設計綜述

S7-400自動化系統采用模塊化設計。它所具有的模板的擴展和配置功能使其能夠按照每個不同的需求靈活組合。一個系統包括：電源模板，中央處理單元(CPU)，各種信號模板(SM)，通訊模板(CP)，功能模板(FM)，接口模板(IM)，SIMATICS5模板。

產品功能

技術亮點

在 Step 7 中組態 S7-400H站

1. 硬件安裝

（1）安裝機架 UR2-H。

（2）在機架上安裝 PS407電源模塊，在電池槽內放入 2 塊鋰電池，撥碼撥到 2BATT。

（3）設置冗余 CPU的機架號，安裝冗余 CPU到機架。 CPU V3 版本，通過同步子模板上的開關設置； CPU V4 以上版本，通過 CPU 背板上的開關設置； 本實例中的 CPU為6ES7 412-3HJ04-0AB0 機架號設置在 CPU的背面，將左手邊 CPU的機架號設為 0（撥碼撥到下方），右手邊 CPU的機架號設為 1（撥碼撥到上方） ， CPU通電后此機架號生效。

（4）將同步子模板插到 CPU前面板的兩個 IF 插槽中，并固定。

（5）連接同步光纜。 將兩個位于上部的同步子模板相連； 將兩個位于下部的同步子模板相連；在打開電源或啟動系統之前要確保 CPU的同步光纜已經連接，同步光纖的連接如圖 2所示。

（6）安裝 CP443-1 以太網網卡。 同時利用網線將 2 個安裝好的 CP443-1 以太網網卡以及安裝有Step 7 或者 PCS 7 的電腦連接到一個交換機上，完成硬件互聯。

（7）通電后 CPU自檢查。 CPU次通電時， 將執行一次 RAM 檢測工作， 約需 10 分鐘。

這段時間內 CPU 不接收通過通訊接口傳來的數據， 并且 STOP LED 燈閃爍。如果有備用電池，再次通電時不再做此項檢查工作。

（8）啟動 CPU，將 CPU撥碼撥到 RUN狀態，此刻兩 CPU保持 RUN。

2. 硬件組態

1．首先雙擊“ SIMATIC Manager"圖標，打開 SIMATIC Manager 并新建一個 S7-400H 的單項目，在項目中插入一個“ SIMATIC H Station "，插入結束，左側樹形目錄下會出現一個“SIMATIC H Station(1) "，操作（如圖 3）所顯示。

2．點中 SIMATIC H Station(1) 后，雙擊右側“ Hardware"組態硬件進入 HW Config 編輯器（如圖 4）。

在組態中添加兩個 UR2-H的機架，添加路徑為： SIMATIC 400 > RACK-400 > UR2-H(6ES7 400-2JA00-0AA0) 。

分別在兩個機架中添加 PS407電源模塊，路徑為： SIMATIC 400 > PS-400 > PS 407 10A(6ES7407-0KR02-0AA0) 。

分別在兩個機架中添加 CPU單元，添加路徑為： SIMATIC 400 > CPU 400 > CPU 400-H > CPU 412-3H > 6ES7 412-3HJ04-0AB0 > V4.0 ，在添加 CPU的過程中，需要為 CPU上集成的DP接口設置地址并且創建所歸屬的 Profibus DP 總線（如圖 5）。

CPU 412-3H CPU 添加同步模塊（所選擇同步模塊的距離類型要保持一致） （如圖 6）。

同理，以一樣的方式為 Rack1 添加 CPU。

分別在兩個機架中添加 CP443-1 以太網通訊模塊，路徑： SIMATIC 400 > CP-400 > Industrial Ethernet > CP 443-1 > 6GK7 443-1EX20-0XE0 > V2.6 （如圖 7）。

為 CP 443-1 設置參數，創建并選擇“ Ethernet(1) "；

勾選“ Set MAC address/use ISO protocol "，并且為該網卡設置 MAC地址（網卡出廠預設 MAC地址可以在 CP網卡上看到） ，同時取消選擇“ IP protocol is being used"項（如圖 8）。

以同樣的方式，為 Rack 1 添加 CP443-1 并設置 MAC地址，選擇子網“ Ethernet(1) "。利用以上步驟就完成了硬件的組態， 或者也可以先組態好 Rack0 及所需插入的所有模塊，然后將其拷貝，生成Rack1 及其所需插入的所有模塊，在此操作中請注意修改新生成的Profibus 網絡參數以及 Ethernet 網絡參數，設置方法請參考前文敘述。

3. 添加必要的 OB組織塊程序

以下 OB塊必須裝入 S7-400H 的 CPU 中： OB70、OB72、OB80、OB82、OB83、OB85、OB86、OB87、OB88、 OB121和 OB 122；如果沒有裝載這些 OB，H系統在出現錯誤時可能會進入 STOP狀態?？梢愿鶕枰谶@些 OB中編寫程序讀取系統診斷信息。

在 插 入 方式 上， 可 以在 Block 目錄 下 面通 過右 鍵 選 擇 “Insert New Object" >“Organization Block "，插入所期望的組織塊，此處如果沒有特殊需求的話，可以不對插入的組織塊進行編程，插入空的 OB即可。

4. 硬件和程序的下裝

為了實現 Step 7 與 CPU的通訊，首先要確保 CP443-1 與安裝了 Step 7 的電腦之間的物理連接。

打開“ SIAMATIC Manager" > “Options " > “Set PG/PC Interface, "可以將 PG/PC接口設置成 ISO Ind Ethernet 方式。如果使用的電腦安裝了 1613 網卡，可以將 PG/PC接口設置為 1613 的 ISO通訊方式，如果使用的電腦中只裝有普通的網卡，就選擇普通網卡的ISO 的通訊方式，如下圖：本實驗中選擇的是 Broadcom 的普通以太網卡連接作為 PG/PC物理通訊接口（如圖 9）。

完成 PG/PC接口的設置，重新回到 HW Config 編輯器的界面，保存并編譯硬件項目（如圖 10）。

硬件下載， 系統會提示硬件下載的模式， 由于使用的 CPU均處于 STOP狀態，  OK，選擇要下在硬件的目標 CPU對象，此處選擇：CPU 412-3H Rack0 Slot3 上的 CPU 412-3H。

OK彈出選擇實際節點的對話框， 可以通過“ View"按鈕刷新可以訪問到的節點信息 （如圖11）。

OK下載硬件，硬件下載結束，可能當前兩 CPU仍舊處于 STOP 模式 , 此刻可以通過手動觸發運行來啟動 CPU，具體做法就是， 首先將已經下載了硬件的 CPU撥到 RUN(如果其功能撥碼已經處于 RUN上請先將撥碼撥到 STOP再撥到 RUN上) ，然后運行另外一個 CPU。在線監控一下硬件， H系統處于冗余運行狀態：

到此為止，已經完成了一個 400H 站的組態、編程、監控。

三、S7-400H 站冗余系統控制電氣原理圖、電氣布置圖、電氣接線圖。

四、S7-400H 站冗余系統 I/O 分配表

五、S7-400H 站冗余系統功能測試

S7400 冗余系統采用了兩套 CPU處理器模塊，一個處理器模塊作為主處理器，另外一個作為從處理器。 正常情況下，由主處理器執行程序，控制 I/O 設備，從處理器不斷監測主處理器狀態。 如果主處理器出現   ， 從處理器立即接管對 I/O 的控制， 繼續執行程序， 從而實現對系統的冗余控制。

1. S7-400H 冗余功能測試圖

1.1 S7-400H 冗余功能測試硬件連接圖

1.2 S7-400H 冗余功能測試電氣控制接線圖

2. 創建一個 Step7 示例項目

2.1 新建一個 Step7 項目，且進行相關組態硬件（如圖 19）。

2.2 硬件組態完成后，對網絡進行組態（如圖 20）

2.3 新建示例項目組態結束，打開 OB1塊 LAD/STL/FBD編程界面進行控制程序編輯（如圖 21）

2.4 編寫完控制程序，將該程序下載到 PLC 中。

3. 創建人機界面

3.1 運用 Wincc flexible 組態軟件，通過前面的 Step7 控制示例項目所需，對 TP177B觸摸屏進行相應人機界面組態編輯（如圖 22 所示）。

3.2 人機控制界面編輯完成后，下載到 TP177B 內。

4. 冗余測試

4.1 通過人機界面操作 PLC，使之控制三相變頻電機啟動、變速、停止。 （如圖 23）

4.2 在三相變頻電機正常運行時， 通過模擬工業現場 CPU ，切斷正在主控運行的 PLC 電源，此時冗余 PLC 承擔主控，電機保持之前的狀態運行，實現了冗余控制功能。

5. S7-400H 站冗余系統功能實現通過以上測試可知：當停止正在主控工作的 PLC CPU時，變頻器上顯示的頻率沒有發生變化，電機還是保持原來的運行狀態。