CPU CENTRAL UNIT 6ES7412-3HJ14-0AB0 6ES7 412-3HJ14-0AB0 6ES7412-3HJ14-OABO

Siemens 6ES7412-3HJ14-0AB0 | SIMATIC S7-400H CPU 412-3H — หน่วยประมวลผลกลางความพร้อมใช้งานสูงแบบซ้ำซ้อน, หน่วยความจำ 768KB, 1 MPI/DP + 2 อินเทอร์เฟซ Sync, S7-400H และ S7-400F/FH

ภาพรวม

Siemens 6ES7412-3HJ14-0AB0 คือ CPU 412-3H — หน่วยประมวลผลกลางของระบบควบคุม SIMATIC S7-400H ที่มีความพร้อมใช้งานสูง หน่วย 6ES7412-3HJ14-0AB0 เพียงหน่วยเดียวไม่สามารถทำงานได้ตามบทบาทที่ตั้งใจไว้

ต้องใช้ CPU ที่เหมือนกันอีกตัวหนึ่ง และทั้งสองจะทำงานเป็นคู่ที่ซ้ำซ้อน: CPU ทั้งสองจะรันโปรแกรมเดียวกันพร้อมกัน ประมวลผลอินพุตเดียวกัน และเอาต์พุตจะถูกเปรียบเทียบแบบซิงโครนัส

หาก CPU ตัวใดตัวหนึ่งล้มเหลว อีกตัวหนึ่งจะเข้ามาทำงานแทนได้อย่างราบรื่น ดำเนินการต่อโดยไม่มีการรบกวนใดๆ ที่มองเห็นได้ต่อกระบวนการที่ควบคุม

ความซ้ำซ้อนของฮาร์ดแวร์นี้เป็นคุณสมบัติที่กำหนดของ S7-400H และเป็นเหตุผลที่มันมีอยู่เป็นแพลตฟอร์มที่แยกต่างหากจาก S7-400 มาตรฐาน ในระบบอัตโนมัติในโรงงานส่วนใหญ่ ความผิดพลาดของ PLC จะทำให้เครื่องจักรหยุดทำงาน — ไม่สะดวกและมีค่าใช้จ่ายสูง แต่สามารถแก้ไขได้

ในโรงงานกระบวนการต่อเนื่อง — โรงกลั่น, เครื่องปฏิกรณ์เคมี, การผลิตไฟฟ้า, การบำบัดน้ำ — ความล้มเหลวของตัวควบคุมอาจหมายถึงการสูญเสียกระบวนการ, การปนเปื้อนของผลิตภัณฑ์, ความเสียหายของอุปกรณ์ หรืออันตรายด้านความปลอดภัย

ต้นทุนของการหยุดทำงานโดยไม่คาดคิดเพียงครั้งเดียวอาจสูงถึงหลายแสนดอลลาร์จากการสูญเสียการผลิต และการเริ่มต้นใหม่หลังจากการหยุดทำงานโดยไม่คาดคิดอาจใช้เวลาหลายชั่วโมง ระบบที่ควบคุมกระบวนการเหล่านี้ไม่สามารถทนต่อการหยุดทำงานของตัวควบคุมแม้เพียงช่วงสั้นๆ ได้ นี่คือเหตุผลที่ S7-400H ได้รับการออกแบบมาตั้งแต่ต้นสำหรับการทำงานอย่างต่อเนื่องผ่านความผิดพลาดของฮาร์ดแวร์เพียงครั้งเดียว

CPU 412-3H เป็น H-CPU ระดับเริ่มต้นในกลุ่ม S7-400H — ให้หน่วยความจำรวม 768KB (โปรแกรม 512KB, ข้อมูล 256KB) พร้อมการสื่อสาร MPI/DP

สำหรับโปรแกรมที่ใหญ่ขึ้นหรือแอปพลิเคชันที่ต้องการพื้นที่จัดเก็บข้อมูลมากขึ้น CPU 414-3H (6ES7414-3HM14-0AB0) และ CPU 417-4H (6ES7417-4HL14-0AB0) ที่ใหญ่กว่าจะให้หน่วยความจำที่ใหญ่ขึ้นเรื่อยๆ และอินเทอร์เฟซเพิ่มเติม

ข้อมูลจำเพาะหลัก

สถาปัตยกรรมซิงโครไนเซชัน — สอง CPU กลายเป็นระบบเดียวที่ทนทานต่อความผิดพลาดได้อย่างไร

การออกแบบอินเทอร์เฟซสามตัวของ CPU 412-3H สะท้อนถึงความต้องการทางเทคนิคของความซ้ำซ้อนของฮาร์ดแวร์

อินเทอร์เฟซ MPI/DP เพียงตัวเดียวจัดการการสื่อสารอัตโนมัติทั่วไป — เชื่อมต่อ CPU กับอุปกรณ์ภาคสนาม PROFIBUS DP, เทอร์มินัลการเขียนโปรแกรม, แผง HMI และ PLC อื่นๆ ในเครือข่ายโรงงาน อินเทอร์เฟซซิงโครไนเซชันสองตัวถูกกำหนดไว้สำหรับการสื่อสารระหว่าง CPU

อินเทอร์เฟซโมดูลซิงค์สองตัวบน CPU 412-3H แต่ละตัวเชื่อมต่อกับโมดูลซิงโครไนเซชัน (IM 460-4, 6ES7460-4AA01-0AB0) ที่สร้างลิงก์ข้อมูลทางกายภาพระหว่างแร็ค CPU ที่ซ้ำซ้อนทั้งสอง มีการใช้ลิงก์ซิงค์อิสระสองลิงก์ — ไม่ใช่หนึ่ง — เนื่องจากช่องสัญญาณซิงโครไนเซชันเองต้องมีความซ้ำซ้อน

หากสายซิงค์เพียงเส้นเดียวล้มเหลว ฟังก์ชันความซ้ำซ้อนทั้งหมดจะถูกปิดใช้งาน 

ด้วยเส้นทางซิงค์อิสระสองเส้น คู่ของ CPU สามารถซิงโครไนซ์ผ่านเส้นทางใดเส้นทางหนึ่งได้อย่างอิสระ และความผิดพลาดในเส้นทางซิงค์เส้นทางหนึ่งจะสร้างการแจ้งเตือนการบำรุงรักษาโดยไม่บังคับให้สลับการทำงาน

การสื่อสารซิงค์จะส่งข้อมูลสถานะทั้งหมดที่จำเป็นเพื่อให้ CPU ทั้งสองเหมือนกัน: สถานะเอาต์พุตทุกรายการ, ค่าตัวจับเวลาและตัวนับทุกรายการ, บิตหน่วยความจำทุกรายการ — อัปเดตทุกรอบการสแกนโปรแกรม

การซิงโครไนซ์ที่ราบรื่นนี้คือสิ่งที่ทำให้สามารถสลับการทำงานที่แท้จริง (ไม่ใช่การรีสตาร์ท) เมื่อ CPU ตัวใดตัวหนึ่งล้มเหลว: CPU ที่ยังคงทำงานอยู่มีข้อมูลปัจจุบันทั้งหมดแล้วและดำเนินการต่อจากจุดที่ CPU ที่ล้มเหลวหยุดไป

S7-400H และ S7-400F/FH — การรวมความพร้อมใช้งานและความปลอดภัย

6ES7412-3HJ14-0AB0 เข้ากันได้กับการกำหนดค่าระบบสองแบบ:

S7-400H (ความพร้อมใช้งานสูง): การกำหนดค่าซ้ำซ้อนมาตรฐาน — CPU สองตัวทำงานแบบขนาน, สลับการทำงานเมื่อเกิดความผิดพลาดของฮาร์ดแวร์, ความพร้อมใช้งานเป้าหมายในช่วง 99.99% หรือดีกว่า

ระบบ H จัดการกับความพร้อมใช้งาน (ทำให้กระบวนการทำงานต่อไป) แต่ไม่เกี่ยวกับความปลอดภัยในการทำงาน (ป้องกันสถานะกระบวนการที่เป็นอันตราย)

S7-400F/FH (ความปลอดภัยสูงพร้อมความพร้อมใช้งานสูง): รวมความซ้ำซ้อนของฮาร์ดแวร์เข้ากับความปลอดภัยในการทำงานที่ได้รับการรับรองมาตรฐาน IEC 61508

ระบบ F/FH เพิ่มโมดูล F ที่ได้รับการรับรองความปลอดภัยและบล็อกโปรแกรมความปลอดภัยที่ใช้ฟังก์ชันเครื่องมือวัดความปลอดภัย (SIF) ที่จำเป็นสำหรับกระบวนการในพื้นที่อันตราย 

เมื่อทั้งความพร้อมใช้งาน (ไม่มีการหยุดทำงานโดยไม่คาดคิด) และความปลอดภัยในการทำงาน (การป้องกันที่ได้รับการรับรอง SIL 1/2/3) จำเป็นต้องมีในตัวควบคุมเดียวกัน S7-400F/FH จะจัดการทั้งสองอย่างพร้อมกัน การกำหนดค่านี้เป็นเรื่องปกติในอุตสาหกรรมน้ำมันและก๊าซ, เคมีภัณฑ์ และนิวเคลียร์ ซึ่งอันตรายจากกระบวนการต้องการการป้องกันความปลอดภัยที่ได้รับการรับรองควบคู่ไปกับการดำเนินงานอย่างต่อเนื่อง

การกำหนดค่าหน่วยความจำ — โปรแกรม 512KB, ข้อมูล 256KB

การแบ่งหน่วยความจำ — 512KB สำหรับโปรแกรมและ 256KB สำหรับข้อมูล — สะท้อนถึงความสมดุลของภาระงานทั่วไปในแอปพลิเคชันควบคุมกระบวนการต่อเนื่องที่ S7-400H มุ่งเป้า โปรแกรมระบบอัตโนมัติในกระบวนการมักจะมีขนาดใหญ่กว่าโปรแกรมระบบอัตโนมัติแบบไม่ต่อเนื่องที่เทียบเท่ากัน เนื่องจากรวมถึง:

การประมวลผลสัญญาณอนาล็อกที่ครอบคลุม (การปรับขนาด, การกรอง, การประเมินขีดจำกัดการแจ้งเตือนสำหรับตัวแปรในกระบวนการหลายสิบหรือหลายร้อยรายการ), อัลกอริทึมควบคุมที่ซับซ้อน (ลูป PID แบบ Cascade, ตัวควบคุมอัตราส่วน, การควบคุมกระบวนการขั้นสูง), โครงสร้างข้อมูลขนาดใหญ่สำหรับการรวมระบบบันทึกประวัติกระบวนการ (การบัฟเฟอร์ประวัติการวัดก่อนส่งไปยัง SCADA), และรูทีนการจัดการการวินิจฉัยและการแจ้งเตือนที่ครอบคลุมซึ่งรายงานสภาพโรงงานอย่างละเอียดแก่ผู้ปฏิบัติงาน

หน่วยความจำโปรแกรม 512KB รองรับโปรแกรมที่ซับซ้อนเหล่านี้ สำหรับโรงงานขนาดใหญ่มาก การเพิ่มบล็อกฟังก์ชันที่โหลดได้ (FB) ที่เก็บไว้ในการ์ดหน่วยความจำจะขยายขนาดโปรแกรมที่มีประสิทธิภาพเกินขีดจำกัดหน่วยความจำในตัว

คำถามที่พบบ่อย

คำถามที่ 1: S7-400H จะสลับไปยัง CPU สแตนด์บายโดยอัตโนมัติเมื่อ CPU หลักล้มเหลวหรือไม่ และการสลับทำงานเร็วแค่ไหน?

ใช่ การสลับการทำงานเป็นไปโดยอัตโนมัติและไม่ต้องมีการแทรกแซงจากผู้ปฏิบัติงาน เมื่อ CPU ที่ทำงานอยู่ (หลัก) ตรวจพบข้อผิดพลาดในตัวเอง มันจะส่งสัญญาณให้ CPU สแตนด์บายเข้ามาทำงานแทน CPU สแตนด์บาย — ซึ่งกำลังรันโปรแกรมเดียวกันด้วยข้อมูลเดียวกันแบบซิงโครนัส — ดำเนินการต่อโดยไม่หยุดชะงัก

เวลาในการสลับการทำงานในระบบ S7-400H ที่กำหนดค่าอย่างถูกต้องจะอยู่ในช่วงเวลาสแกนของ PLC โดยทั่วไปอยู่ในช่วงมิลลิวินาทีหลักเดียว ซึ่งไม่สามารถรับรู้ได้โดยอุปกรณ์ภาคสนามและเครื่องมือวัดกระบวนการ

ไม่มีการสูญเสียค่ากระบวนการใดๆ ไม่มีเอาต์พุตใดเปลี่ยนสถานะเนื่องจากการสลับการทำงานเอง และไม่จำเป็นต้องมีการรีสตาร์ทด้วยตนเอง

คำถามที่ 2: สามารถบำรุงรักษา S7-400H ได้หรือไม่ — เปลี่ยนโมดูลหรืออัปเดตเฟิร์มแวร์ — ในขณะที่กระบวนการกำลังทำงาน?

ใช่ สถาปัตยกรรมซ้ำซ้อนของ S7-400H รองรับการบำรุงรักษาออนไลน์ — การเปลี่ยนโมดูลที่ล้มเหลวในแร็ค CPU ตัวหนึ่งในขณะที่อีกตัวยังคงทำงานและควบคุมกระบวนการ

ซึ่งหมายความว่าสามารถทำการบำรุงรักษาฮาร์ดแวร์ได้ในระหว่างการผลิต รวมถึง: การเปลี่ยน CPU ที่ล้มเหลว (ตัว 6ES7412-3HJ14-0AB0 เอง), การสลับแหล่งจ่ายไฟ, การเปลี่ยนโมดูล I/O และการอัปเดตเฟิร์มแวร์ — ทั้งหมดนี้โดยไม่ต้องหยุดกระบวนการ 

หลังจากการบำรุงรักษา แร็คที่ได้รับการซ่อมแซมจะถูกซิงโครไนซ์กับแร็คที่กำลังทำงานโดยอัตโนมัติ

ความสามารถในการบำรุงรักษาออนไลน์นี้เป็นข้อได้เปรียบในการดำเนินงานหลักของระบบ H เหนือกว่าการมีเพียงแค่ฮอตสแตนด์บาย

คำถามที่ 3: CPU 412-3H เข้ากันได้โดยตรงกับโมดูล I/O และโมดูลการสื่อสาร S7-400 มาตรฐานหรือไม่?

ใช่ แร็ค CPU S7-400H รองรับโมดูลสัญญาณ (SM), โปรเซสเซอร์สื่อสาร (CP) และโมดูลฟังก์ชัน (FM) มาตรฐานของ S7-400 โดยขึ้นอยู่กับข้อจำกัดของโหมดความซ้ำซ้อน

ในการทำงานแบบ H-mode โมดูลที่ติดตั้งในแร็คทั้งสองควรเหมือนกัน และโมดูลบางประเภท (โดยเฉพาะ FM ที่มีฟังก์ชันบัสสื่อสาร) ต้องการเวอร์ชันที่เข้ากันได้กับ H โดยเฉพาะ 

โมดูล I/O S7-400 มาตรฐาน (ซีรีส์ SM421, SM422, SM431, SM432) เข้ากันได้และใช้งานทั่วไป รายการความเข้ากันได้ทั้งหมดมีอยู่ในคู่มือระบบ S7-400H

คำถามที่ 4: S7-400H ถูกตั้งโปรแกรมอย่างไร — ต้องใช้ซอฟต์แวร์พิเศษนอกเหนือจาก STEP 7 หรือไม่?

S7-400H ใช้ STEP 7 เป็นสภาพแวดล้อมการเขียนโปรแกรม โดยมีการเพิ่มไลบรารี S7-REDCONNECT

ซอฟต์แวร์ REDCONNECT ให้บล็อกฟังก์ชันและเครื่องมือการกำหนดค่าสำหรับการตั้งค่าลิงก์การสื่อสารที่ซ้ำซ้อน (การเชื่อมต่อระหว่างระบบ H และสเลฟ PROFIBUS/PROFINET, ระบบ SCADA ฯลฯ) ในลักษณะที่ CPU ทั้งสองสามารถจัดการเส้นทางการสื่อสารได้พร้อมกัน พร้อมกับการสลับการทำงานของการเชื่อมต่อการสื่อสารโดยอัตโนมัติ นอกเหนือจากการสลับการทำงานของ CPU

หากไม่มี REDCONNECT ระบบ H จะยังคงรันโปรแกรมผู้ใช้ STEP 7 มาตรฐานได้ แต่คุณสมบัติการกำหนดค่าการสื่อสารที่ซ้ำซ้อนจะไม่พร้อมใช้งาน

คำถามที่ 5: CPU 412-3H ถูกเลิกผลิตแล้ว เส้นทางการโยกย้ายที่แนะนำของ Siemens คืออะไร?

Siemens แนะนำระบบ SIMATIC S7-1500H (โดยเฉพาะ CPU 1513H-1 PN และ CPU 1517H-3 PN) เป็นตัวแทนรุ่นปัจจุบันสำหรับ S7-400H

S7-1500H ให้ความซ้ำซ้อนของฮาร์ดแวร์ที่เทียบเท่ากันพร้อมการปรับปรุงประสิทธิภาพที่สำคัญ (รอบการสแกนเร็วขึ้น, หน่วยความจำสูงขึ้น), ความซ้ำซ้อนของ PROFINET IO แบบเนทีฟ, การรวมเข้ากับวิศวกรรม TIA Portal และขนาดทางกายภาพที่กะทัดรัดกว่ามาก

การโยกย้ายจาก S7-400H ไปยัง S7-1500H เป็นโครงการฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ — โปรแกรม STEP 7 ต้องถูกโยกย้ายไปยัง TIA Portal และการกำหนดค่าฮาร์ดแวร์ต้องถูกสร้างใหม่สำหรับแพลตฟอร์มใหม่ — แต่ Siemens มีเครื่องมือและบริการโยกย้ายเพื่อสนับสนุนการเปลี่ยนผ่าน