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S7-400F/FH
SIMATIC S7-400F/FH 故障安全自动化系统可在安全要求较高的工厂中使用。它可对立即停机不会给人员或环境带来危险的过程进行控制。S7-400F/FH 具有两种基本设计：
S7-400F：
故障安全自动化系统。在控制系统中发生故障的情况下，生产过程会切换到安全状态并中断。
S7-400FH：
故障安全和高可用性自动化系统。在控制系统中发生故障的情况下，冗余控制部分将发挥作用，继续控制生产过程。
通过另外使用标准模块，可以建立一个全集成控制系统，可在非安全相关和安全相关任务共存的工厂环境中使用。可以使用相同的标准工具对整个工厂进行组态和编程。
中端到性能范围内功能强大的 PLC
可满足要求极为苛刻的任务的解决方案
的模块和各种性能等级 CPU 可针对具体自动化任务进行调整
可实现分布式结构，适用十分灵活
连接方便
通信和联网功能
操作方便，设计简单，不含风扇
任务增加时可顺利扩展
多重计算：
多个 CPU 在一个 S7-400 中央控制器中同时运行。
多重计算功能可对 S7-400 的总体性能进行分配。例如，可将复杂的技术任务（如开环控制、计算或通信）进行拆分并分配给不同的 CPU。可以为每个 CPU 分配自己的 I/O。
模块化：
通过功能强大的 S7-400 背板总线和可直接连接到 CPU 的通信接口，可实现许多大量通信线路的高性能操作。例如，这样可以拥有一条用于 HMI 和编程任务的通信线路、一条用于高性能等距运动控制组件的通信线路和一条“正常”I/O 现场总线。另外，还可以实现额外需要的与 MES/ERP 系统或 Internet 的连接。
SIMATIC S7-400H 包括以下组件：
2 个中央控制器：
2 个单独的 UR1/UR2 中央控制器，或一个分隔式中央控制器 (UR2-H) 上的 2 个区域。
每个中央控制器有两个同步模块，用于通过光缆连接两个设备。
每个中央控制器 1 个 CPU 412-5H、1 个 CPU 414-5H、1 个 CPU 416-5H 或 1 个 CPU 417-5H。
中央控制器中具有 S7-400 I/O 模块。
UR1/UR2/ER1/ER2 扩展单元和/或带有 I/O 模块的 ET 200M 分布式 I/O 设备。
中央功能采用冗余设计。可将 I/O 组态为常规可用性型和切换型。
通常可用的 I/O（单侧配置）
在单侧配置中，I/O 模块具有单通道设计，仅由两个中央控制器中的一个来寻址。单侧 I/O 模块可插到中央控制器和/或扩展单元/分布式 I/O 设备中。
在 I/O 寻址设备工作正常的情况下，从单侧读入的信息始终提供给两个中央控制器。发生故障时，受影响的中央控制器的 I/O 模块将停止工作。
单侧配置用于：
不需要很高可用性的工厂部分。
连接基于用户程序的冗余I/O。此时，必须对系统进行对称设置。
高可用性（切换式配置）
在切换式配置中，I/O 模块采用单通道设计，但它们将由两个中央控制器通过冗余 PROFIBUS DP 来寻址。在切换式配置中运行的 I/O 模块只能插到 ET 200M 分布式 I/O 设备中。
通过 PROFIBUS DP 连接到中央控制器。
I/O 冗余
冗余 I/O 模块以冗余方式成对配置。使用冗余 I/O 可以实现程度的可用性，因为通过这种方式，可以承受 CPU、PROFIBUS 或信号模块出现故障。
可进行实现以下配置：
单侧 DP 从站采中采用冗余 I/O
切换式 DP 从站采用冗余 I/O
适宜的 I/O 模块
相互冗余的模块必须为同一类型和设计形式（例如，均为集中式或均为分布式）。不对插槽进行规定。不过，出于可用性原因，建议在不同的站中使用。关于可以使用的模块，请咨询系门子客户支持部门或参阅相关手册。
FM 和 CP 冗余
功能模块 (FM) 和通信处理器 (CP) 可在两种不同配置中使用：
切换式冗余配置：
可以双重连接 FM/CP 以将 ET 200M 或一个交换式 ET 200M 分离。
双通道冗余配置：
可将 FM/CP 插到两个子单元中或插到与子单元相连的扩展单元中（参见单侧配置）。
此时可以不同方式实现模块冗余：
由用户编程：
在功能模块和 SIMATIC 通信处理器上，通常可由用户对冗余功能进行编程。将会确定主动模块并检测可能的故障以执行切换。所需的程序与配有冗余 FM/CP 的单个 CPU 的程序一致。
由操作系统直接提供支持。
对于 SIMATIC NET-CP 443-1，操作系统直接支持冗余。有关详细信息，请参见“通信”下面的内容。
S7-400F/FH
故障安全型 S7-400F/FH 自动化系统可根据需求进行不同配置：
单通道、单侧 I/O，用于 S7-400F
工厂需要使用故障安全型控制器。无需容错。需要下列部件：
1 个 CPU 414-4H/417-4H，含 F-Runtime 许可证。
1 条 PROFIBUS DP 总线。
带有 IM 153-2 的 ET 200M。
故障安全信号模块，采用非冗余设计。
发生故障时，I/O 不再可用。故障安全信号模块被禁用。
单通道、切换式 I/O，用于 S7-400FH
工厂需要使用故障安全型控制器。CPU 侧需要有容错功能。需要下列部件：
2 个 CPU 414-4H/417-4H，含 F-Runtime 许可证。
2 条 PROFIBUS DP 总线。
1 个 ET 200M ，带 2 个 IM 153-2（冗余）。
若 CPU、IM 153-2 或 PROFIBUS DP 总线出现故障，控制器仍保持可用。在故障安全信号模块或 ET 200M 出现故障时，I/O 不再可用。故障安全信号模块被禁用。
冗余、切换式 I/O，用于 S7-400FH
工厂需要使用故障安全型控制器。CPU 侧和 I/O 侧需要容错功能。需要下列部件：
2 个 ET 200M，带 2 个 IM 153-2（冗余）。
故障安全信号模块，冗余设计。
在 CPU、IM 153-2 或 PROFIBUS DP 总线、故障安全信号模块或 ET 200M 出现故障时，控制器仍保持可用。
在 S7-400F/FH 自动化系统中，也可以使用标准模块。这些设备不能与故障安全模块在同一个 ET 200M 中一起使用
plc在实际应用中常碰到这样两个问题：一是PLC的I/O点数不够，需要扩展，然而增加I/O点数将提高成本；二是已选定的PLC可扩展的I/O点数有限，无法再增加。因此，在满足系统控制要求的前提下，合理使用I/O点数，尽量减少所需的I/O点数是很有意义的。下面将介绍几种常用的减少I/O点数的措施。 一、减少输入点数的措施 1.分组输入 一般系统都存在多种工作方式，但系统同时又只选择其中一种工作方式运行，也就是说，各种工作方式的程序不可能同时执行。因此，可将系统输入信号按其对应的工作方式不同分成若干组，PLC运行时只会用到其中的一组信号,所以各组输入可共用PLC的输入点，这样就使所需的输入点减少。 如图1所示，系统有“自动”和“手动”两种工作方式，其中S1～S8为自动工作方式用到的输入信号、Q1～Q8为手动工作方式用到的输入信号。两组输入信号共用PLC的输入点X0～X7，如S1与Q1共用输入点X0。用“工作方式”选择开关SA来切换“自动”和“手动”信号的输入电路，并通过X10让PLC识别是“自动”，还是“手动”，从而执行自动程序或手动程序。
图1 分组输入 图中的二极管是为了防止出现寄生回路，产生错误输入信号而设置的。例如当SA扳到“自动”位置，若S1闭合，S2断开，虽然Q1、Q2闭合，也应该是X0有输入，而X1无输入，但如果无二极管隔离，则电流从X0流出，经Q2→Q1→S1→COM形成寄生回路，从而使得X1错误地接通。因此，必须串入二极管切断寄生回路，避免错误输入信号的产生。 2.矩阵输入 如图2所示为3×3矩阵输入电路，用PLC的三个输出点Y0、Y1、Y2和三个输入点X0、X1、X2来实现9个开关量输入设备的输入。图中，输出Y0、Y1、Y2的公共端COM与输入继电器的公共端COM连在一起。当Y0、Y1、Y2轮流导通，则输入端X0、X1、X2也轮流得到不同的三组输入设备的状态，即Y0接通时读入Q1、Q2、Q3的通断状态, Y1接通时读入Q4、Q5、Q6的通断状态,Y2接通时读入Q7、Q8、Q9的通断状态。 当Y0接通时，如果Q1闭合，则电流从X0端流出，经过D1→Q1→Y0端，再经过Y0的触点，从输出公共端COM流出，后流回输入COM端，从而使输入继电器X0接通。在梯形图程序中应该用Y0常开触点和X0常开触点的串联，来表示Q1提供的输入信号。 图中二极管也是起切断寄生回路的作用。
图2 矩阵输入 采用矩阵输入方法除了要按图6-12的硬件连接外，还必须编写对应的PLC程序。由于矩阵输入的信号是分时被读入PLC，所以读入的输入信号为一系列断续的脉冲信号，在使用时应注意这个问题。另外，应保证输入信号的宽度要大于Y0、Y1、Y2轮流导通一遍的时间，否则可能会丢失输入信号。 3.组合输入 对于不会同时接通的输入信号，可采用组合编码的方式输入。如图3a所示，三个输入信号Q1、Q2、Q3只要占用两个输入点，再通过如图3b所示程序的译码，又还原成与Q1、Q2、Q3对应的M0、M1、M2三个信号。采用这种方法应特别注意要保证各输入开关信号不会同时接通。
图3 组合输入 a)硬件连接图 b)梯形图程序 |
