例
如，通讯模板），以及
可以和通讯模板相连
接的各节点，例如：
工业以太网节点。通
讯模板必须是 C 总线
节点
• MPI 性能
- 最多 32 个 MPI 节点
- 数据传输率最大为
12M bit/s。
• 应用通讯功能块，网络
上各站点之间进行基于
事件驱动的通讯。
可通过 MPI、PROFIBUS
或工业以太网进行联
网。
• 灵活的配置选择：
经过现场考验的部件用
于配置 MPI 通讯：
在 PROFIBUS 和分布式
I/O 产品范围内的总线
电缆，总线连接器和 RS
485 中继器(12Mbit/s)。
这些部件能使配置达到
最佳化以充分满足用户
的需要。例如，任意两
个给定的 MPI 节点之间
的长距离桥接可串联 10
个中继器。
• DP 主站：S7-400 的 MPI
也可以配置为 DP 主
站，可以连接最多 32
个 DP 从站，通讯速率
可达 12Mbit/s，编程和
人机接口功能保持不
变。
图 5 典型的带 MPI 接口的通讯配置
全局数据（GD） 通过 MPI，连网的 CPU 经
全局数据通讯服务（每次程
序循环最多 64 个字节的最
多 16 个数据包）周期交换
数据。
一个CPU可访问另一个CPU
的数据/位存储器/ 过程映
象。
例如，如果系统中包括 S7-
300，则数据交换仅限于每
个包不超过 22 字节。
全局数据通讯只能使用 MPI
接口，由 STEP 7 中的 GD
表进行组态。
在 CR2 之中，2 个 CPU可
通过 C 总线用 GD 数据包进
行通讯。
S7/C7 通讯对象间的通讯服
务通过集成在系统中的功能
块进行。
Siemens ST 70·2003 7
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综述
SIMATIC S7-400
通讯功能 S7/C7 通讯对象间的通讯服
务通过集成在系统中的功能
块进行。
可提供的通讯服务有：
• 带 MPI 的 S7 标准通讯
• 带MPI，C-总线，PROFIBUS
和工业以太网的 S7 通
讯。(S7-300 只能用作服
务器)
通过 CP 的数据通讯（点对点）使用 CP 441 通讯模板可实现
功能强大的点到点通讯。
与 S5 通讯对象以及第 3 方
设备的通讯服务可用非常驻
块建立
这些服务包括：
• 通过 PROFIBUS 和工业
以太网的 S5 兼容通讯。
• 通过 PROFIBUS 和工业
以太网的标准通讯（第三
方系统）。
• 各种接口的可能性，包
括：
- 编程器和个人计算机
- SIMATIC S5/S7
- 工业 PC
- 第三方的编程控制器
- 扫描机，条码阅读器，
ID 系统
- 机器人控制器
- 打印机
与全局数据通讯相对，必
须为通讯功能建立相应的
通讯链接。
• 不同种类的接口：可互
换的接口模板能通过多
种传送媒介进行通讯
- 20 mA（TTY）
- RS 232C（V.24）
- RS 422/485
通过 CP（PROFIBUS 或工
业以太网）进行的数据通
讯
8 Siemens ST 70·2003
图 6 通过 CP 441 的点对点连接
SIMATIC S7-400 可通过 CP
443-x 通讯模板连接到
PROFIBUS 和工业以太网
上。
可以连接以下设备：
• SIMA TIC S7-200
（带 PROFIBUS）
• SIMA TIC S7-300
• SIMA TIC S7-400
• SIMATIC S5-115U/H ，
S5-135U，S5-155U/H
• 编程器
• 个人计算机
• SIMATIC HMI 操作员控
制和监视系统
• 数字控制技术
• 机器人控制器
• 工业 PC
• 传动控制器
• 其它制造厂的设备
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图 7 使用 PROFIBUS 或工业以太网的联网
综述
SIMATIC S7-400
模板的诊断和过程监视 SIMATIC S7-400的许多输入
/输出模板具有智能性
诊断 可以用诊断功能来确定模板
信号获取（就数字量模板而
言）或模拟量信号处理（模
拟量模板）是否正确的按功
能进行。在诊断评价中，可
参数化和不可参数化的诊断
信息是有区别的。
数字量输入/输出模板
诊断信息 可能发生故障/错误的原因 诊断信息 可能发生故障/错误的原因
没提供编码器 编码器超载
编码器到 M 的线路短路
无外部附加电压 模板没有 L+电压 熔丝烧断 内部熔丝损坏
模板中的参数不对 不正确的参数传送到了模板 RAM 故障 周期性高电磁干扰
监视器断路 周期性的高电磁干扰
模板损坏
EPROM 故障 周期性的高电磁干扰
模板损坏
• 接收信号时的监视（诊断）• 来自过程（过程中断）
的信号监视。
• 可参数化的诊断信息：一
个诊断信息只有通过相关
参数化功能才能发出。
• 不可参数化的诊断信息：
这些信息在任何情况下都
能发出而不依赖于参数化
功能。
如果一个诊断信息正在进
行之中（例如“不提供编
码”），模板启动一个诊断
中断（在可参数化诊断信
息的情况下是在相关参数
化功能完成之后）。CPU 中
断用户程序以及低优先级
的程序的执行，而处理相
关的诊断中断块（OB 82）
根据模板的类型不同，有
各种各样的诊断信息：
无内部附加电压 模板没有给 L+电压
模板损坏
硬件中断丢失 硬件中断序列的到达
速度快于 CPU 能够处理的
能力
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综述
SIMATIC S7-400
模拟量输入模板
诊断信息 可能发生的故障/错误原因 诊断信息 可能发生的故障/错误原因
无外部负载电压
配置/参数 化错误
共模故障
线路中断
模拟量输出模板
诊断信息
无外部负载电压 模板无 L+负载电压 对地短路 输出超负载
配置/参数化错误 不正确的参数传送到了模板线路中断
模板无 L+负载电压
不正确的参数传送到了模
板
输入（M）和测量回路
（M
）的参考势点的势
ANA
差太高
编码器的连接电阻太高
模板和传感器之间的线路
中断
回路没有连上（开路）
可能发生的故障/错误原因 诊断信息 可能发生的故障/错误原因
测量范围下溢
违反测量信号上限
范围
输入值超出低限范围，引
起故障的原因可能是：
• 测量值范围
4~20 mA，1 到 5 V
- 传感器连接极性颠倒
- 选择的测量范围有误
• 其它值的测量范围
- 选择的测量范围有
误，
输入超高限
从 QV 到 M
执行器电阻太高
的输出短路
ANA
硬件中断 硬件中断功能用来监视过程
信号以及反应信号变化的断
开信号。
数字量输入模板
依据参数化功能，模板可以
在任选的每一个通道组的信
号上升沿，下降沿或者一个
信号变化时的两种跳变沿的
任一个上初始化一个过程中
断。
CPU 中断用户程序或者具有
低优先级的程序的执行，而
处理相关的诊断中断块（OB
40）。信号模板的每个通道
可暂时存贮一个中断内容。
模拟量输入模板
由参数化的上限值和下限值
决定模拟量输入值的工作范
围。
模板和执行器之间的线路
中断
回路未使用（开路）
此模板用这些极限值与数字
化了的测量值相比较。如果
测量值违反了其中一个极限
值，则给出一个硬件中断。
CPU 中断用户程序或具有
较低优先级的功能块的执
行，去处理相关的诊断中断
功能块（OB 40），如果这
些极限值不在测量值范围之
内，则不进行比较工作。
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综述
SIMATIC S7-400H
概述 • 有冗余设计的容错自动化
系统
• 在容错技术下用于需要高
可靠性的场合：再启动或
停机将会造成较大损失的
生产领域；需要少量管理
和维护的工厂。
• 冗余的中央功能
• 加强 I/O 的可用性：可切
换 I/O 的配置
应用 在许多自动化领域中，要
求容错和高可靠性的自动
化系统的应用越来越多。
特别是在某些领域，停机
将带来巨大的经济损失。
在这种情况下，只有冗余
系统才能满足高可靠性的
要求。
高可靠性的 SIMATIC S7-
400H 能充分满足这些要求。
它能连续运行，即使控制器
的某些部件由于一个或几个
故障而失效也不受影响。由
于 SIMATIC S7-400H 具有很
高的可用性，它特别适合于
以下的应用领域：
• 也可应用常规的 I/O：单
边配置
• 热备：在故障事件发生
时自动地切换到备用单
元
• 2 个单独的或一个分隔
的中央机架配置
• 连接到冗余 PROFIBUS -
DP 上的可切换 I/O。
• 控制器发生故障后再启
动的费用十分昂贵（一
般在过程控制工业）
• 如发生停机，将会造成
重大的经济损失
• 过程控制中包含有贵重
的材料（如制药工业）
• 无人管理的应用场合。
• 需减少维护人员的场
合。
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综述
g
g
y
SIMATIC S7-400H
设计 SIMATIC S7-400H 包括以下
部件：
• 2 个中央控制器（机架）：
2 个分立的中央控制器
UR1/UR2，或 1 个分割为
2 个区的中央控制器
（UR2-H）。
• 每个中央控制器有 2 个同
步模板，通过光纤连接这
两个控制器
• 每个中央控制器有一个
CPU 417-4H
• 在中央控制器中架有 S7-
400 I/O 模板
• UR1/UR2/ER1/ER2 扩展
单元，与/或有 I/O 模板组
的 ET 200M分布式 I/O。
中央功能总是冗余配置的。
I/O 模板可以是常规配置或切
换型配置。
常规的 I/O
（单边配置）
在单边配置中，I/O 模板是单
通道设计的，只能由二个中
央控制器中的一个配置地
址。单边配置的 I/O 模板可进
行：
• 插入到一个中央控制器以
及/或
• 插入到扩展机架或分布式
I/O 站
在单边配置中，读到的信息
同时提供给 2 个中央控制器，
使访问 I/O 的操作正确地运
行。如发生故障，属于故障
控制器的 I/O 模板退出运行。
单边配置适用于
• 不需要增加可靠性的应用
场合
• 连接到以用户程序为基础
的冗余 I/O 站。基于此种
目的，系统必须对称的配
置。
Arrangement of the
distributed I/O
single-channel
single-sided
confi
uration
normal availability
图 8 I/O 系统的可用性等级
switched
confi
uration
enhanced
availabilit
图 9 单边配置（常规的可用性）
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综述
SIMATIC S7-400H
设计（续）
增强的可靠性
（切换式配置）
I/O 模板的冗余 I/O 模板的冗余有两处方式：
FM 和 CP 的冗余 功能模板（FM）和通讯模板
在切换式配置中，I/O 模板虽
为单通道设计，但是二个中
央控制器均可通过冗余的
PROFIBUS-DP 网络访问 I/O
模板。切换式 I/O 模板只能插
入
• ET 200M远程 I/O 站。
通过 PROFIBUS-DP 连接到中
央控制器。可切换的 ET-200M
连接到 2 个子单元中。
• 在两个可切换的 ET 200M
中用两个相同的 I/O 模
板。
有两种冗余配置：
• 可切换的冗余设置：
FM/CP 可插到分立的 ET
200M 中，或成对的插入
到可切换的 ET 200M 中
的一个。
图 10 切换式配置
• 用 2 个相同的模板，每个
都可分配给 2 个子单元中
的任何一个子单元。
• 双通道冗余配置：FM/CP
可插到两个子单元或者
是和这些子单元接口的
扩展设备中（参考单边
配置）
实现模板的冗余有不同的方
法。
• 由用户编程：利用功能
模块和 SIMATIC CP可以
由用户编程实现冗余功
能。
程序处理在用户级中管理，
其步骤在有关手册中描述。
选择主动模板并检测任
何故障以便起动转换机
制。所要求的程序和带
冗余 FM/CP 的非冗余
CPU 的结构相一致。
• 操作系统直接支持：在
SIMATIC NET-CP（CP-
443-1，CP 443-1 TCP，
CP 443-5 基本型和 CP
443-5 扩展型）上，操
作系统直接支持冗余结
构，详细内容见通讯一
章。
工作原理 CPU 417-H 操作系统自动地
执行所有 S7-400H 需要的附
加功能：
• 数据通讯
• 故障响应（切换到备用控
制器）
• 2 个子单元的同步功能
• 自检
图 11 S7-400H的工作原理
Siemens ST 70·2003 13
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综述
SIMATIC S7-400H
工作原理（续）
见余原理
同步 为了无扰动地切换，两个单元
自检 S7-400H执行扩展的自检。包
通讯
（高可用性的通讯）
“热备”模式的 S7-400H 的
运行是根据主动冗余原理（在
发生故障时，无扰动地自动切
换）。根据这个原理，无故障
时两个子单元都在运行状态。
如果发生故障，正常工作的子
单元能独立地完成整个过程的
控制。
必须保持同步。
S7-400H运行于“事件驱动同
步”。
括如下内容：
• 中央控制器间的链接
• CPU 模板
• 处理器/ASIC
• 存储器
SIMATIC 的高可用性的通讯，
为用户提供了一种新型的通讯
类型，它具有以下特点：
• 增强了可用性：
发生故障时，通过最多达
4 个冗余连接，使通讯仍
能继续进行。对用户来
说，需要的切换过程是看
不到的。
• 用户友好特点
从用户观点来看，高可用
性是看不到的，可使用含
标准通讯的用户程序，不
需要做修改。冗余功能只
在参数化阶段建立。
为了保证无扰动地切换，必
须做到中央控制器链路之间
快速、可靠的数据交换。
为此控制器必须自动的接收
• 相同的用户程序
• 相同的数据块
• 过程映象内容
这就是说两个子单元有不同
的内部状态时，就会进行同
步操作。例如在下列情况：
• 直接 I/O 访问
• 中断，报警
• 刷新用户时间
检测到的每一个故障都给出
报告。
运行后的自检，
当再起动时，每个子单元完
整地执行所有的测试功能。
图 12 S7-400H 的容错通讯
目前 S7-400H（冗余和非冗
余配置）和 PC 支持容错通
讯。PC 冗余需要有连接程
序软件包。（见“SIMATIC
NET工业通讯”一章）
• 相同的内部数据，如计
时器、计数器、位存储
器等。
这样确保两个子控制器要随
时更新内容，并在任何时间
只要一个有故障，另一个可
承担全部控制任务。
• 通过通讯功能修改数据
由操作系统自动地执行同步
功能，编程时不需要考虑。
周期运行时的自检：
全部自测试被分配到几个周
期中进行。每个周期只执行
自检中的一部分，以减轻控
制器的负担。
配置
由于对容错的要求不同，其
配置也是各种各样的：
• 非冗余或冗余总线
• 总线型或环形结构
编程参数化 S7-400H 的编程和 S7-400 相
同，可使用所有 SIMATIC S7
的编程语言。
编程 S7-400H 需使用 STEP 7
V 5.1 版本。
14 Siemens ST 70·2003
用于 S7-400H 的可选软件包
组态 S7-400H 的基本步骤和
组态 S7-400 的基本步骤相
同，例如
• 建立项目和站
• 配置硬件和网络
• 装载系统数据到目标系
统
S7-400H 的可选软件包用来
配置 S7-400H 的结构，和
S7-400 的配置不同。安装
时，需要 STEP 7 标准软件
包 V5.1 版或更高版本。
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综述
SIMATIC S7-400F/FH
概述 • 安全型自动化系统适合
于需要高安全性要求的
设备
• 遵守 SIL3 至 IEC 61508，
AK6 至 DIN V19250 和
Cat 4 到 EN 954-1 的安
全要求。
• 如果需要，可通过冗余
设计达到容错功能。
应用 SIMATIC S7-400F/FH 安全
型自动化系统可用在有着安
全性要求的工厂。它的控制
过程（如果直接关闭）不会
对人或环境产生损坏。S7-
400F/FH 有 2 种基本型：
• S7-400F
安全型自动化系统
在控制系统中，如果发
生故障，过程步骤转为
安全状态，并执行中断。
• S7-400FH
安全及容错型自动化系
统
如果在控制系统中发生
故障，冗余的控制内容
可以继续执行过程控制
步骤。
S7-400F/FH 适应于具有下列
安全型要求的场合：
• 安全要求级别符合 AK1
至 AK 6 至 DIN V 19250/
V VDE 0801。
DIN
• 安全式 I/O 没有附加的
连线：
通过带 PROFIS 安全曲
线的 PROFIBUS-DP 的
安全通讯
• 以 S7-400H和 ET 200M
为基础，包括安全型模
板。
• 标准模板可在非安全型
的自动化系统中应用
• 安全要求级别符合 SIL 1
至 SIL 3 至 IEC 61508
• 待级 1 至 4 至 EN 954-1
另外，S7-400F/FH 可以使
用标准模板，以及安全型模
板，这样可以配置一个完全
型集成控制系统。用在无安
全性要求以及部分安全性要
求的工厂中。整个工厂可以
用相同的标准工具进行配置
和编程。
工作原理 S7-400F/FH 的安全性功能已
包含在 CPU 的 F 程序中，
以及安全型的信号模板中。
信号模板利用偏差分析和测
试信号注入的方法来监视输
出和输入的信号。
编程 S7-400F/FH 的编程方法和其
它 SIMATIC S7 系统的编程
方法相同。无安全性要求的
部分设备的用户程序可以通
过已被实践证明的编程工具
编写，例如 STEP 7。
S7 F 系统的可选软件包
在编写有安全性要求的程序
时需要“S7 F 系统”的可选
软件包，软件包已包括用于
生成 F 程序的所有功能和功
能块。
通讯 中央控制器和 ET 200M 之
间的安全型和标准通讯在
PROFIBUS-DP上进行。特
别是由于 PRFISafe PROFI-
BUS 规范的发展，允许安全
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 的相关操
作。另外，通过实际使用中
的相关符号检查 I/O 模板的
功能。如果在系统中发现了
故障，后者转为安全状态，
下列软件包必须安装在 S7 F
系统的编程器或个人计算机
上，以便运行。
• STEP 7 V5.1 或更高版本
• CFC V5.0+Service Pack
3 或更高版本
• S7-SCL v.5.0 或更高版本
• S7H 系统 v.5.1 （对于
S7-400FH为可选项）
型功能的有用数据可以和标
准数据信息框架一起传送。
另外，不需要附加硬件设
备。所必要的软件既可以是
集成在硬件设备中的软件，
F 运行时间许可证
必须将 F 运行时间许可证安
装到 S7-400F/FH 的 CPU
417-4H上。每一个 S7-400F/
FH 系统需要一个许可证。
从带 CFC 的 F 库中调用特
殊功能块，并从内部连接到
含有安全性功能的 F 程序
中。由于交叉设备的标准显
示需要，CFC 的使用，简
化了对设备的配置和编程工
作是可行的。编程者可以将
精力全部集中在安全性要求
的应用场合，而不必使用什
么附加的工具。
如操作系统的扩展部分，也
可以是在 CPU 中经过检定
的软件功能块。
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综述
SIMATIC S7-400F/FH
设计 可以用不同的方法配置 S7-
400F/FH 安全型自动化系
S7-400F 的单通道、单边I/O设计设备需要带安全性保护的
PLC 控制，而又不必是容错
式的，需要如下配置：
图 13 单通道单边 I/O 的配置
统，以满足各种不同的要求。
• 带 F 运行时间许可证的 1
个 CPU 417-4H
• 1 条 PROFIBUS-DP线
• 带IM 153-2 FO的ET 200M
• 无冗余设计的安全型信息
模板
发生故障时 I/O 停止工作，
安全型信号模板被钝化。
S7-400F 的单通道、切换
式 I/O
设备需要带安全性保护的
PLC 控制，CPU 一侧采用容
错技术，配置如下：
图 14 单通道、切换式 I/O 的配置
• 带 F 运行时间许可证的 2
个 CPU 417-4H
• 2 条 PROFIBUS-DP线
• 带 2 个 IM 153-2 FO（冗
余）的一个 ET 200M
• 无冗余设计的安全型信
号模板
一个 CPU 1 个 IM 153-2 FO
或 1 条 PROFIBUS-DP 线发
生故障后 PLC 还能继续使
用。
如果安全型信号模板或 ET
200M 出现故障，I/O 则不
能再工作，安全型信号模板
处于钝化状态。
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综述
SIMATIC S7-400F/FH
S7 -400FH 的冗余切换式
I/O
设备需要带安全性保护的
PLC 控制，CPU 一侧需要采
用容错技术，配置如下：
• 带 F 运行时间许可证 可
证的 2 个 CPU 417-4H
• 2 条 PROFIBUS-DP线
• 带 2 个 IM 153-2 FO（冗
余式）的 2 个 ET 200M
• 冗余设计的安全型信号
模板
如果 CPU、IM153-2FO、
PROFIBUS-DP，安全型信
号模板或 ET 200M 出现故
障，PLC 可以继续运行。
在 S7-400F/FH 自动化系统
中也可以使用标准模板，但
它们不能和 ET 200M 一起
使用。
图 15 冗余切换式 I/O 的配置
总体技术规范
保护等级 IP 20 机械公差
环境温度 0 - 60°C
相对湿度 5 – 95%，无凝结 续振幅 0.075mm；
大气压 860 – 1080 hPa 58-150Hz；恒定加速度 1g；
电磁兼容 EG Directive 89/336/EWG；
• Per EN 50082-2(噪声抑
制)，
T esting per：IEC 61000-4-2，
IEC61000-4-4，IEC61000-4-3
IEC61000-4-6，IEC61000-4-5
抑制干扰符合 EN 50081-2，
极限制符合 EN 55011，A 级，
第 1 组
• 震动测试
• 碰撞测试
IEC 68，Part2-6/10-58Hz；连
IEC 68，Part 2-27/半正弦
碰撞 15g(峰值)，持续 11ms
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