西门子模块（中国）自动化与驱动授权总代理商-吉林省SIEMENS风扇地区分销商

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s7-400采用大模块结构，由机架、电源模块(ps)、中央处理单元(cpu)、数字量输入／输出(di／do)模块、模拟量输入／输出(ai／ao)模块、通信处理器(cp)、功能模块(fm)和接口模块(im)组成。di／do模块和ai／ao模块统称为信号模块(sm)。机架用来固定模块、提供模块工作电压，并通过信号总线将不同模块连接在一起。s7-400提供了多种级别的cpu模块和种类齐全的通用功能模块。$7-400采用模块化无风扇设计，性能范围宽广的不同模块可以灵活组合，扩展方便。
1.2 特点
s7-400的特点有：
a．运行速度高，存储器容量大；
b．i／o扩展功能强，可以扩展21个机架；
c．极强的通信能力，容易实现分布式结构和冗余控制系统，集成的mpi能建立*多32个站的简单网络，大多数cpu集成由profibus—dp主站接口，可以用来建立高速的分布式系统；
d．能通过钥匙开关盒口令实现安全保护；
e．诊断功能强，*新的故障和中断时间保存
在fifo(先入先出)缓冲区。
2 s7-400的配置和工作原理
2.1 s7-400的配置
s7-400按冗余方式设计，主要器件都是双重的，可以在发生故障时继续使用备用的元器件。s7-400由两个子系统组成，每个系统有一块有容错功能的cpu414-4h，一块ps407电源模块。同步子模块用于连接两个中央处理器，放置在中央处理器内部，并由光缆互连。每个中央处理器上有s7i／o模块，中央控制器也可以有扩展机架或et200m分布式i／o。
中央功能总是冗余配置的，i／o模块可以是常规配置、切换型配置或冗余配置，具体说明如下：
a．常规单通道单路配置。两个子系统只有一个有一套i／o模块(单通道)，它可以在一个中央控制器中，或者是分布式的i／o站。i／o模块只能被该子系统访问，读出的i／o信息同时提供给两个中央控制器。如果出现故障，属于故障控制器的i／o模块退出运行。
b．单通道切换式配置。单通道切换式配置的i／o模块虽然是单通道设计，但是两个中央控制器都可以通过冗余的profibus-dp网络访问i／o模块。切换式i／o模块只能在et-200m远程i／o站中。
c．双通道i／o模块容错冗余配置。系统中有两套相同的容错冗余配置的i／o模块，每一个子系统都可以访问这两套i／o模块。
2.2 s7-400h冗余控制plc的工作原理
s7-400h采用“热备用”模式的自动冗余原理，在发生故障时无扰动的自动切换。无故障时子单元处于运行状态，如果发生故障，正常工作的子单元能独立完成整个过程的控制。为了保证无扰动切换，必须实现中央控制器链路中间的快速、可靠的数据交换。两个控制器必须使用相同的用户程序，自动的接受相同的数据块，过程映像和相同的内部数据，例如定时器、计数器及存储器等。
这样可以确保两个中央控制器同步的更新内容，在任意一个系统有故障时，另一个可以承担全部控制任务。
s7-400h采用“事件驱动同步“，在两个子单元的内部状态不同时，例如在直接i／o访问、中断、报警和修改实时时钟，就会进行同步操作。通过通信功能修改数据，由操作系统自动执行同步功能，不需要用户编程。
s7-400h对中央控制器之间的链接、cpu模块、处理器、asic和存储器进行自检。在启动后每个子单元完成执行所有的测试功能。每个周期只执行部分自检功能，以减轻cpu的负担。
3 s7-400h冗余故障分析及相应处理
3.1 丙烯循环气压缩机控制系统
聚丙烯装置丙烯循环气压缩机(pk301)的控制系统是一套典型的s7-400h plc，其结构如图1所示。

图1 冗余控制系统

由于该plc系统的一个稳压电源(220v ac.24vdc)故障，在pk301停车检修时对故障电源进行更换。可在稳压电源更换好之后，plc系统再上电，发现后启动的cpul状态为stop，且两cpu上的redf(冗余故障)和extf(外部故障)红灯亮，控制器上其它状态指示灯和故障指示灯正常。判断系统出项冗余故障造成外部故障。
将两个控制器的模式选择开关都扳到stop位置，然后将先前没有起来的cpul模式选择开关扳到run位置，等run绿灯亮，stop黄灯灭后，再将cpu0模式选择开关扳到run位置，run绿灯闪烁后灭，stop黄灯一直亮，故障无法排除。系统下电前有一输入变量被强制，现在frce(强制)黄灯亮，将该输入点的强制取消(两cpu)，frce黄灯灭后，再次将状态为stop的cpu0模式选择开关从run_stop—run位置依次扳动，cpu0run绿灯亮，stop黄灯灭。这时两cpu都为run绿灯亮，redf(冗余故障)和extf(外部故障)灯都灭，故障排除。
故障排除后，又强制了一输出点，然后将热备cpu1模式选择开关从run—stop—run位置依次扳动，run绿灯闪烁后灭，stop黄灯一直亮，两cpu上的redf(冗余故障)和extf(外部故障)红灯亮。将强制解除后重复以上动作，cpu1恢复运行状态，热备冗余正常。由此可知，如果s7-400h系统有输入／输出点被强制时，两个子控制系统控制器任意一个或同时状态为stop，或是系统掉电，均会出现冗余故障，先启动的控制系统会运行正常，而后面的一个则无法启动到运行模式，此时系统不冗余，只有将强制解除后方可排除该故障，系统恢复冗余。
3.2 挤压机控制系统
高压聚乙烯装置的挤压机控制系统同样是一套典型的$7-400hplc。某el巡检时发现系统出现冗余故障，两cpu上的redf和extf红灯亮，ifm2f(同步模块2故障)红灯亮，热备cpul状态为stop黄灯亮，cpul中fm2(同步子模块)linkok灯灭，控制器上其它状态指示灯和故障指示灯正常。判断为同步模块2故障造成冗余故障，引起外部故障灯亮。
如图1所示，s7-400h的每个中央处理器都有两个同步子模块，用于连接处理器。将cpul的fm2和cpu0的fm2对调，结果cpu0的fm2linkok灯灭；再将cpu0的fm2和cpu0的fml对调，4个linkok指示灯的状态没有变化，判断出现在cpu0的fml和fm2是好的；之后将cpul的fml和fm2对调，结果cpu0的fmllinkok灯灭，至此判断出：现在cpu0的fml卡是坏的。将其更换后，控制器中故障指示灯灭，4个linkok指示灯均为绿色亮，系统恢复正常。
从以上操作过程及相应结果可知，如果同步模块故障，同一组中，link ok灯亮的一个是坏的，相反link ok灯灭的一个是好的。
3.3 s7-400h plc与hmi的pc机通信
某聚丙烯装置挤压机的控制系统是一套s7-400h plc，并有hmi(人机界面)座位操作站，其结构如图2所示。

图2 plc系统结构示意图

运行过程中有一个操作站出现故障，经检查发现主机主板损坏。找来新pc机，将原两块西门子网卡装好后，再将原硬盘数据备份到新机中，启动intellutionifix3．5，下位plc数据没有传到pc机，plc和pc机通信不通。打开stationconfigure界面，看到cpl613和cpl613(1)两网卡，双击cpl613后打开西门子网卡编辑画面，双击properties，看到macaddress，修改此处地址为原mac地址。如果mac地址不能更改，则可按照
以下步骤进行操作：
a．将opc server状态改为停用；
b．删除两块cpl613网卡；
c．安装simatic net配置文件；
d．逐个增加两块cpl613网卡，并将网卡的mac地址更改为原地址(80-00-06-01-00-10，80—00-06-014)0-11)；
e．运行opc servero