S7-400 是 SIMATIC 控制器家族功能*為強大的 PLC。它可以成功實現全集成自動化 (TIA) 解決方案。S7-400 是一個用于制造業和過程工業系統解決方案的自動化平臺，其主要特點是具有模塊化的結構并擁有性能儲備。

S7-400

• 中端到高端性能范圍內功能強大的 PLC
• 可滿足要求極為苛刻的任務的解決方案
• 全面的模塊和各種性能等級 CPU 可針對具體自動化任務進行*佳調整
• 可實現分布式結構，適用十分靈活
• 連接方便
• *優通信和聯網功能
• 操作方便，設計簡單，不含風扇
• 任務增加時可順利擴展
• 多重計算：
  多個 CPU 在一個 S7-400 中央控制器中同時運行。
  多重計算功能可對 S7-400 的總體性能進行分配。例如，可將復雜的技術任務（如開環控制、計算或通信）進行拆分并分配給不同的 CPU。可以為每個 CPU 分配自己的 I/O。
• 模塊化：
  通過功能強大的 S7-400 背板總線和可直接連接到 CPU 的通信接口，可實現許多大量通信線路的高性能操作。例如，這樣可以擁有一條用于 HMI 和編程任務的通信線路、一條用于高性能等距運動控制組件的通信線路和一條“正常”I/O 現場總線。另外，還可以實現額外需要的與 MES/ERP 系統或 Internet 的連接。
• 工程組態和診斷：
  結合使用 SIMATIC 工程組態工具，可極為高效地對 S7-400 進行組態和編程，尤其對于采用高性能工程組件的廣泛自動化任務。為此，可以使用高級語言（如 SCL）以及用于順序控制、狀態圖和工藝圖的圖形化組態工具。

容錯通訊

帶有容錯通信功能的SIMATIC提供了一種新的通信類型，該通信類型具有以下特點：

• 可用性更高：
  發生故障時，憑借其多達4個的冗余連接，可以繼續通信。必要的切換工作對于用戶來說是透明的。
• 工作簡單；
  容錯處理對于用戶也是透明的。可使用用于標準通訊的用戶程序，無需修改。冗余功能的定義僅需在參數化階段就可以完成。

容錯通訊目前由 S7-400H（冗余和非冗余配置）和 PC 所支持。對于 PC 來說，需要使用 Redconnect 軟件包（參見“SIMATIC NET 通訊系統”）。

取決于對可用性的需求，可以使用不同的組態選項：

• 單一總線或冗余總線。
• 線型拓撲和環型拓撲總線。

運行模式

CPU 417-4H、CPU 414-4H 和 CPU 412-3H 的操作系統可自主執行 S7-400H 的所有必要附加功能：

• 數據交換
• 故障響應（控制轉換給備用設備）
• 兩個子設備的同步
• 自檢

冗余原理

S7-400H的工作符合“熱備份”模式的主動冗余原理（支持故障發生時的無重啟自動切換功能）。根據該原理，在無故障運行期間，兩個子單元都處于工作狀態。當故障發生時，未出現故障的設備將獨立地接管過程控制。

為了確保平穩的控制接管，必須通過中央控制器鏈路實現高速、可靠的數據交換。

在控制轉移期間，設備自動地使用

• 相同的用戶程序
• 相同的數據塊
• 相同的過程圖像內容
• 相同的數據，例如定時器、計數器、位存儲單元等

這意味著，這兩個設備的更新操作始終完全一樣，并可以在出現故障時獨立地繼續執行控制功能。

I/O 工作于冗余模式時，其結果將是：

• 在沒有故障的工作期間，兩個模塊均處于工作狀態，即，在存在冗余輸入的情況下，例如通過兩個模塊讀入的共用傳感器（也可以設置兩個傳感器）的信號，會對其結果進行比較，以將一致性的值提供給用戶以進一步處理。對于冗余輸出來說，由用戶程序計算出的值通過兩個模塊來輸出。
• 如果出現了故障，例如輸入模塊中有一個或者兩個均出現了故障，則不再尋址故障模塊，且對故障進行報告處理，此后，僅使用未出現故障的模塊繼續工作。聯機修理工作完成之后，又可以尋址兩個模塊。

對于無重啟切換，必須實現兩個子單元的同步。

S7-400H采用“事件驅動同步”技術。

同步操作伴隨著導致兩個子單元內部狀態出現差異的每個事件而進行。這些事件的發生情況例如有：

• 直接訪問 I/O
• 中斷、報警
• 更新用戶時間，或
• 使用通信功能更改數據。

同步由操作系統自動完成，程序編制期間無需處理。

自檢

S7-400H 可執行大量自檢。這涉及到以下部分的檢測工作：

• 中央控制器的連接。
• CPU
• 處理器/ASIC
• 存儲器

每個檢測到故障都將被報告。

啟動時自檢

啟動時，每個子單元都會完整地執行全部自檢功能。

循環工作期間的自檢

完整的自檢需要多個循環。每個循環僅執行一小部分的自檢，因此，施加至物理控制器上的負荷很小。

組態、編程

S7-400H 的編程與 S7-400 相類似。所有可用的 STEP 7 功能都可以使用。

對 S7-400H 進行編程需要使用 STEP 7 V5.2。

I/O模塊的組態

硬件組態時，用戶必須通過HW Config明確地指出彼此相互冗余的模塊。這僅需指出需要工作于冗余模式的模塊和需要作為“冗余伙伴”的第二個模塊。在用戶程序中，程序編制時使用地址*低的那個模塊。第二個地址對用戶來說不可見，無論是冗余還是非冗余I/O，控制部分的編程工作都完全相同。與非冗余I/O唯*的差別是，冗余I/O程序有兩個塊庫中的功能塊（RED_IN 和 RED_OUT），且在用戶程序的起始和結束部分調用這兩個功能塊。

自STEP 7 V5.3起，該庫作為標準組件已經集成在STEP 7中。

SIMATIC S7-400H 由以下部件組成：

• 2 個中央控制器：
  2 個單獨的 UR1/UR2 中央控制器，或一個分隔式中央控制器 (UR2-H) 上的 2 個區域。
• 每個中央控制器兩個同步模塊，用于通過光纜連接兩個設備。
• 每個中央控制器 1 個 CPU 412-3H、1 個 CPU 414-4H 或 1 個 CPU 417-4H。
• 中央控制器中具有 S7-400 I/O 模塊。
• UR1/UR2/ER1/ER2 擴展單元和/或帶有I/O模塊的 ET 200M 分布式 I/O 設備。

*重要的功能始終采用冗余型設計。

I/O可以組態為常規可用性型和switched型。

常規可用I/O（單邊組態）

在單邊組態中，I/O模塊為單通道設計，僅能由兩個中央控制器中的一個來尋址。單邊I/O模塊可以插接

• 一個中央控制器和/或
• 擴展單元/分布式I/O設備

.

在I/O尋址設備工作正常的情況下，從單邊讀入的信息始終可以被兩個中央控制器使用。在出現故障的情況下，受到影響的中央控制器的I/O模塊將會停止工作。

單邊組態用于：

• 不需要很高可用性的工廠部分。
• 連接基于用戶程序的冗余 I/O。此時，系統必須具有一種對稱設計。

增加可用性（倒換型配置）

在switched組態中，I/O模塊為單通道設計，但是其尋址工作是由兩個中央控制器通過冗余PROFIBUS DP完成。Switched I/O模塊僅能插接

• 一個ET 200M分布式I/O設備

.

至中央控制器的連接通過PROFIBUS DP實現。此時，switched ET 200M連接至兩個子單元上。

I/O 的冗余性

3.1版以及更高版本的操作系統均支持冗余I/O。

冗余 I/O 模塊以冗余方式成對配置。使用冗余I/O可以實現可用性的*大化，因為這種工作模式能夠容忍一個CPU、PROFIBUS或者信號模塊出現故障。

配置選項

可進行下列配置：

• 針對單側 DP 從站采用冗余 I/O
• 針對切換式 DP 從站采用冗余 I/O

適宜的 I/O 模塊

彼此冗余的模塊的類型必須相同，且采用相同的設計（例如，均為集中式或者均為分布式）。插槽不強制規定。不過，出于可用性原因，建議在不同的站中使用。關于可以使用哪些模塊，請咨詢用戶支持部門或者參考相關手冊。

FM 和 CP 的冗余

這兩種不同的組態都可以以冗余方式使用功能模塊（FM）和通信處理機（CP）：

• 切換冗余設計：
  功能模塊（FM）/通信處理機（CP）可以成雙地連接至單個ET 200M或者一個switched ET 200M。
• 雙通道冗余設計：
  功能模塊（FM）/通信處理機（CP）可以插接兩個子單元或者子單元所連接的擴展單元（參見單邊組態）。

此時可以不同方式取得模塊的冗余性：

• 由用戶編程：
  在功能模塊和SIMATIC通信處理機上，總體上說，用戶可以對其冗余功能進行編程。識別出主動模塊，當檢測到可能出現故障時啟動切換操作。所需要的程序與用于配有冗余FM/CP的單個CPU的程序相一致：
• 由操作系統直接支持。
  對于SIMATIC NET-CP 443-1，冗余由操作系統直接支持。詳細信息，參見下面的“通信”。