Обзор

• Программируемые контроллеры для построения систем автоматического управления с повышенными требованиями к безопасности их функционирования.
• Соответствие требованиям безопасности до уровня SIL 3 по IEC 61508, класса AK 6 по DIN V 19250 и категории 4 по EN 954-1.
• При необходимости использование резервированных структур.
• Применение распределенных систем ввода-вывода, построенных на основе сети PROFIBUS-DP, поддерживающей профиль PROFISafe.
• Использование компонентов систем автоматизации S7-400H и станций распределенного ввода-вывода ET 200M с модулями для систем автоматики безопасности и противоаварийной защиты (F-модулями).
• Применение стандартных модулей для решения стандартных задач автоматизации, не связанных с задачами противоаварийной защиты.
• Использование изолирующих модулей для разделения стандартных и F-модулей, устанавливаемых в одной станции ET 200M.

Область применения

Программируемые контроллеры S7-400F/FH предназначены для построения систем противоаварийной защиты, в которых возникновение отказов не влечет за собой появление опасности для жизни обслуживающего персонала и не приводит к загрязнению окружающей природной среды. Контроллеры выпускаются в двух модификациях:

• S7-400F:
  система противоаварийной защиты, в которой возникновение отказов приводит к переводу технологического оборудования в безопасные состояния и остановке производственного процесса.
• S7-400FH:
  резервированная система противоаварийной защиты, выполняющая функции системы S7-400F и обеспечивающая повышенную надежность функционирования автоматики безопасности. 

В системах, построенных на основе программируемых контроллеров S7-400F/FH, допускается комбинированное применение компонентов F-систем с компонентами стандартного исполнения. Это позволяет создавать системы автоматического управления, выполняющие функции стандартного управления по отношению к одной и функции противоаварийной защиты по отношению к другой части технологического оборудования. Для проектирования и обслуживания таких систем используется единый набор промышленного программного обеспечения.

До­пол­ни­тель­ную ин­фор­ма­цию вы мо­жете полу­чить за­гру­зив файл в фор­мате PDF (83039 байт).

Дизайн

В зависимости от требований безопасности, предъявляемых к конкретной системе автоматического управления, на основе программируемых контроллеров S7-400F/FH могут создаваться управляющие структуры различной степени сложности.

Одноканальная односторонняя конфигурация на основе S7-400F

Используется для построения систем противоаварийной защиты, в которых нет необходимости применять резервированные контроллеры. Такая система включает в свой состав:

• 1 центральный процессор CPU 414-4H, CPU 416F-2 или CPU 417-4H с Runtime лицензией.
• 1 линию PROFIBUS-DP.
• Станции ET 200M с одним интерфейсным модулем IM 153-2/IM 153-2 FO и ET 200S PROFIsafe.
• Сигнальные модули для построения F-систем, включаемые по обычным схемам (без резервирования).

При возникновении отказа технологическое оборудование переводится в безопасные состояния. Технологический процесс останавливается.

Переключаемая конфигурация на основе S7-400FH

Используется для построения систем противоаварийной защиты с повышенными требованиями к надежности. Такая система включает в свой состав:

• 2 центральных процессора CPU 414-4H или CPU 417-4H с Runtime лицензией.
• 2 линии PROFIBUS-DP.
• Станции ET 200M с двумя резервированными интерфейсными модулями IM 153-2/IM 153-2 FO.
• Сигнальные модули для построения отказоустойчивых систем, включаемые по обычным схемам (без резервирования).

При отказе активного центрального процессора управление передается резервному процессору, производится переключение на резервную линию PROFIBUS-DP, управление технологическим процессом не прерывается. Отказ станции распределенного ввода-вывода ET 200M сопровождается ее остановкой и переводом расположенных в ней сигнальных модулей в безопасные состояния.

Полное резервирование периферийных устройств на основе S7-400FH

Используется для построения систем противоаварийной защиты с полным резервированием всех ее компонентов. Такая система включает в свой состав:

• 2 центральных процессора CPU 414-4H или CPU 417-4H с Runtime лицензией.
• 2 линии PROFIBUS-DP.
• Станции ET 200M с двумя резервированными интерфейсными модулями IM 153-2/IM 153-2 FO в каждой, сгруппированные попарно.
• Сигнальные модули для построения отказоустойчивых систем, обеспечивающие резервирование каналов ввода-вывода.

При отказе активного центрального процессора управление передается резервному процессору, производится переключение на резервную линию PROFIBUS-DP, управление технологическим процессом не прерывается. Отказ станции распределенного ввода-вывода ET 200M сопровождается ее остановкой и включением в работу резервной станции ET 200M.

Промышленная связь

Обычная связь и связь повышенной надежности между контроллером и станциями распределенного ввода-вывода ET 200M осуществляется через сеть PROFIBUS. Для обеспечения надежной передачи данных в системах противоаварийной защиты разработан специальный профиль PROFIBUS - PROFIsafe. Этот профиль не требует использования дополнительных сетевых компонентов. Программное обеспечение поддержки этого профиля интегрируется в операционную систему аппаратных средств или поставляется в виде сертифицированного программного модуля для центрального процессора.

Использование изолирующего модуля

Применение изолирующего модуля в станциях ЕТ 200М позволяет получать целый ряд преимуществ:

• Для обмена данными между станциями ЕТ 200М и F-контроллером могут использоваться электрические каналы связи PROFIBUS DP. Оптические кабели в этом случае не нужны.
• В станциях ЕТ 200М могут использоваться любые типы интерфейсных модулей IM 153-x.
• В станциях ЕТ 200М может устанавливаться смешанный набор обычных и F-модулей ввода-вывода. 

В системах, отвечающих требованиям уровня безопасности SIL 2 и ниже, изолирующий модуль не нужен.

Функции

На основе программируемых контроллеров S7-400F/FH могут создаваться системы автоматики безопасности и противоаварийной защиты, отвечающие требованиям:

• Классов безопасности  AK1 … AK6 по DIN V 19250/ DIN V VDE 0801.
• Уровней безопасности SIL 1 … SIL 3 по IEC 61508.
• Категорий безопасности 1 … 4 по EN 954-1.

Принцип действия

Функции автоматики безопасности в S7-400F/FH реализуются F-программной центрального процессора и сигнальными F-модулями станций распределенного ввода-вывода.
Анализ расхождений входных и выходных сигналов F-системы выполняется на аппаратном уровне F-модулей.
Центральный процессор управляет ходом выполнения программы, выполняет функции самодиагностики, диагностики периферийных устройств, контроля длительности цикла. При выявлении ошибки все оборудование переводится в безопасные состояния. Выполнение F-секции программы прекращается полностью или частично. Программа выполнения функций стандартного управления продолжает работать

F-Runtime лицензия

Для каждого центрального процессора систем автоматизации S7-400F/FH необходима F-Runtime лицензия. Без этой лицензии центральные процессоры CPU 414-4H и CPU 417-4H могут использоваться только в программируемых контроллерах S7-400H.

Программирование

Программирование контроллеров S7-400F/FH выполняется теми же способами, что и обычных контроллеров S7-400. Однако программирование функций автоматики безопасности может быть выполнено только с использованием дополнительного программного обеспечения.

Дополнительное программное обеспечение для S7 F-систем

Для программирования систем противоаварийной защиты необходим дополнительный пакет „S7 F Systems“. Пакет содержит все необходимые функции и блоки для разработки программ противоаварийной защиты (F-программ). Для использования пакета „S7 F Systems“ программатор или компьютер должен быть оснащен следующим программным обеспечением

• STEP 7 v.5.1 или выше
• CFC v.5.23 или выше. 
• S7-SCL v.5.1 SP 1 or higher
• S7 H Systems v.5.1 (опциональное программное обеспечение для S7-400FH).

 Для разработки F-программы используются специальные функциональные блоки из F-библиотеки CFC. Разработка программ на языке CFC существенно ускоряет процесс проектирования, повышает его наглядность и позволяет решать все необходимые задачи без использования дополнительных инструментальных средств.