S7-400冗余系统

S7-400 硬冗余连接设置说明一. 简述S7-400H 是西门子提供的冗余PLC，为双机架硬件级热备产品，通过主、从两个机架，两套完整独立的系统，两套机架上的热备单元通过光纤通讯。

可以通过它的硬冗余功能，实现减少因故障或错误而导致的生产损失。

组态王支持与西门子S7-400H之间的通讯，针对西门子S7 414-4H PLC 硬冗余系统设计，采用TCP方式通讯。

1. 现场控制柜设备为两个机架上各一块414-4H CPU模块，光纤连接做CPU冗余；2. 每个机架配置一块CP443-1 以太网通讯模块，与上位工程师站以太网通讯卡连接做以太网冗余；组态王共为西门子的S7 系列PLC的以太网TCP协议设计开发两款驱动，分别为S7-TCP和S7-ProdaveIE ，可以与S7 全系列PLC以TCP方式通讯。

经过测试，组态王可以支持的通讯方式如：（√表示支持冗余，×表示不支持冗余，/ 表示工程师站中控制面板PG/PC Interface 不做配置）表冗余通讯方式支持程度测试表注：CP433网段单双指CP433的ip 地址是否在两个子网IP 段上。

如和为单网段，和为双网段1. 普通网卡+ S7-TCP 的适应支持能力最高，只需要在工程师站控制面板中为普通网卡配置相应网段信息，就可以完成S7 400H的单双网段，单双网卡冗余功能。

2. 普通网卡+ S7-ProdaveIE 需要在工程师站控制面板中配置PG/PC Interface 访问点能完成单网卡单双网段冗余。

3. CP-1613 + S7-ProdaveIE 在工程师站控制面板中配置PG/PC Interface 访问点后能完成单网卡，单网段冗余。

v1.0 可编辑可修改3 北京亚控科技发展有限公司以下各图为设备网络连接拓扑结构（普通网卡和 CP1613这里统称为通讯卡）：图 1 单通讯卡单网段连接方式图 2 单通讯卡双网段连接方式S7 400H S7 400H工程师站v1.0 可编辑可修改1. 在 STEP 7编程软件中对 S7-400 硬件系统进行组态 填加 SIMATIC H Station 及其中的 CPU 模块 和 CP 模块，实际设置以用户 配置为准，此处不再赘述。

一．所需软硬件：所需软件：STEP7 V5.4 SP3所需硬件：一套S7-400H PLC，包括：(1) 1个安装机架UR2-H(2) 2个电源模板PS 407 10A(3) 2个容错CPU，CPU414-4H或CPU 417-4H(4) 4个同步子模板(型号必须相同)(5) 2根光缆必备的附件，如PROFIBUS 屏蔽电缆及网络连接器等。

二．硬件安装（1）设置机架号CPU V3版本，通过同步子模板上的开关设置；CPU V4版本，通过CPU背板上的开关设置；CPU通电后此机架号生效。

（2）将同步子模板插到CPU板中。

（3）连接同步光缆将两个位于上部的同步子模板相连；将两个位于下部的同步子模板相连；在打开电源或启动系统之前要确保CPU的同步光缆已经连接。

同步光纤连接如图1所示：图1 S7-400H 同步光纤的连接三．通过STEP7进行硬件组态1．创建项目并组态S7-400H站在STEP7中新建一个项目，在“插入”菜单下的“站点”选项中选择SIMATIC H 站点，添加一个新的S7-400H的站，如图2所示：图2 创建项目和添加S7-400H站2. 配置硬件(1) 在S7-400H站目录下，双击“硬件”打开硬件配置；(2) 添加一个UR2-H机架，如图3所示：图3 添加UR2-H机架3. 配置电源和CPU，并设定CPU上PROFIBUS DP主站的地址，默认为2，如图4所示：图4 添加电源和S7-400H CPU4. 添加同步子模板到IF1和IF2槽位上,如图5所示：图5 添加同步子模块5）添加以太网网卡，设置MAC网络地址和IP地址，如图6所示：图6 添加以太网网卡并设置MAC地址和IP地址说明：通常采用以太网与WINCC6.0进行通讯。

6) 将机架0的硬件配置复制，粘贴机架1并调整网络参数，如：以太网的MAC地址等，在硬件组态中出现两个机架，如图7所示：图7 S7-400H硬件配置图四．CPU系统参数设置对于中央处理器单元只需对机架0上的CPU定CPU参数，所设定的数值将自动分配给机架1 上的CPU。

论西门子S7—400H冗余PLC系统的应用1、引言目前国内正在应用的煤粉喷吹系统，根据系统的布置可分为串罐喷吹和并罐喷吹两大类[2]，承钢各高炉采用的均为并罐喷吹系统。

承钢5号高炉喷煤系统由原煤贮运部分，干燥气制备部分，煤粉制备部分，煤粉收集存储部分，煤粉喷吹系统，供气系统（氮气、压缩空气）部分等6个子系统组成。

其中煤粉制备部分、和煤粉喷吹系统设备的稳定性将会影响高炉煤粉喷吹是否顺畅，因此这两个部分的自动化控制为高炉喷煤系统控制的关键所在。

2、西门子S7-400冗余PLC系统概述S7-400H冗余PLC系统属于SIMATIC S7系统系列，它完全利用了SIMATIC S7的所有优点[3]。

能满足对最先进可编程逻辑控制器在有效性、智能度和分布式方面的高要求。

系统提供了采集以及准备过程数据所需的所有功能，其中包括用于控制、开环控制以及监视机组和设备的功能。

S7-400H冗余PLC系统能够和所有其它SIMATIC组件，例如SIMATIC PCS7控制系统相协调地工作。

从控制室直到传感器和执行器的全集成系统是行业发展的必然结果，它能确保系统性能最优。

S7-400H的冗余结构包括电源模块、CPU模块、以太网模块、IM153模块和DP网络的冗余配置。

当工作主系统发生问题时，自动切换到从系统工作。

3、承钢5号高炉喷煤系统硬件配置结构承钢5号高炉喷煤原来采用4套非冗余的S7-400 PLC系统控制：供料系统、制粉A系统、制粉B系统和喷吹系统。

为了提升设备的稳定性，2015年9月份对自动化控制系统进行了升级改造，承钢5号高炉喷煤系统现用的硬件配置结构，如图1所示：主要包括S7-400H PLC系统、工业以太网和工控机系统。

3.1 S7-400H PLC系统承钢5号高炉喷煤系统搭建了2套S7-400H PLC系统，一套控制喷煤制粉系统，另一套控制喷吹系统。

两套PLC系统之间通过以太网进行通讯交换数据。

每一套PLC系统的单一的电源PC模块、CPU模块、以太网CP模块、ET200模块和DP网络发生故障，系统均会自动切换到从系统继续进行工作，不会导致设备停机故障的发生。

谈谈西门子 S7-400冗余控制的优势摘要：在本篇文章中，主要对西门子S7-400冗余PCL控制系统整体结构进行了简单的论述，提出了西门子S7-400冗余控制的基本优势以及总结了PLC系统维修方式，经过相关探究表明，科学合理的使用相关方式有利于将故障彻底排除，从根本上提升操作技能。

关键词：西门子S7-400；冗余控制优势当前阶段，西门子S7-400冗余控制系统因为优势极高而在工业领域内得到了普遍的应用，其功能特别强大，冗余设计和程序设计有着繁琐性特征，对于相关技能提出了十分严格的要求，在出现故障以后无法快速的定位和将故障彻底排除。

在本篇文章中简单论述了S7-400冗余控制系统整体结构，总结了该项系统的操作方式，将故障有效解决。

1、PLC的概念基于计算机和数字通信技术的创新和改进，计算机控制在所有工业领域内得到了普遍的应用。

当代社会明确要求制造行业快速对市场需求加以反应，生产出小批量和多品种以及质量较高的成本，为了与该项需求相符合，生产设备和自动生产线的控制系统应当体现出可靠性和灵活性的特征，可编程序控制器正是在这一要求的基础上形成的，以微处理器微为主的通用工业控制装置，可编程序控制器被简单称之为PLC，具备应用面积广、功能强大、使用便利等一系列特征。

可编程序控制器和有关设备都应当使工业控制系统形成十分统一的整体，正弦扩充功能的基本原则加以设计。

在发展领域中，PLC被广泛应用到了工业部门中，伴随着性能价格比的提升，应用范围随之拓展和延伸，比如PLC使用专门的指令或者运动控制模块，有效的控制直线运动或者圆周运动的位置，能够实现单独和多轴联动的位置控制，将运动控制和顺序控制功能全面结合到一起。

PLC运动控制功能被广泛用到了各项机械中，比如金属切削机床、金属成型机械等。

2、S7-400的组成结构以及特征体现S7-400是一项有着中高档性能的PLC，主要是采取模块化无风扇设计，适合应用可靠性要求非常高的复杂控制系统，机架用于对模块加以固定，提供模块工作电压和实现局部接地，通过信号总线把不同模块相互连接到一起，将S7-400的模块插座焊接到机架的总线连接板中。

S7-400H冗余系统硬件组态操作流程一．所需软硬件：所需软件：STEP7 V5.4 SP3所需硬件：一套S7-400H PLC，包括：(1) 1个安装机架UR2-H(2) 2个电源模板PS 407 10A(3) 2个容错CPU，CPU414-4H或CPU 417-4H(4) 4个同步子模板(型号必须相同)(5) 2根光缆必备的附件，如PROFIBUS 屏蔽电缆及网络连接器等。

二．硬件安装（1）设置机架号CPU V3版本，通过同步子模板上的开关设置；CPU V4版本，通过CPU背板上的开关设置；CPU通电后此机架号生效。

（2）将同步子模板插到CPU板中。

（3）连接同步光缆将两个位于上部的同步子模板相连；将两个位于下部的同步子模板相连；在打开电源或启动系统之前要确保CPU的同步光缆已经连接。

同步光纤连接如图1所示：图1 S7-400H 同步光纤的连接三．通过STEP7进行硬件组态1．创建项目并组态S7-400H站在STEP7中新建一个项目，在“插入”菜单下的“站点”选项中选择SIMATIC H 站点，添加一个新的S7-400H的站，如图2所示：图2 创建项目和添加S7-400H站2. 配置硬件(1) 在S7-400H站目录下，双击“硬件”打开硬件配置；(2) 添加一个UR2-H机架，如图3所示：图3 添加UR2-H机架3. 配置电源和CPU，并设定CPU上PROFIBUS DP主站的地址，默认为2，如图4所示：图4 添加电源和S7-400H CPU4. 添加同步子模板到IF1和IF2槽位上,如图5所示：图5 添加同步子模块5）添加以太网网卡，设置MAC网络地址和IP地址，如图6所示：图6 添加以太网网卡并设置MAC地址和IP地址说明：通常采用以太网与WINCC6.0进行通讯。

6) 将机架0的硬件配置复制，粘贴机架1并调整网络参数，如：以太网的MAC地址等，在硬件组态中出现两个机架，如图7所示：图7 S7-400H硬件配置图四．CPU系统参数设置对于中央处理器单元只需对机架0上的CPU定CPU参数，所设定的数值将自动分配给机架1 上的CPU。

S7400H冗余系统的配置
第一次做400冗余项目，很多问题有些不明白：
（1）400H冗余系统CPU电源模块PS407以及接口模块电源PS307如何配置？除了PS407需要2块外，一个扩展机架也同样需要两块PS307吗？输入电源需要独立开来吗？
（2）冗余系统如何与WINCC通讯，通过以太网交换机实现吗？
（2）冗余系统需要与全厂DCS通讯连接，采用冗余通讯光缆连接，在硬件上如何实现？
请帮忙解答一下！
最佳答案
1、电源如何配置？根据估算你的系统电源消耗来选择电源。

冗余系统的主/备系统的电源最好是独立的，这样应用各自的电源才能有冗余的功能。

如果共用一个电源，一旦电源故障，整个系统全瘫痪了。

2、可以通过以太网交换机实现。

3、冗余系统需要与全厂DCS通讯连接，采用冗余通讯光缆连接，在硬件上如何实现？
最可靠的是采用冗余的环网。

见：
《西门子交换机SCALANCEX冗余环网快速入门》下
载：
/download/SearchResult.aspx?sea rchText=A0124。

1. s7-400h冗余控制PLC的概念s7-400h冗余控制PLC是一种高可靠性的工业控制设备，它可以在系统出现故障时自动切换到备用设备，确保系统的持续运行。

它广泛应用于电力、石化、冶金等领域，对系统的稳定性和可靠性要求较高。

2. s7-400h冗余控制PLC的结构s7-400h冗余控制PLC由主控制器和备用控制器组成，两者通过专门的通信模块进行数据交换。

在正常情况下，主控制器负责系统的控制和运行，备用控制器处于待机状态。

一旦主控制器发生故障，备用控制器可以自动接管系统的控制，实现冗余控制。

3. s7-400h冗余控制PLC的工作原理当系统处于正常工作状态时，所有的输入信号都由主控制器进行处理，并输出相应的控制信号。

备用控制器与主控制器保持同步，监视主控制器的运行状态。

一旦主控制器发生故障或失去响应，备用控制器将立即接管系统的控制，并通知操作人员进行相应的处理。

4. s7-400h冗余控制PLC的数据同步为了确保备用控制器能够顺利接管系统的控制，s7-400h冗余控制PLC采用了双重数据同步机制。

即主控制器和备用控制器之间通过专门的通信模块进行数据交换，并相互监视对方的运行状态。

这样可以确保备用控制器始终与主控制器保持同步，一旦需要接管系统的控制，可以做到无缝切换。

5. s7-400h冗余控制PLC的故障检测与恢复除了自身的故障检测功能外，s7-400h冗余控制PLC还具有对外部设备故障的检测功能。

一旦外部设备出现故障，备用控制器可以及时发现并采取相应的措施，保证系统的稳定运行。

一旦故障被排除，系统可以实现自动恢复，无需人工干预。

6. s7-400h冗余控制PLC的应用s7-400h冗余控制PLC广泛应用于电力系统、冶金系统、石化系统等对系统稳定性和可靠性要求较高的领域。

它不仅可以提高系统的可靠性，减少故障对生产造成的影响，而且还可以大大降低维护成本和维护时间。

7. 结语s7-400h冗余控制PLC作为一种高可靠性的工业控制设备，其工作原理和应用具有重要的意义。

S7-400冗余系统组态S7-400 H硬件组态以例子的形式介绍S7-400H系统的组态过程2.1 例子所需硬件和软件硬件：一套S7-400H PLC，包括(1) 1个安装机架UR2-H(2) 2个电源模板PS 407 10A(3) 2个容错CPU，CPU414-4H或CPU 417-4H(4) 4个同步子模板(5) 2根光缆一个ET200M分布式I/O 设备，包括(6) 2个IM 153-2(7) 1个数字量输入模板(8) 1个数字量输出模板必备的附件，如PROFIBUS 屏蔽电缆及网络连接器等。

软件：STEP 7 V5.3 SP2标准版(已集成冗余选件包)或更高版本。

2.2硬件安装（1）设置机架号CPU V3版本，通过同步子模板上的开关设置；CPU V4版本，通过CPU背板上的开关设置；CPU通电后此机架号生效。

（2）将同步子模板插到CPU板中。

（3）连接同步光缆将两个位于上部的同步子模板相连；将两个位于下部的同步子模板相连；在打开电源或启动系统之前要确保CPU的同步光缆已经连接。

同步光纤的连接如图2－1所示：图2－1 S7-400H 同步光纤的连接（4）组态分布式I/O站ET200M ，使其作为具有切换功能的DP从站。

（5）将编程器连到第一个容错CPU（CPU0）上，此CPU 为S7-400H 的主CPU。

（6）通电后CPU自检查CPU第一次通电时，将执行一次RAM 检测工作，约需3分钟。

这段时间内CPU 不接收通过MPI接口来的数据，并且STOP LED 灯闪烁。

如果有备用电池，再次通电时不再做此项检查工作。

（7）启动CPU装入程序后执行一个热启动操作：首先启动主CPU ，然后启动热备CPU。

2.3 使用STEP 7 进行组态2.3.1创建项目组态S7-400H在STEP7中新建一个项目，在Insert菜单下的Station选项中选择SIMATIC H Station，添加一个新的S7-400H的站，如图2－2所示：图2－2 创建项目和添加S7-400H站2.3.2 配置硬件（1）在S7-400H站目录下双击Hardware打开硬件配置。

冗余系统中S7-400H冗余控制器的兼容性1. S7-400H冗余控制器概述在许多自动化领域中，对自动化系统的可用性的需求越来越高。

特别是在工厂停产将造成巨大损失的领域中。

在这种情况下，只有冗余系统才符合所需的可用性标准。

高可用性SIMATIC S7-400H可以满足这些要求，即使在一个或多个故障导致部分系统失灵的情况下，也能照常继续运行。

1.1 S7-400H冗余系统的典型组成S7-400H的典型组成如下图所示。

图1 典型的S7-400H冗余系统一个典型的冗余系统中包括：□ 1个UR2-H机架（或者2个独立的UR1/UR2机架）□ 2个S7-400H CPU模块（完全一致）□ 2个PS电源模块（也可以选择2×2的冗余配置）□ 2根同步光纤和4个同步模块□ 2个CP443-1以太网通讯模块□ 2个相同大小的RAM存储卡（或FLASH存储卡）1.2 现有的各种类型S7-400H冗余控制器及供货情况冗余系统中S7-400H CPU包括412-3H、414-4H、417-4H三种型号，目前控制器最新的固件版本是V4.5。

表1 各种类型冗余控制器及供货情况注：产品取消——只能在更换故障零件时才能够订购该产品，并且订购时必须返还故障的模块。

1.3 S7-400H冗余控制器主要参数的对比1.3.1 最新冗余控制器的参数对比V4.5版本的CPU 414-4H和CPU 417-4H对比之前版本的CPU，工作存储器更大，运行速度更快，增加了更多新的功能。

最新推出的CPU 412-3H则弥补了低成本冗余型CPU的空缺。

下表列出了当前不同型号的冗余控制器之间的主要参数对比。

表2 最新冗余控制器的参数对比1.3.2 各类型冗余控制器的新旧版本对比新版本的冗余控制器在很多方面的性能都优于旧版本的冗余控制器。

下面列出一些主要参数在新旧版本中的对比。

414-4H CPU各版本的主要数据对比。

表3 414-4H CPU各版本的主要数据对比417-4H CPU各版本的主要数据对比。

SIEMENS S7-400 PLC软冗余的实现1、硬件配置本系统PLC主控制器部分选用S7-412-2DP，由于412系列不支持硬冗余，因此我方采用软冗余的方式实现主从的零切换，具体方法详细说明如下：（1） 建立一个两个S7-400站的项目（StationA and StationB）打开StationA （2） 硬件配置中选择模块背板（3） 在背板中依次插入PS，CPU和CP模件（4） 打开 Station B 重复步骤（2）（3）（5） 将IM153-2拖到DP MASTER SYSTEM上（6） 插入ET200M IO模块、（7） 如有多个分散IO站，重复步骤（5）（6）（8） 复制已配置完的DP分支到第二个站的DP MASTER SYSTEM上硬件配置组态原则：（1） 两个站的本地硬件配置必须完全一致（2） 必须从第一个站复制到第二个站（3） 如果一个满足则执行EDIT-Insert Redandant COPY这样可以保证外围设备的地址的一致性2、网络组态（1） 在软件冗余系统中有哪些网络a、两个站之间的网络连接可通过MPI、Profibusb、DP MASTER SYSTEM和ET200M是通过Profibus-DP连接的，这个网络是用于主站和IO进行数据通讯的（2） 两个站之间的数据交换网络：主站到预备单元的数据传输可通过MPI、Profibus和工业以太网，该项目中通过通信模块用Profibus实现的（3） 建立一个Profibus网络（4） 连接A站CP到Profibus网，选择一个节点地址；（如：Profibus address 3）（5） 连接B站CP到Profibus网，选择一个节点地址；（如：Profibus address 4）（6） IO设备的Profibus网，本地ET200M模块有两个DP口，一个接A站，另一个接B站。

a、建立两个Profibus-DP网络；b、选A站DP口连接到第一个DP网络；c、选B站CPU连接到第二个DP网；d、从硬件目录中选择IM153-2；3、组态一个连结（1） 从SIMATIC MANANGER切换到Network view（2） 选择View-DP Slaves（3） 选中A站的CPU点击右键，插入一个新的链接，选择FDL Connection，点击应用，弹出链接属性窗口，记录链接的ID，存盘编译网络组态。

一．所需软硬件：所需软件：STEP7 V5.4 SP3所需硬件：一套S7-400H PLC，包括：(1) 1个安装机架UR2-H(2) 2个电源模板PS 407 10A(3) 2个容错CPU，CPU414-4H或CPU 417-4H(4) 4个同步子模板(型号必须相同)(5) 2根光缆必备的附件，如PROFIBUS 屏蔽电缆及网络连接器等。

二．硬件安装（1）设置机架号CPU V3版本，通过同步子模板上的开关设置；CPU V4版本，通过CPU背板上的开关设置；CPU通电后此机架号生效。

（2）将同步子模板插到CPU板中。

（3）连接同步光缆将两个位于上部的同步子模板相连；将两个位于下部的同步子模板相连；在打开电源或启动系统之前要确保CPU的同步光缆已经连接。

同步光纤连接如图1所示：图1 S7-400H 同步光纤的连接三．通过STEP7进行硬件组态1．创建项目并组态S7-400H站在STEP7中新建一个项目，在“插入”菜单下的“站点”选项中选择SIMATIC H 站点，添加一个新的S7-400H的站，如图2所示：图2 创建项目和添加S7-400H站2. 配置硬件(1) 在S7-400H站目录下，双击“硬件”打开硬件配置；(2) 添加一个UR2-H机架，如图3所示：图3 添加UR2-H机架3. 配置电源和CPU，并设定CPU上PROFIBUS DP主站的地址，默认为2，如图4所示：图4 添加电源和S7-400H CPU 4. 添加同步子模板到IF1和IF2槽位上,如图5所示：图5 添加同步子模块5）添加以太网网卡，设置MAC网络地址和IP地址，如图6所示：图6 添加以太网网卡并设置MAC地址和IP地址说明：通常采用以太网与WINCC6.0进行通讯。

6) 将机架0的硬件配置复制，粘贴机架1并调整网络参数，如：以太网的MAC地址等，在硬件组态中出现两个机架，如图7所示：图7 S7-400H硬件配置图四．CPU系统参数设置对于中央处理器单元只需对机架0上的CPU定CPU参数，所设定的数值将自动分配给机架1 上的CPU。

技术支持与服务/互动社区/网上课堂/可编程控制器(PLC)400H 使用入门1 配置要求2.1 安装硬件的步骤3 容错系统的故障响应举例3.1 例1：CPU或电源故障本向导介绍了如何调试一个S7-400H可编程控制器的步骤。

整个过程可能需要一到两个小时，这主要取决于你的经验。

1 配置要求下面条件必须满足：软件：STEP 7 和 S7 Fault-Tolerant System 选件硬件：一个S7-400H PLC，包括：一个机架，UR2-H两个电源，PS 407 10A两个容错CPU (CPU 414-4H 或 CPU 417-4H)四个同步子模块两根同步光纤一个带主动背板总线的ET 200M分布式I/O设备，包括：两个IM 153-2一个数字量输入模块，SM 321 DI 16 x DC24V一个数字量输出模块，SM 322 DI 16 x DC24V必要的附件（比如PROFIBUS 屏蔽电缆） Top2 组态硬件和启动S7-400H2.1 安装如图硬件的步骤1.按照硬件安装手册所述，配置S7-400H 的两个子单元。

额外要注意的是：通过设置同步子模块的开关来确定机架号。

这一设置只有在CPU上电并内存复位后才会生效。

机架号设置得不正确会导致不能在线访问 C PU和CPU工作不正常插入同步子模块后一定要把前盖板上的螺丝拧紧以激活它们。

连接光纤（上面和上面连，下面和下面连），小心放置以免损坏，最好分开不会相互干扰。

如果在启动系统时光纤还没到位，两个CPU都会把自己当作主站。

2．按照ET200M Distributed I/O Device 手册配置分布式I/O。

3．连接编程设备到作为S7-400H 的主CPU 的CPU0。

4．上电之后会有一个严格的RAM自检。

每兆需要大约8秒。

在此期间C PU无法访问，STOP 灯闪烁。

第2/4页5．用模式开关为两个CPU执行一次内存复位，它会把同步模块上的机架设定读到CPU的操作系统中去。