容错通讯

带有容错通信功能的SIMATIC提供了一种新的通信类型，该通信类型具有以下特点：

• 可用性更高：
  发生故障时，凭借其多达4个的冗余连接，可以继续通信。必要的切换工作对于用户来说是透明的。
• 工作简单；
  容错处理对于用户也是透明的。可使用用于标准通讯的用户程序，无需修改。冗余功能的定义仅需在参数化阶段就可以完成。

容错通讯目前由 S7-400H（冗余和非冗余配置）和 PC 所支持。对于 PC 来说，需要使用 Redconnect 软件包（参见“SIMATIC NET 通讯系统”）。

取决于对可用性的需求，可以使用不同的组态选项：

• 单一总线或冗余总线。
• 线型拓扑和环型拓扑总线。

运行模式

CPU 417-4H、CPU 414-4H 和 CPU 412-3H 的操作系统可自主执行 S7-400H 的所有必要附加功能：

• 数据交换
• 故障响应（控制转换给备用设备）
• 两个子设备的同步
• 自检

冗余原理

S7-400H的工作符合“热备份”模式的主动冗余原理（支持故障发生时的无重启自动切换功能）。根据该原理，在无故障运行期间，两个子单元都处于工作状态。当故障发生时，未出现故障的设备将独立地接管过程控制。

为了确保平稳的控制接管，必须通过中央控制器链路实现高速、可靠的数据交换。

在控制转移期间，设备自动地使用

• 相同的用户程序
• 相同的数据块
• 相同的过程图像内容
• 相同的数据，例如定时器、计数器、位存储单元等

这意味着，这两个设备的更新操作始终完全一样，并可以在出现故障时独立地继续执行控制功能。

I/O 工作于冗余模式时，其结果将是：

• 在没有故障的工作期间，两个模块均处于工作状态，即，在存在冗余输入的情况下，例如通过两个模块读入的共用传感器（也可以设置两个传感器）的信号，会对其结果进行比较，以将一致性的值提供给用户以进一步处理。对于冗余输出来说，由用户程序计算出的值通过两个模块来输出。
• 如果出现了故障，例如输入模块中有一个或者两个均出现了故障，则不再寻址故障模块，且对故障进行报告处理，此后，仅使用未出现故障的模块继续工作。联机修理工作完成之后，又可以寻址两个模块。

对于无重启切换，必须实现两个子单元的同步。

S7-400H采用“事件驱动同步”技术。

同步操作伴随着导致两个子单元内部状态出现差异的每个事件而进行。这些事件的发生情况例如有：

• 直接访问 I/O
• 中断、报警
• 更新用户时间，或
• 使用通信功能更改数据。

同步由操作系统自动完成，程序编制期间无需处理。

S7-400H

• 具有冗余设计的高可用性自动化系统。
• 用于具有很高故障安全要求的应用：
  重新启动成本很高、停产代价高昂、几乎不需要监视且维护选项较少的过程。
• 冗余设计的集功能
• 提高 I/O 的可用性：切换式 I/O 配置
• 也可使用具有标准可用性的 I/O：单侧配置
• 热后备：发生故障时，自动切换到备用设备。
• 包含 2 个单独机架或一个分隔式中央机架的配置
• 通过冗余 PROFIBUS DP 或系统冗余 PROFINET I/O 来连接切换式 I/O。

S7-400F/FH

• 故障安全型自动化系统，适用于具有很高安全要求的工厂
• 符合相关标准的安全要求（IEC 61508 的 SIL 3、DIN V 19250 的 AK6 以及EN 954-1 的 Cat.4）
• 如果需要，也可通过冗余设计来实现容错
• 不对安全相关 I/O 进行额外接线
• 通过采用 PROFIsafe 行规的 PROFIBUS DP 实现安全通信
• 基于带有故障安全模块的 S7-400H 和分布式 ET 200 I/O
• 适用于非安全相关应用的标准模块也可以在自动化系统中使用
• 隔离模块用于在一个 ET 200M 的安全模式下组合使用故障安全模块和标准模块。

SIMATIC S7-400H 由以下部件组成：

• 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 412-3H、1 个 CPU 414-4H 或 1 个 CPU 417-4H。
• 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。

*重要的功能始终采用冗余型设计。

I/O可以组态为常规可用性型和switched型。

常规可用I/O（单边组态）

在单边组态中，I/O模块为单通道设计，仅能由两个中央控制器中的一个来寻址。单边I/O模块可以插接

• 一个中央控制器和/或
• 扩展单元/分布式I/O设备

.

在I/O寻址设备工作正常的情况下，从单边读入的信息始终可以被两个中央控制器使用。在出现故障的情况下，受到影响的中央控制器的I/O模块将会停止工作。

单边组态用于：

• 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，系统必须具有一种对称设计。

增加可用性（倒换型配置）

在switched组态中，I/O模块为单通道设计，但是其寻址工作是由两个中央控制器通过冗余PROFIBUS DP完成。Switched I/O模块仅能插接

• 一个ET 200M分布式I/O设备

.

至中央控制器的连接通过PROFIBUS DP实现。此时，switched ET 200M连接至两个子单元上。

I/O 的冗余性

3.1版以及更高版本的操作系统均支持冗余I/O。

冗余 I/O 模块以冗余方式成对配置。使用冗余I/O可以实现可用性的*大化，因为这种工作模式能够容忍一个CPU、PROFIBUS或者信号模块出现故障。

配置选项

可进行下列配置：

• 针对单侧 DP 从站采用冗余 I/O
• 针对切换式 DP 从站采用冗余 I/O

适宜的 I/O 模块

彼此冗余的模块的类型必须相同，且采用相同的设计（例如，均为集中式或者均为分布式）。插槽不强制规定。不过，出于可用性原因，建议在不同的站中使用。关于可以使用哪些模块，请咨询用户支持部门或者参考相关手册。

FM 和 CP 的冗余

这两种不同的组态都可以以冗余方式使用功能模块（FM）和通信处理机（CP）：

• 切换冗余设计：
  功能模块（FM）/通信处理机（CP）可以成双地连接至单个ET 200M或者一个switched ET 200M。
• 双通道冗余设计：
  功能模块（FM）/通信处理机（CP）可以插接两个子单元或者子单元所连接的扩展单元（参见单边组态）。

此时可以不同方式取得模块的冗余性：

• 由用户编程：
  在功能模块和SIMATIC通信处理机上，总体上说，用户可以对其冗余功能进行编程。识别出主动模块，当检测到可能出现故障时启动切换操作。所需要的程序与用于配有冗余FM/CP的单个CPU的程序相一致：
• 由操作系统直接支持。
  对于SIMATIC NET-CP 443-1，冗余由操作系统直接支持。详细信息，参见下面的“通信”。