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SIMATIC S7-400H

SIMATIC S7-400H. Fault Tolerant Automation System. Motivation for the use of H-PLC Systems. Expensive downtimes or processing of valuable material High restart costs after control failure Operation without monitoring or maintenance personal. Application fields. Overview.

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SIMATIC S7-400H

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Presentation Transcript

  1. SIMATIC S7-400H Fault Tolerant Automation System

  2. Motivation for the use of H-PLC Systems • Expensive downtimes or processing of valuable material • High restart costs after control failure • Operation without monitoring or maintenance personal Application fields Overview Redundany Features Configuration Communication Ordering

  3. Energie Pipeline, Offshore et Central Thermique • Chimie, Petrochimie, Pharmacie • Industrie minière • Environnement Traitement des eaux, Incinération des déchets • Transport Gestion Tunnel Construction naval • Industrie du verre • Industrie alimentaire AUTOMATE S7-400HDomaines d‘application

  4. Clients Parallel Redundancy Server Parallel Redundancy SW-Redundanz Warm-Standby Red. IM 153 Red. DP-Bus High AvailabilityOverview Application fields Supervisiory level Overview Redundany Features PC-Network/Terminalbus Configuration Communication Ordering High available Communication Process level PROFIBUS / Ethernet Medium-Redundancy Red. PS S7-400H H-CPUs Hot-Standby Red. IM 157 ET 200M Field level Red. IM 153 Red. DP-Bus

  5. Terminologie Buts Réaction H (High availability) Eviter les arrêts de production quelque soit l ’élément qui tombe en défaut. Dans le cas d ’un défaut sur le système actif, celui-ci va basculer automatiquement sur le second système Disponibilité Dans le cas d ’un défaut le système se place en état de sécurité F (Failsafe) Eviter les dégats, corporels, sur le matériel ou l ’environnement Sécurité F H H F Eviter les arrêts de production Et éviter les dégats, corporels, sur le matériel ou l ’environnement Dans le cas d ’un défaut dans la partie dite de sécurité le système se place en état de sécurité pour cette partie là, le reste de l ’installation continue de fonctionner ou Sécurité ET Disponibilité Definitions

  6. m-v-n A R A B 1-v-2 1 1-v-2 2oo2 A B C 2oo2 Hot-Standby = automatic switch in ms-range Warm-Standby = automatic switch in second range High availability m-from-n high availability and fail-safe A B  2-v-2 A R 1-v-2 1oo2 HW or SW Voting 2oo2 Cold-stand-by = manuel switch Fail-safe Redundancy Principles Redundancy with Application fields Overview identical components(homogenous redundancy) different components(Diversified redundancy) Not used with SIMATIC Redundany Features redundancy- principle S7-400H Configuration Communication majority redundancy passive redundancy active redundancy Ordering

  7. PS PS CPU CPU BI BI DO BO AI AI AO AO CP CP I M I M BI BO A I A O F M Architecture Synchronisation, Data and State Exchange Application fields Overview Redundany Features Configuration Communication Ordering Process

  8. Highlights S7-400H:Complete SIMATIC System Integration • User hidden redundancy • Transparent programming (programming same as non-redundant systems) • Easy system parameterisation with option package • Handling like non-redundant systems • All standard programming languages can be used without limitation • Use of standard components (I/O, CP, FM) • Hardware platform for F/FH systems Application fields Overview Redundany Features Configuration Communication Ordering

  9. Event- Synchronisation Clock- Synchronisation Without Synchronisation Cycle- Synchronisation Time- Synchronisation CPU B CPU A CPU A CPU B CPU B CPU A CPU B CPU A Synchronisation Principle Application fields Overview Redundany Features Configuration Communication Ordering

  10. Synchronisation évènementielle (Brevet Siemens) Partial PLC B Partial PLC A Teil-AG B Principe de la synchronisation évènementielle • Définition Les CPU‘s se synchronisent sur toute instruction dont l‘exécution pourrait conduire à des branches de programmes différentes dans chaque CPU • Cette fonction est prise en charge par le firmware des CPU‘s • Points de synchronisation • Mise à jour de la MIE • Accès direct à la périphérie • Interruptions,alarmes • Evaluation des temporisations • Echanges des données lors de fonctions de communications

  11. Synchronization, Information and Status Exchange PS C P U PS C P U A I 10.0 A I 10.0 S O 8.0 S O 8.0 : : : : Synchronisation Value L PEW100 L PEW100 Acknowledge L DW 10 L DW 10 + F Synchronisation T PAW130 L DW 12 + F Synchronisation évènementielleExemple de déroulement de fonctionnement

  12. CPU 0 CPU 1 Self test Self test PII switched and PII switched and one-sided PII Exchange one-sided Alarms, Diagnostic OB Alarms, Diagnostic OB OB 1 synch. synch. 1 synch. 1 synch. 2 synch. 2 synch. synch. synch. User program User program n n PIQ Comparison PIQ switched and one-sided PIQ switched, one-sided Event SynchronisationCycle Application fields Overview Redundany Features Configuration Communication Ordering

  13. Event SynchronisationCustomer Advantages • Transparent Programming • All command from standard can be used • User program directly portable from standard CPU to H CPU and back • All standard SIMATIC S7 programming languages can be used • Guaranteed bumpless Switch-Over • Quick Switch-Over time • No loss of information • No loss of alarms Application fields Overview Redundany Features Configuration Communication Ordering

  14. Self Test • What is tested • CPU (Processor, ASIC) • Memory • Synchronisation connection Application fields Overview Redundany Features Configuration Communication Ordering

  15. Self testOrganization • Start-up self test • Complete test • When errors occur, the CPU goes to the state „defect“ • Self test in cycle operation • Runs in background • The entire test is distributed over multiple cycles • Runs completely through during a time that can be parameterized (default value 90mn) Application fields Overview Redundany Features Configuration Communication Ordering

  16. MPI/DP Automate H : 1 seul point d’entrée PG/PC pour configuration chargement de programme modification en ligne , etc...

  17. Profibus/Ethernet MPI/DP MPI ProgrammingConnection Examples Application fields Overview Redundany Features Configuration Communication Ordering

  18. Programming Online Program Corrections • Fully online programming through a CPU • the program is automatically copied to the redundant CPU Application fields Overview Redundany Features Configuration Communication Ordering

  19. Online Repair • S7-400 Components • I/O and CP can be exchanged in RUN mode • IM and CPU via Power off • exchanged CPU is automatically updated after power ON • Sync-Modules • PS • Standard PV via power off • Redundant PS in RUN mode • DP Components • IM 153-2 in RUN mode • I/O modules can be exchanged in RUN mode Application fields Overview Redundany Features Configuration Communication Ordering

  20. Alimentation Redondante P S P S P S P S P S P S C P U C P U C P U P S P S C P U SV SV SV SV 2 Châssis Standard UR1/UR2 P-Bus P-Bus P-Bus P-Bus K-Bus K-Bus K-Bus K-Bus Alimentation Redondante Châssis de base divisé UR2-H AUTOMATE S7-400HConfiguration de base

  21. CPU 417H CPU 417H X 2 X 2 3 4 3 4 Sync-Module Redundancy Module Redundancy Module Liaison FO Haute vitesse X 2 X 2 3 4 3 4 Redundancy Module Redundancy Module X 2 X 2 3 4 3 4 AUTOMATE S7-400HCPU Redondantes • CPU 417-H/414-H avec 4 • interfaces integrés: • 2 Modules de synchro • 1 Interface DP • 1 Interface MPI/DP

  22. CPU 417H X 2 3 4 Sync-Module X 2 3 4 Sync-Module X 2 3 4 ConfigurationCPU • CPUs • High end: CPU 417H (4MB expandable to 20MB) • Mid mrange: CPU 414H (768KB) • 4 integrated interfaces • Sync-Module • Sync-Module • DP • MPI/DP Application fields Overview Redundany Features Configuration Communication Ordering

  23. Entrées/Sorties Monovoie Redondante standard Disponibilité Haute Disponibilité Redondance des Entrées,Sorties 1 canal 2 canaux Commutée (en préparation)

  24. Redundant IM 153-2 Profibus-DP L+ ET 200M with active backplane bus L+ Special bus module (BM) IM Active backplane bus IM I/O ConfigurationRedundant PROFIBUS Application fields Overview Redundany Features Configuration Communication Ordering Available as separate components IM: 6ES7 153-2AA02-0XB0 BM: 6ES7 195-7HD00-0XA0 or as Bundle (2 x IM + 1 BM) 6ES7 153-2AR00-0XA0

  25. Fonctionnement d‘un API HRéseaux redondants,périphérie commune • Les deux CPU‘s sont actives • Lecture des entrées Les deux CPU‘s lisent les entrées et la MIE est constituée à partir des coupleurs actifs • Ecriture des sorties • - Les deux CPU‘s transfèrent la MIS sur les coupleurs. • - Les coupleurs actifs transmettent la MIS sur les sorties.

  26. Profibus-DP IM 157 (DP PA Link) DP PA Coupler I/O ConfigurationConnection of PROFIBUS PA via DP/PA Link Application fields Overview Redundany Features Configuration Communication Ordering

  27. 2xIM 157 Y-Link I/O ConfigurationConnection of single DP slaves via Y Link Application fields Overview Redundany Features Configuration Communication Ordering

  28. Profibus-DP PzP Kommunikation CP 341 Single controller CommunicationConfiguration of single Communication Application fields Overview Redundany Features Configuration Communication Ordering

  29. Active Connection Reserve Connection High Available CommunicationPrinciple • The communication switches automatically from the active to the reserve connection after a fault • Active + Reserve Connection =H Connection Application fields Overview Redundany Features Configuration Communication Ordering

  30. High Available CommunicationConfiguration of the connections • Active and reserve connections are automatically offered by the HW configuration tool • H connections can be created between H stations, one-channel H-CPUs and PC stations (on PC Redconnect package required). Application fields Overview Redundany Features Configuration Communication Ordering

  31. Communication Haute disponibilité API S7-400H avec CPU 417H dans un chassis UR2-H avec liaison redondante PROFIBUS-DP Périphérie commutée/ Redondante Peripherie IM153-2 avec châssis Actif ! Peripherie IM153-2 avec châssis Actif ! AUTOMATE S7-400HConfiguration :CPU et réseaux redondants Superviseur avec Soft de Redondance S7 Red-Connect

  32. Redconnect Ethernet H-CPU im Single Mode PS CPU CP Bus CP CPU PS PS CPU CP Bus CP CPU PS High Available CommunicationConfiguration with redundant Bus Application fields Overview Redundany Features Configuration Communication Ordering Redundancy Diagram

  33. Redconnect H-CPU in Single Mode CP CP PS CPU CPU PS Bus CP CP CP CP Bus PS CPU CPU PS CP CP High Available Communication - Configuration with redundant Bus and redundant CP Application fields Overview Ethernet Redundany Features Configuration Communication Ordering Redundancy Diagram

  34. Redconnect Ethernet S7-400H S7-400H H-CPU in Single Mode PS CPU CP CP CPU PS Bus PS CPU CP CP CPU PS High Available CommunicationConfiguration with single Bus Application fields Overview Redundany Features Configuration Communication Ordering Redundancy Diagram:

  35. Redconnect Redundant optical Ringbus S7-400H S7-400H H-CPU im Single Mode PS CPU CP Bus CP CPU PS PS CPU CP Bus CP CPU PS High Available CommunicationConfiguration with optical Ringbus Application fields Overview Redundany Features Configuration Communication Ordering Redundancy Diagram

  36. Haute DisponibilitéAutomate Redondant • Prix + élevé que Api standard. • Hautes performances, Solution Haute disponibilité (Hot stand-by) avec Firmware H. • Utilisation de périphérie décentralisée standard. • Pas de programme applicatif (firmware uniquement) • Fonctions transparentes (on-line). • Redondance : • temps de basculement Maître-Réserve de l‘ordre de la ms, • Alimentations, Unités centrales, Périphérie d‘entrées/sorties, coupleurs réseaux, modules technologiques.

  37. Totally Integrated Automation avec SIMATIC S7- 400H Automatisation

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