Unité centrale d'unité centrale d'automate programmable Simens PLC 6ES7414-4HM14-0AB0

Siemens 6ES7414-4HM14-0AB0∙ SIMATIC S7-400H CPU 414H ∙ Unité centrale de traitement redondante, mémoire de 2,8 Mo, 4 interfaces (1 MPI / DP + 1 DP + 2 Sync), 21 racks d'expansion, S7-400H / S7-400F / FH

CPU 414H Où il est assis dans la hiérarchie S7-400H

La plate-forme S7-400H offre une progression des H-CPU, chacun augmentant en mémoire, en nombre d'interfaces et en capacité de traitement pour correspondre à des installations plus grandes et plus complexes.Le processeur 414H occupe une position significative au milieu de cette famille.

Son prédécesseur dans la gamme le processeur 412H (6ES7412-3HJ14-0AB0) fournit 768KB de mémoire totale.

Le processeur 414H triple cela à 2,8 Mo, répartit également entre les données et le programme et ajoute une deuxième interface DP PROFIBUS dédiée qui manque au 412H.qui évoluent jusqu'à 20 Mo de mémoire totale avec des interfaces supplémentaires pour les programmes d'automatisation continue des processus les plus exigeants.

Pour les usines de traitement où le programme d'automatisation doit gérer des centaines de boucles de contrôle PID, des réseaux d'E/S PROFIBUS étendus sur plusieurs segments,et de grandes structures de données pour la mise en mémoire tampon de l'historique des processus et la gestion des recettes, les 2,8 Mo du 414H combinés à deux interfaces PROFIBUS DP indépendantes sont une avancée significative par rapport au processeur H de niveau d'entrée.

La deuxième interface DP dédiée permet au contrôleur de gérer des réseaux PROFIBUS distincts par exemple, un segment pour les entraînements et les équipements à vitesse variable,un autre pour l'instrumentation et les émetteurs ?? sans partage de la bande passante du bus entre différents types de dispositifs.

Principales spécifications

Les deux interfaces de synchronisation et la synchronisation par fibre optique

Les deux interfaces du module de synchronisation du processeur 414H constituent la base physique de l'ensemble du mécanisme de redondance du système H.

Chaque interface accepte un sous-module de synchronisation IF 960 branché un émetteur-récepteur à fibre optique qui se connecte au sous-module correspondant dans le rack de processeur partenaire via un câble à fibre optique.

Le support en fibre optique est délibéré: il fournit un isolement galvanique complet entre les deux racks de processeur,élimine les problèmes de tension de mode commun pouvant affecter les câbles de synchronisation électrique dans les environnements industriels, et fonctionne de manière fiable sur les distances (jusqu'à environ 10 m sur les versions standard à courte portée) qui séparent généralement les deux supports dans une installation de système H.

Deux liens de synchronisation indépendants sont obligatoires plutôt que facultatifs.

The S7-400H's redundancy can only be maintained if the synchronisation channel itself is redundant — a single sync link failure that disabled the synchronisation mechanism would degrade a fully redundant H-system to a single-CPU system with no failover capability.

Avec deux chemins de synchronisation indépendants à travers deux câbles de fibre séparés,une défaillance d'un chemin de synchronisation génère une alarme de maintenance, mais n'altère pas la capacité de la paire de processeurs à se synchroniser et à maintenir la disponibilité en veille à chaud.

Les systèmes de diagnostic du S7-400H détectent et signalent les défauts de chemin de synchronisation unique, donnant au personnel de maintenance le temps de restaurer la liaison dégradée avant que tout événement d'impact sur le processus ne se produise.

21 Racks d'extension

Le processeur 414H prend en charge un maximum de 21 racks d'expansion en plus du rack central ‡ un total de 22 racks physiques dans la plus grande configuration possible.

Chaque rack accueille des modules de signal, des modules de fonction et des processeurs de communication, chaque rack contribuant à 8 emplacements de module supplémentaires à la station.À 8 modules par rack sur 22 racks, une station CPU 414H entièrement équipée peut accueillir jusqu'à 176 positions de modules.

En pratique, l'automatisation continue des installations de traitement permet rarement de construire des stations S7-400H à leur maximum absolu.

La capacité d'expansion de 21 racks est disponible pour répondre aux besoins de mise à l'échelle de grandes unités de processus intégrées, une unité de distillation de raffinerie, un complexe de réacteurs chimiques,une grande usine de traitement de l'eau où une seule station S7-400H peut contrôler plusieurs centaines d'instruments de terrain, plusieurs disques, et des dizaines d'équipements discrets.

La capacité du 414H est calibrée pour gérer ces programmes vraiment volumineux sans avoir besoin de diviser la station en plusieurs contrôleurs de communication,qui ajouterait complexité d'ingénierie et points de défaillance potentiels à l'architecture.

S7-400F/FH  Combiner la redondance avec la sécurité fonctionnelle

Le processeur 414H est certifié pour une utilisation dans des systèmes En fonctionnement S7-400F/FH, le processeur exécute à la fois un programme utilisateur standard et un programme de sécurité.

Le programme de sécurité met en œuvre les fonctions de sécurité instrumentées (SIF) définies dans le cahier des charges des exigences de sécurité de l'installation,et fonctionne sur des F-CPUs de sécurité avec le protocole de communication PROFIsafe étendant la sécurité certifiée à travers le réseau PROFIBUS DP aux périphériques F.

La configuration F/FH est la solution complète en matière de sécurité et de disponibilité pour les installations de processus dans les zones dangereuses: la redondance H empêche les arrêts imprévus dus à des défaillances matérielles du contrôleur,tandis que la certification F garantit que les fonctions équipées d'instruments de sécurité atteignent le niveau d'intégrité de sécurité requis (SIL 1), 2 ou 3 selon l'application) comme défini par l'analyse des risques de procédé.

Dans des installations comme les plateformes de production de pétrole et de gaz en amont, des raffineries et des usines chimiques,la combinaison de disponibilité continue et de sécurité certifiée dans le même contrôleur n'est pas un luxe mais une exigence réglementaire et opérationnelle.

Stratégie de pièces de rechange pour les H-CPU déconnectés

Le processeur 414H a été arrêté par Siemens à compter de 01.02.2017, ce qui signifie qu'il n'est plus fabriqué ou distribué par les canaux de vente standard de Siemens.

Siemens s'engage généralement à fournir des pièces de rechange pendant dix ans après l'arrêt de la production pour les produits industriels essentiels, une politique qui couvre de nombreuses installations S7-400H actuellement en activité.Au-delà de la fenêtre de pièces de rechange Siemens, le marché des surplus industriels et de la rénovation détient des stocks substantiels d'unités de CPU 414H testées et garanties.

Pour les sites exploitant des systèmes S7-400H équipés d'unités de processeur 414H, la réserve minimale recommandée est un ensemble complet de modules H-CPU ¢ deux unités du 6ES7414-4HM14-0AB0,puisque les deux racks nécessitent des CPU identiquesUne paire de processeurs inégalée (versions de micrologiciel différentes, ou une version originale et une version rénovée avec des dates de production légèrement différentes) peut encore fonctionner, mais peut nécessiter une harmonisation du micrologiciel.

Le maintien des paires de secours correspondantes simplifie le remplacement d'urgence et élimine la nécessité de gérer la compatibilité du micrologiciel sous pression de temps lors d'une panne non planifiée.

Questions fréquentes

Q1: Le processeur 414H dispose de deux interfaces DP PROFIBUS, l'interface combinée MPI/DP et l'interface DP dédiée.et peuvent-ils se connecter à différents réseaux PROFIBUS DP?

Oui, les deux interfaces PROFIBUS DP peuvent fonctionner simultanément, et elles peuvent se connecter à des réseaux PROFIBUS DP distincts et indépendants.Chaque interface reçoit son propre réseau PROFIBUS avec ses propres paramètres de bus (adresse de bus), la vitesse de transmission, les paramètres de chronométrage).

Le processeur 414H fonctionne comme maître DP sur les deux réseaux indépendamment

Cette capacité de double maître est particulièrement utile dans les grandes usines de traitement où l'instrumentation (émetteurs, analyseurs) est séparée de l'équipement d'entraînement (entraînements à fréquence variable,Les démarreurs souples) sur des segments de bus indépendants réduit les interférences entre réseaux et simplifie le dépannage en isolant les domaines de défaut.

L'interface MPI/DP peut également être configurée en mode MPI plutôt qu'en mode DP lorsqu'une fonction principale PROFIBUS DP n'est pas nécessaire sur cette interface physique par exemple,pour l'utiliser exclusivement pour la programmation des accès aux terminaux et des connexions HMI.

Q2: Quel est le temps de commutation (temps de défaillance) lorsque le processeur actif CPU 414H tombe en panne et que le processeur de veille prend le relais?

The failover time in a correctly configured S7-400H system with CPU 414H is within the PLC scan cycle — typically in the range of several milliseconds to a few tens of milliseconds depending on the system configurationAu cours de la synchronisation normale en veille à chaud, les deux processeurs exécutent le même programme avec les mêmes données à chaque cycle d'analyse.

Le mécanisme de synchronisation garantit que l'état de mémoire du processeur de veille sorties, blocs de données, minuteurs, compteurs reflète le processeur maître à chaque limite d'analyse.

Lorsque le maître échoue, le processeur en veille se déclare actif et commence à contrôler les sorties immédiatement, sans exécuter une séquence de redémarrage ni relire les entrées d'un état froid.

Du point de vue des dispositifs de terrain, les sorties continuent de conserver leur dernier état valide sans interruption perceptible; du point de vue des esclaves PROFIBUS DP,Le maître continue de les polliniser sans manquer un cycle..

Q3: Le processeur 414H peut-il fonctionner en mode non-redondant à un seul processeur si le deuxième processeur est retiré pour l'entretien, et quelles en sont les implications?

Le processeur 414H peut fonctionner en mode unité centrale unique lorsque seule une unité est installée dans son rack ou lorsque le lien de synchronisation entre les deux processeurs est absent,le système S7-400H continue à fonctionner sur le processeur disponibleCe mode est appelé "opération unique" ou "mode dégradé".

Le système génère une alarme de diagnostic indiquant que la redondance totale n'est pas disponible et l'interface de l'opérateur STEP 7/WinCC affiche un message d'état correspondant.

Dans cet état dégradé, le processeur fonctionnel continue tous les contrôles de processus, la communication PROFIBUS DP,et la fourniture de données HMI normalement, mais toute défaillance matérielle affectant ce seul processeur entraînerait un arrêt du processus, puisqu'il n'y a pas de processeur partenaire pour prendre le relais.

Pour la maintenance planifiée  le remplacement d'un sous-module de synchronisation défaillant, il est acceptable et conçu d'effectuer une maintenance préventive sur un rack de processeur  fonctionnant en mode dégradé pendant une brève période gérée.Le fonctionnement prolongé en mode dégradé augmente considérablement le profil de risque de l'installation.

Q4: Quelle est l'importance de la séparation de la mémoire entre les données de 1,4 Mo et les programmes de 1,4 Mo pour le développement de programmes, et les blocs de données utilisateur peuvent-ils consommer la mémoire du programme ou vice versa?

Dans le SIMATIC S7-400H, la mémoire de travail (la RAM utilisée par le processeur pour l'exécution active des programmes) est divisée au moment de la fabrication en une partition fixe de code (programme) et une partition fixe de données,et ces partitions ne sont pas interchangeables. Le code du programme, les OB, les FC, les FB, les séquences d'instructions compilées, consomment la mémoire du code; les blocs de données, y compris les instances de données, les bases de données partagées et le stockage de recettes, consomment la mémoire des données.

Un programme qui possède de nombreux algorithmes de contrôle complexes mais des ensembles de données relativement petits s'insérera confortablement dans la limite de code de 1,4 Mo tout en n'utilisant qu'une fraction de l'allocation de données de 1,4 Mo.

À l'inverse, un programme avec une logique de contrôle relativement simple mais de grands tableaux de recettes, des tampons historiques ou des structures de données d'alarme étendues peut remplir le 1.4 Mo de mémoire de données tout en laissant la mémoire de code largement videLes développeurs de programmes travaillant avec le processeur 414H devraient surveiller les deux zones de mémoire de façon indépendante pendant le développement.

La mémoire de chargement (Flash/EPROM ou carte mémoire) contient la copie enregistrée du programme; la mémoire de travail contient la copie en cours d'exécution; seule la partition de la mémoire de travail est importante pour la dimensionnement du temps d'exécution.

Q5: Est-ce que STEP 7 V5.x est le seul environnement de programmation pour le processeur 414H, ou peut-on utiliser le portail TIA?

Le processeur 414H, dans le cadre de la plateforme SIMATIC S7-400H classique, est programmé à l'aide de STEP 7 Professional V5.x, l'environnement traditionnel STEP 7 Classic.

TIA Portal ne prend pas en charge la famille de processeurs S7-400H pour la programmation; le support S7-400 de TIA Portal couvre les processeurs standard S7-400 (non H),et la plateforme de haute disponibilité de génération actuelle prise en charge dans le portail TIA est le S7-1500HLa conception d'un processeur 414H dans le portail TIA n'est pas possible.

Si un site a normalisé sur le portail TIA pour toutes les autres programmations PLC, le programme S7-400H doit toujours être maintenu et étendu en utilisant STEP 7 V5.5 ou STEP 7 Professional.Siemens s'est engagé à soutenir STEP 7 V5.x pour la base installée existante de systèmes S7-300 et S7-400; les mises à jour et les correctifs de sécurité continuent d'être disponibles même si l'accent principal du développement a été déplacé vers le portail TIA.