Контроллер SIMATIC S7-400

1. Архитектура и состав

2. Производительность и масштабирование

3. Классы и назначение контроллеров SIMATIC S7-400

4. Работа без остановки процесса

5. Инженерная среда и программирование

6. Области применения

SIMATIC S7-400 – это модульные программируемые логические контроллеры (ПЛК) компании Siemens, разработанные для построения сложных, многоузловых систем автоматизации управления в промышленности и энергетике. Контроллеры Siemens SIMATIC S7-400 предназначены для проектов среднего и высокого уровня сложности, где критически важны производительность, масштабируемость и длительный жизненный цикл.

S7-400 является стандартной аппаратной платформой для DCS-решений Siemens, в том числе распределительной систем управления SIMATIC PCS 7. Её сильные стороны — модульная архитектура, широкий выбор CPU под разные классы задач, развитые коммуникации и сервисные механизмы, позволяющие обслуживать и расширять систему без остановки технологического процесса.

Архитектура и состав

Контроллер S7-400 собирается на монтажной стойке:

• универсальная стойка UR;

• центральная стойка CR;

• стойка для расширения ER.

На стойку устанавливаются:

• центральный процессор (CPU) – отвечает за управление, диагностику и коммуникацию;

• блок(и) питания (PS) для шин и модулей, с опцией резервирования для повышения надежности;

• сигнальные модули (SM) дискретного и аналогового ввода-вывода для подключения датчиков и исполнительных механизмов;

• коммуникационные процессоры (CP) для подключения к Industrial Ethernet/PROFINET, PROFIBUS и через специализированные протоколы;

• функциональные модули (FM), выполняющие высокоскоростной счет, позиционирование, ПИД-регулирование и разгружающие центральный процессор.

Расширение системы выполняется через интерфейсные модули (IM): к центральной стойке подключаются дополнительные стойки, что позволяет распределять ввод-вывод внутри шкафа или по объекту. Для построения территориально-распределенных систем поддерживается подключение удалённых станций ввода-вывода ET 200 (например, ET 200M, ET 200SP) через промышленные сети PROFIBUS DP или PROFINET IO.

Производительность и масштабирование

Платформа покрывает чрезвычайно широкий диапазон задач: от автоматизации отдельных сложных установок с несколькими тысячами каналов до управления крупными технологическими комплексами с десятками тысяч точек ввода-вывода.

Производительность системы определяется выбранной CPU. Старшие модели (например, CPU 417-4) с объемом рабочей памяти до 16 МБ и временем обработки битовой операции менее 10 нс ориентированы на сложные алгоритмы и большие объемы данных. Поддержка мультипроцессорных конфигураций (до 4 CPU в одной стойке) позволяет эффективно разделять задачи управления между несколькими процессорами и повышать общую пропускную способность системы.

Классы и назначение контроллеров SIMATIC S7-400

У S7-400 нет отдельных серий, поскольку это единая модульная платформа. Классификация строится на различиях версий используемых центральных процессоров (CPU), ориентированных на разные задачи:

• CPU серий 412/414/416/417 – универсальный для решения стандартных задач по автоматизации. Модели с индексом PN/DP имеют встроенные интерфейсы PROFINET и PROFIBUS, за счет чего установка дополнительных коммуникационных модулей не обязательна;

• F-CPU (Fail-Safe) – специализированный процессор для систем функциональной безопасности. Позволяют реализовать функции безопасности уровня до SIL 3 по IEC 61508 в рамках единой аппаратной платформы с стандартным управлением, используя профиль PROFIsafe;

• H-CPU (High Availability) – процессор для систем S7-400H с «горячим» резервированием: два контроллера работают синхронно, и при отказе одного из них управление автоматически за десятки миллисекунд берет на себя на другой. Конфигурации FH объединяют резервирование и безопасность. В сочетании с F-Runtime лицензией H-CPU используются в отказоустойчивых системах безопасности S7-400FH.

Надёжная работа без остановки процесса

S7-400 проектировался для непрерывных производств, поэтому поддерживает ключевые сервисные технологии:

• Configuration in Run (CiR) – изменение конфигурации удалённого ввода-вывода и параметров модулей без остановки контроллера;

• «горячая» замена модулей SM/CP/FM в стойках и ET 200 под напряжением без остановки процесса (при соблюдении регламентов Siemens и без переключения нагрузки на заменяемом канале);

• глубокая диагностика – события фиксируются до уровня канала с временными метками в диагностическом буфере.

Для тяжелых условий эксплуатации предусмотрено исполнение контроллера SIPLUS S7-400 с расширенным температурным диапазоном (от –25 до 60 °C), защитой от конденсата и стойкостью к агрессивным атмосферам.

Инженерная среда и программирование

Настройка аппаратуры и программирование контроллера S7-400 выполняются в STEP 7 – оригинальной инженерной платформе Siemens для ПЛК, где выбирают состав модулей, задают их параметры и пишут программу управления.

Для обычных CPU S7-400 подходят две версии STEP 7: Classic (классическая среда) и TIA Portal (современная единая среда Siemens). А вот системы S7-400H и S7-400F/FH проектируют только в STEP 7 Classic V5.x, потому что именно там доступен полный набор функций для обеспечения резервирования и требуемого уровня безопасности. Если S7-400 используется как основа DCS-системы SIMATIC PCS 7, разработка ведётся в её собственной инженерной среде PCS 7, где применяются готовые сертифицированные блоки CFC/SFC для построения технологических алгоритмов.

Области применения

Контроллеры S7-400 используются в приложениях, где требуется бесперебойная работа и возможность развития системы без смены платформы:

• энергетика (ТЭЦ, АЭС, ГЭС, распределение энергии);

• нефтегазовая и химическая промышленность (технологические установки, магистральные трубопроводы) ;

• металлургия (станы, доменные и сталеплавильные цеха);

• крупные инфраструктурные объекты (насосные и очистные станции, транспортные узлы).