西門子CPU 414F故障安全型

概述

• 用于構建故障安全型自動化系統，提高工廠的安全性

• 滿足中等規模要求中有較高要求的CPU

• 可應用在對程序和處理速度又額外要求的應用中．

• 安全等級可達 SIL 3 (IEC 61508) 和 PL e (ISO 13849.1)

• 通過一個 CPU 即可勝任標準任務和安全任務

• CPU 414F-3 PN/DP 中的集成 PROFINET 功能

• 允許多處理器模式

• 通過采用 PROFIsafe 行規的 PROFIBUS DP 或 PROFINET IO 與分布式 I/O 設備進行安全通信

• 故障安全 I/O 模塊可通過集成接口（帶 CPU 416F-3 PN/DP 的 DP 和 PN）和/或通過通信模塊（CP 443-5 Extended 和 CP 443-1 Adv.）進行分布式連接

• 標準模塊的集中式和分布式使用，可滿足非故障安全的應用

應用

CPU 414F-3 PN/DP 是一款可滿足中等性能范圍中有較高要求的 CPU。他們可以滿足對程序容量和處理速度有較高要求的應用．故障安全型自動化系統設計，可提高工廠的安全需求。

集成 PROFIBUS DP 接口使其能夠作為主站或從站直接連接到 PROFIBUS DP 現場總線。

可通過 IF 964-DP 接口模塊連接一個附加的 DP 主站系統。

對于 CPU 414F-3 PN/DP 的 PROFINET 接口，其交換機功能允許外部訪問兩個 PROFINET 端口。除分層網絡拓撲結構之外，還可以在新型 S7-400 控制器中創建總線形結構。

注：
只能使用 6ES7964-2AA04-0AB0 接口模塊。

設計

CPU 414-3 PN/DP 的配置如下：

• 功能強大的處理器：
  CPU 執行每條二進制指令時間僅為 0.045 μs。

• 4 MB RAM（其中程序和數據各使用 2 MB）；
  用于執行用戶程序的快速 RAM。

• 靈活擴展：
  多達 131072 點數字量和 81932 點模擬量輸入/輸出。

• MPI 多點接口：
  通過 MPI，可在高達 12 Mbit/s 的數據傳輸速率下，建立包含最多 32 個站的簡單網絡。 CPU 可與通信總線（C 總線）和 MPI 的站建立最多 32 個連接。

• 模式選擇開關：
  撥動開關設計。

• 診斷緩沖區：
  最后的故障和中斷事件保存在一個環形緩沖器中，用于進行診斷。可以對輸入數目進行設定。

• 實時時鐘：
  日期和時間附加在 CPU 的診斷消息后面。

• 存儲卡：
  用于對集成的裝載存儲器進行擴展。存儲在裝載存儲器中的信息包括 S7-400 參數數據以及程序，因此需要 2 倍的存儲空間。其結果是：
  

• 內置的裝載存儲器不能滿足大程序量的要求，因此需要存儲卡?？墒褂?RAM 和 FEPROM 卡。

• PROFIBUS-DP 接口和組合的MPI/DP 接口：
  通過 PROFIBUS DP 主站接口，可以實現分布式自動化組態，從而提高了速度，便于使用。對用戶來說,分布式I/O單元可作為一個集中式單元來處理(相同的組態、編址和編程).
  混合組態：SIMATIC S5和SIMATIC S7可以作為PROFIBUS主站符合EN 50170規范。

• 附加模塊插槽：
  可用 IF 964-DP 接口子模板進行連接到一個附加的 PROFIBUS DP 主站系統。

• PROFINET 接口，帶 2 個端口（交換機）：
  

• PROFINET I/O，可連接 256 個 IO 設備

• PROFINET CBA（基于組件的自動化）

功能

• 塊保護：
  通過密碼保護用戶程序，未經無法訪問。

• 集成 HMI 服務:
  對于 HMI 設備，用戶只需數據源和數據目標。數據將由程序自動循環傳輸。

• 集成通信功能：

• 編程器/OP 通信

• 全局數據通信

• S7 基本通信

• S7 通信

• 通過網絡更新固件

• 通過 TCP/IP、UDP 和 ISO-on-TCP (RFC1006) 進行開放式通信

• 在基于組件的自動化中實現分布式智能系統 (PROFINET)

• 通過集成的 web 服務器獲得附加診斷功能

可參數化的特性

可使用 STEP 7 工具“Hardware Configuration”對 S7-400（包括 CPU）的性能和響應進行編程，如：

• MPI 多點接口：

• 定義站地址。

• 啟動/循環行為。

• 定義循環時間和通信負荷。

• 地址分配：
  I/O 模塊的編址。

• 保持區域：
  定義具有保持特性的位存儲器、計數器、定時器、數據塊和時鐘存儲器的數量。

• 過程映像，局部數據的大小。

• 診斷緩存區的長度。

• 保護等級：
  定義程序和數據訪問。

• 系統診斷：
  定義診斷報文的處理及范圍。

• 循環中斷：
  設定周期。

• PROFINET 接口

• 通過 NTP 協議對時間同步進行參數化

顯示功能與信息功能

• 狀態和故障指示燈：
  LED 可指示出內部和外部故障和運行狀態，如 RUN（運行）、STOP（停止）、調試和測試功能等。

• 測試功能：
  可使用編程設備顯示程序執行中的信號狀態，不考慮用戶程序而修改過程變量，輸出堆棧存儲器的內容，運行各個程序步驟，并禁用程序組件。

• 信息功能：
  用戶可獲取有關 CPU 的存儲器容量和運行模式以及 RAM 和裝載存儲器的當前利用率方面的信息。

通信

控制器與故障安全 ET 200 模塊之間的安全通信和標準通信是通過 PROFIBUS DP 和/或 PROFINET 完成的。通過特別開發的 PROFIBUS profile PROFIsafe，可以在標準數據報文中傳輸帶有安全功能的用戶數據。無需其它硬件組件（例如專用安全總線）。必要的軟件已經或者作為擴展集成在硬件組件之中，或者作為認證軟件塊重載至CPU內。

操作模式

F-CPU 的安全功能包含在 CPU 的 F 程序中以及故障安全信號模塊中。

信號模塊采用差異分析方法和測試信號注入技術實現輸出和輸入信號的監控。

借助周期性自檢、指令檢測、程序邏輯檢測和程序順序流檢測等方法，CPU可以檢測控制器是否工作正常。此外，通過“活躍標志（sign-of-life）”請求，還可以對I/O進行檢測。

若判定系統中存在故障，則將該系統切換至安全狀態。

CPU 414F-3 PN/DP 的運行不需要 F 運行版。

編程

CPU 414F-3 PN/DP 的編程方法與 SIMATIC S7 系統的編程方法相同． 使用現場實證過的編程工具，例如STEP 7，創建用于非故障安全工廠區段的用戶程序。

選件包 SIMATIC S7 Distributed Safety (Classic) 和SIMATIC Safety Advanced V12 (TIA Portal V12)

STEP 7 選件包“SIMATIC S7 Distributed Safety”(Classic) 或 SIMATIC Safety Advanced V12 (TIA Portal V12) 用于對與安全型程序段進行編程。選件包中包括所有用來創建 F 程序的所有功能和塊。

具有安全功能的 F 程序以 F_FBD 或 F-LAD 方式進行連接，或利用 F 功能庫中的特殊功能數據塊進行連接。使用 F FBD 或 F LAD 可提供跨系統的統一表示，因而簡化系統的組態和編程以及驗收測試。無需借助額外的功具，程序員就可以專注于編制安全相關的應用程序。

技術規范