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详细介绍
西门子6ES7421-1BL01-0AA0
SIMATIC S7-400，SM 421数字量输入模块，光隔离，32 DI，24V DC
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SIMATIC S7-400，SM421数字量输入模块， 光隔离，32DI，24V DC
- 用于SIMATIC S70-400 的数字量输入
- 用于连接标准开关和两线制接近开关 (BERO)
数字量输入模板用来实现PLC与数字量过程信号的连接。使用于连接标准开关和两线制接近开关 (BERO)。
数字量输入模块具有以下机械特点：
- 设计紧凑：
坚固的塑料机壳里包括：- 绿色 LED 指示输入端的信号状态
- 对于具有诊断和过程中断的模板来说，红色 LED 用来指示内部和外部错误/故障
- 标签条
- 安装简单
- 用户友好的接线：
通过插入式前连接器来对模块接线。
数字量输入模块把从过程发送来的外部数字信号电平转换成S7-400内部信号电平。
订货号 | 6ES7421-7BH01-0AB0 | 6ES7421-1BL01-0AA0 | 6ES7421-1EL00-0AA0 | 6ES7421-1FH20-0AA0 | 6ES7421-7DH00-0AB0 | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| SM421，16DI，DC24V，0.05ms 输入延迟 | SM421, 32DI, DC24V | SM421，32DI，DC/AC 120V | SIMATIC S7-400，数字量输入模块 | SIMATIC S7-400，SM 421 | |
硬件中断
可以监控过程信号，并且可通过过程中断触发对信号变化的响应。
- 数字量输入模块：
根据具体参数设置，该模块可在信号状态变化的上升沿、下降沿或上升沿和下降沿上为每个通道组触发硬件中断。CPU 中断用户程序或低优先级任务的处理，并处理相关过程中断块（例如，OB 40）。信号模块可以每个通道缓冲一个中断。 - 模拟量输入模块：
通过设置上限值和下限值，可以定义工作范围。模块将数字化测量值与这些限值进行比较。若测量值违反其中任何一个限值，就会触发硬件中断。CPU 中断用户程序或低优先级任务的处理，并处理相关过程中断块（例如，OB 40）。若限值高于/低于过量程/欠量程值，则不进行进行比较。
S7-400H
容错通信
进行高可用性通信时，SIMATIC 将提供以下功能：
- 更高可用性：
发生故障时，通信可通过zui多 4 个冗余连接继续进行。 - 操作简便；
高可用性对用户来说并不是透明的。可以并经过任何改动而采用标准通信的用户程序。冗余功能仅在参数设置阶段进行定义。
S7-400H（冗余和非冗余配置）和 PC 目前支持容错通信。在 PC 上，需要安装 Redconnect 程序包（参见“SIMATIC NET 通信系统”）。
根据具体可用性要求，可使用不同组态选项：
- 单一总线或冗余总线。
- 总线型拓扑或环型拓扑总线。
操作模式
CPU 417-5H/416-5H/414-5H/412-5H 的操作系统可自主执行 S7-400H 的所有必要额外功能：
- 数据交换
- 故障响应（故障转移至备用设备）
- 两个子单元的同步
- 自检
冗余原理
S7-400H 按“热备份”模式下的主动冗余原理工作（发生故障时执行无反应的自动切换）。根据该原理，在*运行期间，两个子单元都处于激活状态。发生故障时，未发生故障的设备独自接管过程控制。
为确保平稳接管，必须通过*控制器链路实现高速、可靠的数据交换。
在故障转移期间，设备会自动保留：
- 相同的用户程序
- 相同的数据块
- 相同的过程映像内容
- 相同的内部数据，如定时器、计数器、位存储器等
这意味着，这两个设备始终保持在状态，并且可以在出现故障时独立地继续执行控制。
采用冗余 I/O 操作时，这会带来以下结果：
- 在*的运行期间，两个模块均处于激活状态，例如在采用冗余输入时，将通过两个模块读取共用传感器（也可以是两个传感器）的信号，对结果进行比较并提供给用户以作为用于进一步处理的统一值。采用冗余输出时，由用户程序计算的值通过两个模块进行输出。
- 发生故障时（例如，两个输入模块之一出现故障），不再对有故障的模块寻址，发生故障信号，仅未受影响的模块继续运行。在线进行修复之后，将再次对两个模块寻址。
同步
为了实现无反应切换，需要对两个子单元进行同步。
S7-400H 遵循“时间驱动的同步”工作原理。
每当子单元中发生可能导致不同内部状态的事件时，都会执行同步操作，例如在发生以下事件时：
- 直接访问 I/O
- 中断、报警
- 更新用户时间
- 通过通信功能修改数据
同步是通过操作系统自动进行的，可在编程阶段将其忽略。
自检
S7-400H 可执行大量自检。自检涉及以下方面：
- *控制器的连接
- *处理单元
- 处理器/ASIC
- 存储器
报告每个检测到的故障。
启动时自检
启动时，每个子单元都会完整执行全部自检功能。
循环操作期间的自检
完整的自检分布在多个循环中。每个循环仅执行一小部分自检，因此，实际控制器所承受的负荷不是很大。
组态、编程
S7-400H 的编程与 S7-400 类似。所有可用的 STEP 7 功能都可以使用。
对 S7-400H 编程需要使用 STEP 7 V5.2。
I/O 模块的组态
硬件组态时，用户必须通过 HW Config 相互形成冗余的模块。只需要在冗余模式下运行的模块以及要作为“冗余伙伴”的第二个模块。在用户程序中，应访问具有zui低地址的模块。第二个地址不向用户显示，并且含有冗余和非冗余 I/O 的控制部分的编程*相同。与非冗余 I/O 之间的*差别是块库中的两个函数块（RED_IN 和 RED_OUT），需要在用户程序的开始处和结束处调用这两个函数块。
在 STEP 7 V5.3 或更高版本中，该库已作为标准库集成到 STEP 7 中。
S7-400H
S7-400F/FH 满足下列安全要求：
- 要求等级 AK 1 至 AK 6，根据 DIN V 19250/DIN V VDE 0801
- 安全要求等级 SIL 1 至 SIL 3，根据 IEC 61508
- Cat1 至 Cat4，根据 EN 954-1
操作模式
从上面的监视表中可以看到，通过SFC13读取到的诊断数据包括了诊断中继器的状态信息，制造商ID，组态信息，以及每个网段的故障诊断等信息。
4 通过SFC59读取诊断中继器的诊断记录
4.1 SFC59的使用
通过SFC 59 "RD_REC" (读记录)，可从地址的模块中读取编号为RECNUM的数据记录。通过调用SFC59且将输入参数REQ置1启动读任务。如果数据传送没有错误，读取的数据记录将被传送到由RECORD参数的目标区域中。
图14 SFC59在程序中的调用
| 参数 | 输入/输出 | 数据类型 | 存储区 | 描述 |
| REQ | 输入 | BOOL | I、Q、M、D、L、常数 | REQ = 1：读请求 |
| IOID | 输入 | BYTE | I、Q、M、D、L、常数 | 地址区域的ID： B#16#54 = 外设输入(PI) B#16#55 = 外设输出(PQ) 若是混合模块，zui低地址的 区域ID如果两个地址相同， B#16#54 |
| LADDR | 输入 | WORD | I、Q、M、D、L、常数 | 模块的逻辑基本地址。对于混合 模块，则两个地址中较低的一个 |
| RECNUM | 输入 | BYTE | I、Q、M、D、L、常数 | 数据记录号(允许值0－240) |
| RET_VAL | 输出 | INT | I、Q、M、D、L | 如果在功能激活时出错，则返回值包含故障代码 |
| BUSY | 输出 | BOOL | I、Q、M、D、L | BUSY = 1：读操作尚未完成 |
| RECORD | 输出 | ANY | I、Q、M、D、L | 读取数据记录的目标区域。异步执行SFC 59时，要确保每次调用时参数RECORD的实际值具有相同的长度信息。只允许数据类型BYTE |
表4 SFC59的管脚定义
关于SFC 59 "RD_REC"使用的详细说明请参考手册“用于S7-300/400系统和标准功能的系统软件”。
4.2 读取拓扑结构表
1、相关数据记录及含义
| 记录号 （HEX） | 记录号 （DEC） | 读/写 | 功能 |
| 32 | 50 | 读 | *部分拓扑表记录，节点0到31，170个字节 |
| 33 | 51 | 读 | 第二部分拓扑表记录，节点32到63，170个字节 |
| 34 | 52 | 读 | 第三部分拓扑表记录，节点64到95，170个字节 |
| 35 | 53 | 读 | 第四部分拓扑表记录，节点96到126，170个字节 |
表5 拓扑结构表相关数据记录及含义
2、在STEP7中调用SFC59，并进行参数赋值，RECNUM=B#16#32，触发REQ，启动作业，并从RECORD的数据区读取数据记录。
图15 实际的网络拓扑结构
S7-400F/FH 的安全功能包含在 CPU 的 F 程序中，并包含在故障安全信号模块中。
信号模块通过差异分析和测试信号注入来监控输出和输入信号。
通过定期自检、命令测试以及按时间顺序执行的逻辑程序执行检查，CPU 可检查控制器的运行是否正常。此外，通过状态监视 (sign-of-life) 请求，还可以检查 I/O 状况。
若在系统中诊断出故障，则将系统切换到安全状态。
F-Runtime 许可证
必须将 F-Runtime 许可证加载到 CPU 上以运行 S7-400F/FH。每个 S7-400F/FH 都需要一份许可证。
编程
S7-400F/FH 的编程方式与其它 SIMATIC S7 系统的编程方式相同。非故障安全工厂部分的用户程序可用成熟可靠的编程工具（如 STEP 7）来创建。
S7 F Systems 可选软件包
编程安全相关的程序段时，需要使用可选软件包“S7 F Systems”。该软件中包括创建 F 程序所需的全部函数和块。
对于包含安全功能的 F 程序，可使用 CFC 调用来 F 库中的函数块并进行互连。使用 CFC 可以简化工厂的组态和编程工作，由于工厂范围内具有统一的表示形式，也将简了验收测试。无需使用额外工具，程序员就可以*专注于安全相关应用程序。
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