S7-400H SIMATIC. Sistemi ad elevata disponibilità S7-400H. Prefazione 1 Sistemi di automazione ad elevata disponibilità

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1 SIMATIC Sistemi ad elevata disponibilità Manuale di sistema 11/2011 A5E Prefazione 1 Sistemi di automazione ad elevata disponibilità 2 Configurazioni possibili dell's7 400H 3 Primi passi 4 Configurazione di una CPU 41x H 5 Funzioni speciali di una CPU 41x-H 6 S7 400H nel funzionamento PROFIBUS DP 7 Stati di sistema e di funzionamento dell 8 Accoppiamento e aggiornamento 9 Impiego della periferia nell's7 400H 10 Funzioni di comunicazione 11 Progettazione con STEP 7 12 Guasto e sostituzione di componenti durante il 13 funzionamento Modifiche dell'impianto durante il funzionamento 14 Moduli di sincronizzazione 15 Tempi di ciclo e reazione dell's Dati tecnici 17 Parametri di sistemi di A automazione ridondati B Funzionamento singolo Passaggio da S5 H a S7 C 400H Differenze tra sistemi ad elevata disponibilità e sistemi D standard Unità funzionali e di comunicazione impiegabili E nell's7 400H Esempi di interconnessione F della periferia ridondata

2 Avvertenze di legge Avvertenze di legge Concetto di segnaletica di avvertimento Questo manuale contiene delle norme di sicurezza che devono essere rispettate per salvaguardare l'incolumità personale e per evitare danni materiali. Le indicazioni da rispettare per garantire la sicurezza personale sono evidenziate da un simbolo a forma di triangolo mentre quelle per evitare danni materiali non sono precedute dal triangolo. Gli avvisi di pericolo sono rappresentati come segue e segnalano in ordine descrescente i diversi livelli di rischio. PERICOLO questo simbolo indica che la mancata osservanza delle opportune misure di sicurezza provoca la morte o gravi lesioni fisiche. AVVERTENZA il simbolo indica che la mancata osservanza delle relative misure di sicurezza può causare la morte o gravi lesioni fisiche. CAUTELA con il triangolo di pericolo indica che la mancata osservanza delle relative misure di sicurezza può causare lesioni fisiche non gravi. CAUTELA senza triangolo di pericolo indica che la mancata osservanza delle relative misure di sicurezza può causare danni materiali. ATTENZIONE indica che, se non vengono rispettate le relative misure di sicurezza, possono subentrare condizioni o conseguenze indesiderate. Nel caso in cui ci siano più livelli di rischio l'avviso di pericolo segnala sempre quello più elevato. Se in un avviso di pericolo si richiama l'attenzione con il triangolo sul rischio di lesioni alle persone, può anche essere contemporaneamente segnalato il rischio di possibili danni materiali. Personale qualificato Il prodotto/sistema oggetto di questa documentazione può essere adoperato solo da personale qualificato per il rispettivo compito assegnato nel rispetto della documentazione relativa al compito, specialmente delle avvertenze di sicurezza e delle precauzioni in essa contenute. Il personale qualificato, in virtù della sua formazione ed esperienza, è in grado di riconoscere i rischi legati all'impiego di questi prodotti/sistemi e di evitare possibili pericoli. Uso conforme alle prescrizioni di prodotti Siemens Si prega di tener presente quanto segue: AVVERTENZA I prodotti Siemens devono essere utilizzati solo per i casi d impiego previsti nel catalogo e nella rispettiva documentazione tecnica. Qualora vengano impiegati prodotti o componenti di terzi, questi devono essere consigliati oppure approvati da Siemens. Il funzionamento corretto e sicuro dei prodotti presuppone un trasporto, un magazzinaggio, un installazione, un montaggio, una messa in servizio, un utilizzo e una manutenzione appropriati e a regola d arte. Devono essere rispettate le condizioni ambientali consentite. Devono essere osservate le avvertenze contenute nella rispettiva documentazione. Marchio di prodotto Tutti i nomi di prodotto contrassegnati con sono marchi registrati della Siemens AG. Gli altri nomi di prodotto citati in questo manuale possono essere dei marchi il cui utilizzo da parte di terzi per i propri scopi può violare i diritti dei proprietari. Esclusione di responsabilità Abbiamo controllato che il contenuto di questa documentazione corrisponda all'hardware e al software descritti. Non potendo comunque escludere eventuali differenze, non possiamo garantire una concordanza perfetta. Il contenuto di questa documentazione viene tuttavia verificato periodicamente e le eventuali correzioni o modifiche vengono inserite nelle successive edizioni. Siemens AG Industry Sector Postfach NÜRNBERG GERMANIA A5E P 12/2011 Copyright Siemens AG Con riserva di eventuali modifiche tecniche

3 Indice del contenuto 1 Prefazione Prefazione Sistemi di automazione ad elevata disponibilità Sistemi di automazione ridondati di SIMATIC Aumento della disponibilità di impianti Configurazioni possibili dell's7 400H Configurazioni possibili dell's7 400H Regole per l equipaggiamento di una stazione H Sistema di base dell's7 400H Periferia per l's7 400H Funzioni di comunicazione Strumenti di programmazione e progettazione Programma utente Documentazione Primi passi Primi passi Presupposti Configurazione dell hardware e messa in servizio dell S7 400H Esempi di reazione del sistema H in caso di anomalie Configurazione di una CPU 41x H Elementi di comando e visualizzazione delle CPU Funzioni di controllo della CPU Segnalazioni di stato e di errore Selettore dei modi operativi Livelli di protezione Sequenze operative nella cancellazione totale Struttura e funzioni delle memory card Interfaccia multipunto (MPI) Interfaccia PROFIBUS DP Panoramica dei parametri delle CPU S7 400H...60 Manuale di sistema, 11/2011, A5E

4 Indice del contenuto 6 Funzioni speciali di una CPU 41x-H Aggiornamento del firmware senza Memory Card Aggiornamento del firmware in RUN Lettura dei dati del Service S7 400H nel funzionamento PROFIBUS DP CPU 41x H come master PROFIBUS DP Aree di indirizzo DP delle CPU 41xH CPU 41xH come master PROFIBUS DP Diagnostica della CPU 41x-H come master PROFIBUS DP Dati coerenti Coerenza nei blocchi di comunicazione e funzioni Accesso alla memoria di lavoro della CPU Regole di coerenza per l'sfb 14 "GET", lettura della variabile e SFB 15 "PUT" oppure scrittura della variabile Lettura di dati coerenti da uno slave DP standard, scrittura di dati coerenti in uno slave DP standard Accesso ai dati coerenti senza impiego dell'sfc 14 o dell'sfc Stati di sistema e di funzionamento dell Stati di sistema e di funzionamento dell Introduzione Stati di sistema dell's7 400H Stati di funzionamento delle CPU Stato di funzionamento STOP Stato di funzionamento AVVIAMENTO Stati di funzionamento ACCOPPIAMENTO e AGGIORNAMENTO Stato di funzionamento RUN Stato di funzionamento ALT Stato di funzionamento DIAGNOSTICA Autotest Comportamento temporale Analisi degli interrupt di processo nel sistema S7 400H Accoppiamento e aggiornamento Effetti dell'accoppiamento e dell'aggiornamento Presupposti per l'accoppiamento e l'aggiornamento Svolgimento dell'accoppiamento e dell'aggiornamento Svolgimento dell'accoppiamento Svolgimento dell'aggiornamento Commutazione sulla CPU con configurazione modificata o ampliata Inibizione di accoppiamento e aggiornamento Controllo del tempo di ciclo Comportamento temporale Calcolo dei tempi di controllo Valori di performance per l'accoppiamento e l'aggiornamento Manuale di sistema, 11/2011, A5E

5 Indice del contenuto Influenze sul comportamento temporale Particolarità durante l'accoppiamento e l'aggiornamento Impiego della periferia nell's7 400H Impiego della periferia nell's7 400H Introduzione Impiego della periferia unilaterale ad un canale Impiego della periferia condivisa ad un canale Collegamento della periferia ridondata Collegamento della periferia ridondata Unità di ingresso/uscita impiegabili in modo ridondato Rilevazione dello stato della passivazione Ulteriori possibilità di collegamento della periferia ridondata Funzioni di comunicazione Funzioni di comunicazione Nozioni e terminologia fondamentali Reti impiegabili Servizi di comunicazione utilizzabili Comunicazione tramite collegamenti S7 ad elevata disponibilità Comunicazione tra sistemi ad elevata disponibilità Comunicazione tra sistemi ad elevata disponibilità ed una CPU ad elevata disponibilità Comunicazione tra sistemi ad elevata disponibilità e PC Comunicazione tramite collegamenti S Comunicazione tramite collegamenti S7, collegamento unilaterale Comunicazione tramite collegamenti S7 ridondati Comunicazione con CP punto a punto in un ET 200M Accoppiamento qualsiasi con sistemi ad un canale Performance di comunicazione Informazioni generali sulla comunicazione Progettazione con STEP Progettazione con STEP Progettazione con STEP Regole per l equipaggiamento di una stazione H Configurazione dell'hardware Parametrizzazione di unità in una stazione H Raccomandazioni per l impostazione dei parametri della CPU Configurazione del collegamento in rete Funzioni PG in STEP Guasto e sostituzione di componenti durante il funzionamento Guasto e sostituzione di componenti durante il funzionamento Guasto e sostituzione di componenti durante il funzionamento Manuale di sistema, 11/2011, A5E

6 Indice del contenuto Guasto e sostituzione di una CPU Guasto e sostituzione di un'unità di alimentazione Guasto e sostituzione di un unità di ingresso/uscita o funzionale Guasto e sostituzione di una unità di comunicazione Guasto e sostituzione di un modulo di sincronizzazione o di un cavo a fibre ottiche Guasto e sostituzione di un'interfaccia IM 460 e IM Guasto e sostituzione di componenti della periferia decentrata Guasto e sostituzione di un master PROFIBUS-DP Guasto e sostituzione di un interfaccia PROFIBUS-DP ridondata Guasto e sostituzione di uno slave PROFIBUS-DP Guasto e sostituzione di conduttori PROFIBUS-DP Modifiche dell'impianto durante il funzionamento Modifiche dell'impianto durante il funzionamento Possibili modifiche dell hardware Aggiunta di componenti in PCS PCS 7, sequenza operativa 1: Modifica dell'hardware PCS 7, sequenza operativa 2: Modifica della configurazione hardware Offline PCS 7, sequenza operativa 3: Arresto della CPU di riserva PCS 7, sequenza operativa 4: Caricamento della nuova configurazione hardware nella CPU di riserva PCS 7, sequenza operativa 5: Commutazione sulla CPU con configurazione modificata PCS 7, sequenza operativa 6: Commutazione allo stato di sistema ridondato PCS 7, sequenza operativa 7: Modifica e caricamento del programma utente Aggiunta di unità di interfaccia in PCS Rimozione di componenti in PCS PCS 7, sequenza operativa 1: Modifica della configurazione hardware offline PCS 7, sequenza operativa 2: Modifica e caricamento del programma utente PCS 7, sequenza operativa 3: Arresto della CPU di riserva PCS 7, sequenza operativa 4: Caricamento della nuova configurazione hardware nella CPU di riserva PCS 7, sequenza operativa 5: Commutazione sulla CPU con configurazione modificata PCS 7, sequenza operativa 6: Commutazione allo stato di sistema ridondante PCS 7, sequenza operativa 7: Modifica dell'hardware Rimozione di unità di interfaccia in PCS Aggiunta di componenti in STEP STEP 7, sequenza operativa 1: Inserimento dell'hardware STEP 7, sequenza operativa 2: Modifica della configurazione hardware Offline STEP 7, sequenza operativa 3: Ampliamento e caricamento dei blocchi organizzativi STEP 7, sequenza operativa 4: Arresto della CPU di riserva STEP 7, sequenza operativa 5: Caricamento della nuova configurazione hardware nella CPU di riserva STEP 7, sequenza operativa 6: Commutazione sulla CPU con configurazione modificata STEP 7, sequenza operativa 7: Commutazione allo stato di sistema ridondato STEP 7, sequenza operativa 8: Modifica e caricamento del programma utente Aggiunta di unità di interfaccia in STEP Rimozione di componenti in STEP STEP 7, sequenza operativa 1: Modifica della configurazione hardware offline STEP 7, sequenza operativa 2: Modifica e caricamento del programma utente Manuale di sistema, 11/2011, A5E

7 Indice del contenuto STEP 7, sequenza operativa 3: Arresto della CPU di riserva STEP 7, sequenza operativa 4: Caricamento della nuova configurazione hardware nella CPU di riserva STEP 7, sequenza operativa 5: Commutazione sulla CPU con configurazione modificata STEP 7, sequenza operativa 6: Commutazione allo stato di sistema ridondante STEP 7, sequenza operativa 7: Modifica dell'hardware STEP 7, sequenza operativa 8: Modifica e caricamento dei blocchi organizzativi Rimozione di unità di interfaccia in STEP Modifica ai parametri della CPU Modifica ai parametri della CPU Sequenza operativa 1: Modifica dei parametri della CPU offline Sequenza operativa 2: Arresto della CPU di riserva Sequenza operativa 3: Caricamento della nuova configurazione hardware nella CPU di riserva Sequenza operativa 4: Commutazione sulla CPU con configurazione modificata Sequenza operativa 5: Commutazione allo stato di sistema ridondante Modifica della configurazione di memoria della CPU Modifica della configurazione di memoria della CPU Ampliamento della memoria di caricamento Sostituzione del tipo di memoria di caricamento Modifica della parametrizzazione di un'unità Modifica della parametrizzazione di un'unità Sequenza operativa 1: Modifica dei parametri offline Sequenza operativa 2: Arresto della CPU di riserva Sequenza operativa 3: Caricamento della nuova configurazione hardware nella CPU di riserva Sequenza operativa 4: Commutazione sulla CPU con configurazione modificata Sequenza operativa 5: Commutazione allo stato di sistema ridondato Moduli di sincronizzazione Moduli di sincronizzazione dell's7 400H Installazione di cavi a fibre ottiche Scelta dei cavi a fibre ottiche Tempi di ciclo e reazione dell's Tempo di ciclo Calcolo del tempo di ciclo Tempi di ciclo diversi Carico di comunicazione Tempo di reazione Calcolo dei tempi di ciclo e di reazione Esempi di calcolo per il tempo di ciclo e di reazione Tempo di reazione all'allarme Esempio di calcolo per il tempo di reazione all'allarme Riproducibilità degli allarmi di ritardo e della schedulazione orologio Manuale di sistema, 11/2011, A5E

8 Indice del contenuto 17 Dati tecnici Dati tecnici della CPU 412 3H; (6ES HJ14 0AB0) Dati tecnici della CPU 414 4H; (6ES HM14 0AB0) Dati tecnici della CPU 417 4H; (6ES HT14 0AB0) Dati tecnici delle memory card Tempi di esecuzione delle FC e degli FB per la periferia ridondata A Parametri di sistemi di automazione ridondati A.1 Terminologia di base A.2 Confronto MTBF delle configurazioni selezionate A.2.1 Configurazione di sistema con CPU 417-4H ridondante A.2.2 Configurazioni di sistema con periferia decentrata A.2.3 Confronto di configurazioni di sistema con comunicazione standard o ad elevata disponibilità B Funzionamento singolo C Passaggio da S5 H a S7 400H C.1 Informazioni generali C.2 Progettazione, programmazione e diagnostica D Differenze tra sistemi ad elevata disponibilità e sistemi standard E Unità funzionali e di comunicazione impiegabili nell's7 400H F Esempi di interconnessione della periferia ridondata F.1 SM 321; DI 16 x DC 24 V, 6ES BH02 0AA F.2 SM 321; DI 32 x DC 24 V, 6ES BL00 0AA F.3 SM 321; DI 16 x AC 120/230V, 6ES FH00 0AA F.4 SM 321; DI 8 x AC 120/230 V, 6ES FF01 0AA F.5 SM 321; DI 16 x DC 24V, 6ES BH00 0AB F.6 SM 321; DI 16 x DC 24V, 6ES BH01 0AB F.7 SM 326; DO 10 x DC 24V/2A, 6ES BF01 0AB F.8 SM 326; DI 8 x NAMUR, 6ES RF00 0AB F.9 SM 326; DI 24 x DC 24 V, 6ES BK00 0AB F.10 SM 421; DI 32 x UC 120 V, 6ES EL00 0AA F.11 SM 421; DI 16 x DC 24 V, 6ES BH01 0AB F.12 SM 421; DI 32 x DC 24 V, 6ES BL00 0AB F.13 SM 421; DI 32 x DC 24 V, 6ES BL01 0AB F.14 SM 322; DO 8 x DC 24 V/2 A, 6ES BF01 0AA F.15 SM 322; DO 32 x DC 24 V/0,5 A, 6ES BL00 0AA F.16 SM 322; DO 8 x AC 230 V/2 A, 6ES FF01 0AA Manuale di sistema, 11/2011, A5E

9 Indice del contenuto F.17 SM 322; DO 4 x DC 24 V/10 ma [EEx ib], 6ES SD00 0AB F.18 SM 322; DO 4 x DC 15 V/20 ma [EEx ib], 6ES RD00 0AB F.19 SM 322; DO 8 x DC 24 V/0,5 A, 6ES BF00 0AB F.20 SM 322; DO 16 x DC 24 V/0,5 A, 6ES BH01 0AB F.21 SM 332; AO 8 x 12 bit, 6ES HF00 0AB F.22 SM 332; AO 4 x 0/ ma [EEx ib], 6ES RD00 0AB F.23 SM 422; DO 16 x AC 120/230 V/2 A, 6ES FH00 0AA F.24 SM 422; DO 32 x DC 24 V/0,5 A, 6ES BL00 0AB F.25 SM 331; AI 4 x 15 Bit [EEx ib]; 6ES RD00 0AB F.26 SM 331; AI 8 x 12 bit, 6ES KF02 0AB F.27 SM 331; AI 8 x 16 Bit; 6ES NF00 0AB F.28 SM 331; AI 8 x 16 bit; 6ES NF10 0AB F.29 AI 6xTC 16Bit iso, 6ES7331-7PE10-0AB F.30 SM331; AI 8 x 0/4...20mA HART, 6ES TF01-0AB F.31 SM 332; AO 4 x 12 Bit; 6ES HD01 0AB F.32 SM332; AO 8 x 0/4...20mA HART, 6ES TF01-0AB F.33 SM 431; AI 16 x 16 Bit, 6ES QH00 0AB Glossario Indice analitico Tabelle Tabella 5-1 Tabella 5-2 Tabella 5-3 LED delle CPU...39 Posizioni del selettore dei modi operativi...48 Livello di protezione di una CPU...49 Tabella 5-4 Tipi di memory card...55 Tabella 7-1 CPU 41x (interfaccia MPI/DP come PROFIBUS DP)...70 Tabella 7-2 Significato del LED "BUSF" della CPU 41x come master DP...74 Tabella 7-3 Lettura dei messaggi di diagnostica con STEP Tabella 7-4 Identificazione dell'evento delle CPU 41xH come master DP...76 Tabella 8-1 Panoramica degli stati di sistema dell's7 400H...86 Tabella 8-2 Cause di errore che provocano l'abbandono dello stato di sistema ridondato...91 Tabella 8-3 Reazione agli errori durante l'autotest...94 Tabella 8-4 Reazione a errori di confronto che si ripetono...95 Tabella 8-5 Reazione ad errori di somma di controllo...95 Manuale di sistema, 11/2011, A5E

10 Indice del contenuto Tabella 8-6 Errori hardware con richiamo unilaterale dell OB 121, errore di somma di controllo, 2 verificarsi dell'errore...96 Tabella 9-1 Proprietà dell'accoppiamento e aggiornamento...99 Tabella 9-2 Presupposti per l'accoppiamento e l'aggiornamento Tabella 9-3 Valori tipici della parte del programma utente Tabella 10-1 Interfacce per l'impiego della periferia condivisa ad un canale Tabella 10-2 Tabella 10-3 Tabella 10-4 Unità di ingresso/uscita impiegabili in modo ridondato Collegamento di unità di uscita digitali tramite diodi/senza diodi Unità di ingresso analogiche e encoder Tabella 10-5 Esempio di periferia ridondata, Parte OB Tabella 10-6 Esempio di periferia ridondata, Parte OB Tabella 10-7 Per i tempi di controllo nel caso della periferia impiegata a livello ridondato Tabella 14-1 Parametri modificabili della CPU Tabella 15-1 Cavi a fibre ottiche accessori Tabella 15-2 Tabella 15-3 Specifiche per cavi a fibre ottiche nella posa interna Specifiche per cavi a fibre ottiche nella posa esterna Tabella 16-1 Elaborazione ciclica del programma Tabella 16-2 Fattori che influenzano il tempo di ciclo Tabella 16-3 Tabella 16-4 Tabella 16-5 Tabella 16-6 Tabella 16-7 Percentuali del tempo di trasferimento dell immagine di processo, CPU 412 3H Percentuali del tempo di trasferimento dell immagine di processo, CPU 414 4H Percentuali del tempo di trasferimento dell immagine di processo, CPU 417 4H Prolungamento del tempo di ciclo Tempo di elaborazione del sistema operativo nel punto di controllo del ciclo Tabella 16-8 Prolungamento del ciclo dovuto all'annidamento di allarmi Tabella 16-9 Accessi diretti delle CPU alle unità di periferia Tabella Accessi diretti delle CPU alle unità di periferia nell'apparecchiatura di ampliamento con collegamento locale Tabella Accessi diretti delle CPU alle unità di periferia nell'apparecchiatura di ampliamento con collegamento remoto Tabella Esempio di calcolo tempo di reazione Tabella Tempi di reazione agli interrupt di processo e agli allarmi; tempo massimo di reazione agli allarmi senza comunicazione Tabella Riproducibilità di allarmi di ritardo e di schedulazione orologio delle CPU Tabella 17-1 Tempi di esecuzione di blocchi per la periferia ridondata Manuale di sistema, 11/2011, A5E

11 Indice del contenuto Figure Figura 2-1 Finalità d'impiego di sistemi di automazione ridondati...19 Figura 2-2 Soluzioni di automazione compatibili con SIMATIC...21 Figura 2-3 Figura 2-4 Figura 2-5 Figura 3-1 Figura 3-2 Esempio di ridondanza in una rete senza guasti...22 Esempio di ridondanza in un sistema 1su2 con guasti...22 Esempio di ridondanza in un sistema 1su2 con guasto totale...22 Panoramica...24 Hardware del sistema di base S7 400H...26 Figura 3-3 Documentazione per l'utente riguardante i sistemi ad elevata disponibilità...32 Figura 4-1 Configurazione hardware...34 Figura 5-1 Disposizione degli elementi di comando e visualizzazione della CPU 412-3H...37 Figura 5-2 Disposizione degli elementi di comando e visualizzazione della CPU 414-4H/417-4H...38 Figura 5-3 Figura 5-4 Figura 5-5 Figura 7-1 Figura 7-2 Spinotto jack...41 Posizioni del selettore dei modi operativi...48 Struttura della memory card...54 Diagnostica con la CPU 41xH...75 Indirizzi di diagnostica per master DP e slave DP...76 Figura 7-3 Proprietà slave DP...82 Figura 8-1 Sincronizzazione dei sistemi parziali...84 Figura 8-2 Stati di sistema e di funzionamento del sistema H...87 Figura 9-1 Figura 9-2 Processo di accoppiamento e di aggiornamento Svolgimento dell'aggiornamento Figura 9-3 Esempio di durata minima di un segnale d'ingresso durante l'aggiornamento Figura 9-4 Significato dei tempi rilevanti per l'aggiornamento Figura 9-5 Rapporto tra il tempo min. di arresto della periferia e il tempo di inibizione max. per le classi di priorità > Figura 10-1 Periferia decentrata condivisa ad un canale ET 200M Figura 10-2 Figura 10-3 Periferia ridondata nelle apparecchiature centrali e di ampliamento Periferia ridondata in slave DP unilaterali Figura 10-4 Periferia ridondata in slave DP condivisi Figura 10-5 Periferia ridondata in funzionamento singolo Figura 10-6 Unità di ingresso digitale ad elevata disponibilità in una struttura 1 su 2 con un encoder Figura 10-7 Unità di ingresso digitali ad elevata disponibilità in una struttura 1 su 2 con due encoder Figura 10-8 Unità di uscita digitali ad elevata disponibilità in una struttura 1 su Figura 10-9 Unità di ingresso analogiche ad elevata disponibilità in una struttura 1 su 2 con un encoder Manuale di sistema, 11/2011, A5E

12 Indice del contenuto Figura Unità di ingresso digitali ad elevata disponibilità in una struttura 1 su 2 con due encoder Figura Unità di uscita analogiche ad elevata disponibilità in una struttura 1 su Figura Periferia ridondata unilaterale e condivisa Figura Diagramma di flusso per l'ob Figura 11-1 Figura 11-2 Esempio di collegamento S Esempio dimostrativo: il numero dei collegamenti parziali risultanti dipende dalla progettazione Figura 11-3 Figura 11-4 Esempio di ridondanza con sistema ad elevata disponibilità e con anello ridondato Esempio di ridondanza con sistema ad elevata disponibilità e con sistema di bus ridondato Figura 11-5 Esempio di ridondanza con sistema ad elevata disponibilità e con ridondanza CP supplementare Figura 11-6 Esempio di ridondanza con sistema ad elevata disponibilità e CPU H Figura 11-7 Esempio di ridondanza con sistema ad elevata disponibilità e con sistema di bus ridondato Figura 11-8 Esempio di ridondanza tramite sistema ad elevata disponibilità, sistema di bus ridondato e ridondanza CP nel PC Figura 11-9 Esempio di accoppiamento di sistemi standard e ad elevata disponibilità su un sistema di bus semplice Figura Esempio di accoppiamento di sistemi standard e ad elevata disponibilità sull'anello ridondato Figura Esempio di accoppiamento di sistemi standard e ad elevata disponibilità su un sistema di bus ridondante Figura Esempio di ridondanza con sistemi ad elevata disponibilità e sistema di bus ridondato, con collegamenti standard ridondati Figura Esempio di accoppiamento di un sistema ad elevata disponibilità con un sistema esterno ad un canale Figura Esempio di accoppiamento di un sistema ad elevata disponibilità con un sistema esterno ad un canale Figura Rapporto tra capacità di trasporto dati e carico di comunicazione (decorso regolare) Figura Rapporto tra tempo di reazione e carico di comunicazione (decorso generale) Figura 15-1 Modulo di sincronizzazione Figura 15-2 Cavi a fibre ottiche, installazione tramite box di distribuzione Figura 16-1 Figura 16-2 Parti e composizione del tempo di ciclo Tempi di ciclo diversi Figura 16-3 Tempo di ciclo minimo Manuale di sistema, 11/2011, A5E

13 Indice del contenuto Figura 16-4 Figura 16-5 Formula: influenza del carico di comunicazione Suddivisione di una fase temporale Figura 16-6 Dipendenza del tempo di ciclo dal carico di comunicazione Figura 16-7 Tempi di ciclo DP nella rete PROFIBUS DP Figura 16-8 Tempo di reazione più breve Figura 16-9 Tempo di reazione più lungo Figura A-1 MDT Figura A-2 MTBF Figura A-3 Common Cause Failure (CCF) Figura A-4 Disponibilità Figura B-1 Panoramica: struttura del sistema per le modifiche dell'impianto in funzionamento Figura F-1 Esempio di interconnessione SM 321; DI 16 x DC 24 V Figura F-2 Esempio di interconnessione SM 321; DI 32 x DC 24 V Figura F-3 Esempio di interconnessione SM 321; DI 16 x AC 120/230 V Figura F-4 Esempio di interconnessione SM 321; DI 8 x AC 120/230 V Figura F-5 Esempio di interconnessione SM 321; DI 16 x DC 24V Figura F-6 Esempio di interconnessione SM 321; DI 16 x DC 24V Figura F-7 Esempio di interconnessione SM 326; DO 10 x DC 24V/2A Figura F-8 Esempio di interconnessione SM 326; DI 8 x NAMUR Figura F-9 Esempio di interconnessione SM 326; DI 24 x DC 24 V Figura F-10 Esempio di interconnessione SM 421; DI 32 x UC 120 V Figura F-11 Figura F-12 Figura F-13 Esempio di interconnessione SM 421; DI 16 x 24 V Esempio di interconnessione SM 421; DI 32 x 24 V Esempio di interconnessione SM 421; DI 32 x 24 V Figura F-14 Esempio di interconnessione SM 322; DO 8 x DC 24 V/2 A Figura F-15 Esempio di interconnessione SM 322; DO 32 x DC 24 V/0,5 A Figura F-16 Esempio di interconnessione SM 322; DO 8 x AC 230 V/2 A Figura F-17 Esempio di interconnessione SM 322; DO 16 x DC 24 V/10 ma [EEx ib] Figura F-18 Esempio di interconnessione SM 322; DO 16 x DC 15 V/20 ma [EEx ib] Figura F-19 Esempio di interconnessione SM 322; DO 8 x DC 24 V/0,5 A Figura F-20 Esempio di interconnessione SM 322; DO 16 x DC 24 V/0,5 A Figura F-21 Esempio di interconnessione SM 332; AO 8 x 12 bit Figura F-22 Esempio di interconnessione SM 332; AO 4 x 0/ ma [EEx ib] Figura F-23 Esempio di interconnessione SM 422; DO 16 x 120/230 V/2 A Figura F-24 Esempio di interconnessione SM 422; DO 32 x DC 24 V/0,5 A Figura F-25 Esempio di interconnessione SM 331, AI 4 x 15 bit [EEx ib] Manuale di sistema, 11/2011, A5E

14 Indice del contenuto Figura F-26 Esempio di collegamento SM 331; AI 8 x 12 bit Figura F-27 Esempio di collegamento SM 331; AI 8 x 16 bit Figura F-28 Esempio di collegamento SM 331; AI 8 x 16 bit Figura F-29 Esempio di interconnessione AI 6xTC 16Bit iso Figura F-30 Figura F-31 Figura F-32 Esempio di interconnessione 1 SM 331; AI 8 x 0/4...20mA HART Esempio di interconnessione 2 SM 331; AI 8 x 0/4...20mA HART Esempio di interconnessione SM 332, AO 4 x 12 bit Figura F-33 Esempio di interconnessione 3 SM 332; AO 8 x 0/4...20mA HART Figura F-34 Esempio di collegamento SM 431; AI 16 x 16 bit Manuale di sistema, 11/2011, A5E

15 Prefazione Prefazione Scopo del manuale Le informazioni riportate nel presente manuale si riferiscono al servizio, le funzioni e le caratteristiche tecniche delle unità centrali dell's7 400H. Le modalità di configurazione di un S7 400H con queste e altre unità p. es., il montaggio e il cablaggio di queste unità sono descritte nel manuale Sistema di automazione S7 400 Configurazione e installazione. Nozioni di base La comprensione del manuale presuppone conoscenze generali nel settore della tecnica di automazione. Sono inoltre necessarie nozioni sull'utilizzo di computer o strumenti di lavoro analoghi ai PC, p. es. dispositivi di programmazione, operanti in ambiente Windows XP o Vista. La progettazione dell's7 400H avviene in STEP 7. È pertanto necessaria la padronanza nell'utilizzo di questo software di base. Queste istruzioni sono reperibili nel manuale Programmazione con STEP 7. Osservare, in particolare nel caso di impiego di un S7 400H in aree a pericolo di esplosione, le avvertenze sulla sicurezza dei controllori elettronici nell'appendice del manuale Sistema di automazione S7 400 Configurazione e installazione. Validità del manuale Il manuale è valido per i seguenti componenti: CPU 412 3H; 6ES HJ14 0AB0 dalla versione firmware V4.5 CPU 414 4H; 6ES HM14 0AB0 dalla versione firmware V4.5 CPU 417 4H; 6ES HT14 0AB0 dalla versione firmware V4.5 Installazione degli aggiornamenti hardware di STEP 7 Accanto a STEP 7 sono necessari gli aggiornamenti hardware. Gli aggiornamento sono accessibili in Internet da STEP 7. Eseguire il comando di menu "Strumenti -> Installa aggiornamenti HW" accessibile da "STEP 7 -> Configurazione hardware". Manuale di sistema, 11/2011, A5E

16 Prefazione 1.1 Prefazione Approvazioni Informazioni dettagliate in merito a norme ed autorizzazioni sono riportate nel manuale di riferimento Sistemi di automazione S7 400, Caratteristiche delle unità modularial capitolo 1.1, Norme e Autorizzazioni. Guida in linea Oltre al manuale, in fase operativa è possibile consultare la Guida in linea dettagliata integrata nel software. Il sistema di guida può essere consultato da svariate interfacce: Nel menu Guida sono elencati alcuni comandi di menu: Argomenti della Guida richiama l'indice della Guida. La Guida ai sistemi H è disponibile alla voce Configurazione di sistemi H. Uso della Guida fornisce istruzioni per l uso della Guida in linea. La Guida relativa al contesto fornisce informazioni riguardanti il contesto attuale, ad esempio su una finestra di dialogo aperta o su una finestra attiva. La Guida è accessibile dal pulsante "?" oppure premendo il tasto F1. Un altra variante di guida relativa al contesto è costituita dalla barra di stato. Per ogni comando di menu appare una breve spiegazione non appena il puntatore del mouse si trova sul comando di menu corrispondente. Anche per i simboli della barra degli strumenti viene visualizzata una breve spiegazione, posizionando per qualche istante il puntatore del mouse sui simboli stessi. Per la consultazione della Guida in linea su carta è possibile stampare singoli argomenti, libri o l'intero contenuto della Guida. Smaltimento e riciclaggio Grazie all esiguo contenuto di sostanze nocive l S7 400H è facilmente riciclabile. Affinché il riciclaggio e lo smaltimento della vecchia apparecchiatura avvengano nel rispetto dell'ambiente, rivolgersi ad un'impresa autorizzata allo smaltimento di articoli di elettronica. Ulteriore supporto Per tutte le domande sull'uso dei prodotti descritti nel manuale che non trovano risposta nella documentazione rivolgersi al rappresentante Siemens locale. Il partner di riferimento è reperibile all'indirizzo: Partner di riferimento ( La Guida alla consultazione della documentazione tecnica per i singoli prodotti e sistemi SIMATIC si trova nel sito: Documentazione ( Il catalogo e il sistema per le ordinazioni online si trovano nel sito: Catalogo ( 16 Manuale di sistema, 11/2011, A5E

17 Prefazione 1.1 Prefazione H/F Competence Center I sistemi di automazione SIMATIC S7 ad elevata disponibilità vengono illustrati dall'h/f Competence Center di Norimberga in uno speciale workshop. Inoltre l'h/f Competence Center supporta il cliente sul posto durante la progettazione, la messa in servizio e in caso di problemi. E mail: hf-cc.aud@siemens.com Centro di addestramento Per facilitare l'approccio al sistema di automazione SIMATIC S7 vengono organizzati appositi corsi di formazione. In caso di interesse, rivolgersi al training center locale o a quello centrale. Formazione ( A&D Technical Support Per tutti i prodotti Industry Automation il supporto tecnico è accessibile compilando la richiesta di supporto nell'apposito modulo online: Support Request ( Ulteriori informazioni sul supporto tecnico sono disponibili in Internet al sito: Technical Support ( Service & Support in Internet Oltre alla documentazione abituale, Siemens mette a disposizione tutte le informazioni online in Internet. Service & Support ( Su questo sito si possono trovare: la Newsletter con informazioni sempre aggiornate sui prodotti; la funzione di ricerca in Service & Support per il reperimento di documenti aggiornati; un Forum, luogo di scambio di informazioni tra utenti e personale specializzato di tutto il mondo; il partner di riferimento locale per l'automazione. informazioni sull'assistenza tecnica sul posto, riparazioni e ricambi. Molte altre informazioni utili sono disponibili nella rubrica "Servizi". Manuale di sistema, 11/2011, A5E

18 Prefazione 1.1 Prefazione 18 Manuale di sistema, 11/2011, A5E

19 Sistemi di automazione ad elevata disponibilità Sistemi di automazione ridondati di SIMATIC Finalità di impiego dei sistemi di automazione ridondati Generalmente i sistemi di automazione ridondati vengono impiegati allo scopo di ottenere una disponibilità e una sicurezza più elevate. Figura 2-1 Finalità d'impiego di sistemi di automazione ridondati Tenere presente la differenza esistente tra sistemi ad elevata disponibilità e sistemi ad elevata sicurezza. L'S7 400H è un sistema di automazione ad elevata disponibilità il cui impiego nel controllo di processi di sicurezza è consentito esclusivamente previa programmazione e parametrizzazione conformi alle regole previste per i sistemi F. Per ulteriori informazioni consultare il seguente manuale: SIMATIC Industrie Software S7 F/FH Systems ( Perché sistemi ad elevata disponibilità nella tecnica di automazione? Lo scopo dell impiego di sistemi di automazione ad elevata disponibilità consiste nella riduzione del fermo di produzione a prescindere dal fatto che i guasti siano dovuti a un errore o a lavori di manutenzione. Maggiori sono i costi dovuti ad un periodo di inattività della produzione e più redditizio si rivela l'impiego di un sistema ad elevata disponibilità. I costi di investimento normalmente più elevati di un sistema ad elevata disponibilità vengono ammortizzati in breve tempo da una produzione senza guasti. Manuale di sistema, 11/2011, A5E

20 Sistemi di automazione ad elevata disponibilità 2.1 Sistemi di automazione ridondati di SIMATIC Ridondanza software In numerose applicazioni, le esigenze di ridondanza o il complesso delle aree dell'impianto che richiedono sistemi di automazione ridondati non sono tali da richiedere tassativamente l'impiego di speciali sistemi ad elevata disponibilità. Spesso sono sufficienti semplici meccanismi software che intervengono in caso di guasto rendendo possibile, in un sistema sostitutivo, il proseguimento di un compito di automazione interrotto. Il software opzionale "Ridondanza software SIMATIC S7" può essere impiegato nei sistemi standard S7-300 e S7-400 per controllare processi che tollerano tempi di commutazione sul sistema sostitutivo dell'ordine di pochi secondi, quali p. es acquedotti, impianti di depurazione dell'acqua o il flusso del traffico. Periferia ridondata Si definiscono periferia ridondata unità di ingresso/uscita doppiamente disponibili che vengono progettate ed impiegate a coppie. L'impiego della periferia ridondata offre una disponibilità elevata in quanto, in questo caso, sia il guasto di una CPU che quello di un'unità di ingresso/uscita viene tollerato. Per l'impiego della periferia ridondata, utilizzare i blocchi della biblioteca "Ridondanza della periferia funzionale", vedere il capitolo Collegamento della periferia ridondata (Pagina 137). 20 Manuale di sistema, 11/2011, A5E

21 Sistemi di automazione ad elevata disponibilità 2.2 Aumento della disponibilità di impianti 2.2 Aumento della disponibilità di impianti Il sistema di automazione S7 400H soddisfa le elevate esigenze di disponibilità, intelligenza e decentralizzazione poste ai moderni sistemi di automazione. Esso offre inoltre tutte le funzioni per la rilevazione e l'elaborazione di dati di processo nonché per il comando, la regolazione, il controllo di impianti e aggregati. Compatibilità nell'intero sistema Il sistema di automazione S7 400H e tutti gli altri componenti di SIMATIC, p. es. il sistema di controllo SIMATIC PCS7, sono compatibili tra loro. La compatibilità nell'intero sistema, a partire dai pannelli di controllo fino ai sensori ed attuatori, è scontata e garantisce la massima prestazione del sistema. Figura 2-2 Soluzioni di automazione compatibili con SIMATIC Disponibilità a gradi con l'impiego ridondato dei componenti Per consentirne la disponibilità in ogni situazione, l's7 400H è stato ideato in modo ridondato. Vale a dire che tutti i componenti essenziali sono doppi. Sono doppiamente disponibili: l'unità centrale (CPU), l'alimentazione e l'hardware per l'accoppiamento delle due unità centrali. L'utente decide poi, in funzione del processo che intende automatizzare, quali ulteriori componenti ridondare per ottenere una maggiore disponibilità. Manuale di sistema, 11/2011, A5E

22 Sistemi di automazione ad elevata disponibilità 2.2 Aumento della disponibilità di impianti Nodi di ridondanza I nodi di ridondanza rappresentano la sicurezza contro i guasti di sistemi che impiegano molteplici componenti dello stesso tipo. L'indipendenza di un nodo di ridondanza si realizza quando il guasto di un componente nell'ambito del nodo non comporta alcuna limitazione dell'affidabilità di altri nodi o dell'intero sistema. Uno schema a blocchi consente di rappresentare in modo semplificato la disponibilità dell'intero sistema. In un sistema a due canali 1su2, il guasto di un componente del nodo di ridondanza non compromette la funzionalità dell intero sistema. Nella catena dei nodi di ridondanza il membro più debole determina la disponibilità dell'intero sistema. Senza guasti Figura 2-3 Esempio di ridondanza in una rete senza guasti Con guasti La figura seguente illustra come il guasto di un singolo componente non comprometta la funzionalità dell'intero sistema. Figura 2-4 Esempio di ridondanza in un sistema 1su2 con guasti Guasto ad un nodo di ridondanza (guasto totale) Nella figura seguente l intero sistema non è più funzionante perché in uno dei due nodi di ridondanza 1su2 sono guasti entrambi i componenti parziali (guasto totale). Figura 2-5 Esempio di ridondanza in un sistema 1su2 con guasto totale 22 Manuale di sistema, 11/2011, A5E

23 Configurazioni possibili dell's7 400H Configurazioni possibili dell's7 400H La prima parte della descrizione inizia con la configurazione principale del sistema di automazione ad elevata disponibilità S7 400H e dei componenti che costituiscono il sistema di base S7 400H. Successivamente vengono descritti i componenti hardware che consentono di ampliare il sistema di base. La seconda parte descrive gli strumenti software con i quali eseguire la progettazione e la programmazione dell's7 400H. Vengono inoltre descritte le integrazioni e gli ampliamenti delle funzioni che distinguono questo sistema dal sistema standard S7 400 e che sono necessari per la creazione del programma utente al fine di consentire lo sfruttamento mirato delle proprietà dell S7 400H volte ad incrementare la disponibilità. Informazioni importanti sulla progettazione AVVERTENZA Apparecchiature aperte Le unità di un sistema S7-400 sono apparecchiature aperte. Ciò sta ad indicare che l's7 400 può essere montato esclusivamente in custodie, armadi o in quadri elettrici accessibili soltanto tramite chiavi o appositi strumenti. L'accesso alle custodie, agli armadi o ai quadri elettrici, deve essere reso possibile soltanto a personale istruito o abilitato. Manuale di sistema, 11/2011, A5E

24 Configurazioni possibili dell's7 400H 3.1 Configurazioni possibili dell's7 400H La figura seguente mostra un esempio di configurazione di un S7 400H con periferia decentrata condivisa e collegamento a un bus ridondato. Nelle pagine seguenti vengono descritti i componenti software e hardware necessari al montaggio e al funzionamento di un S7 400H. Figura 3-1 Panoramica Ulteriori informazioni I componenti del sistema standard S7 400 vengono impiegati anche nei sistemi di automazione ad elevata disponibilità S7 400H. La descrizione dettagliata di tutti i componenti hardware dell's7 400 è disponibile nel manuale di riferimento Sistemi di automazione S7 400; Caratteristiche delle unità modulari. Lo sviluppo del programma utente e l impiego di blocchi in un sistema di automazione S7 400 ad elevata disponibilità sono assoggettati alle medesime regole previste per il sistema S7 400 standard. Attenersi alle descrizioni contenute nel manuale Programmazione con STEP 7 e nel manuale di riferimento Sistema di automazione S7 300/400; Funzioni standard e di sistema. 24 Manuale di sistema, 11/2011, A5E

25 Configurazioni possibili dell's7 400H 3.2 Regole per l equipaggiamento di una stazione H 3.2 Regole per l equipaggiamento di una stazione H Oltre alle regole generali valide per la disposizione di unità nell's7-400, osservare, per quanto concerne una stazione H, anche le seguenti indicazioni: Le unità centrali devono essere inserite rispettivamente negli stessi posti connettore. Le interfacce master DP esterne impiegate in modo ridondato o le unità di comunicazione, devono essere inserite rispettivamente negli stessi posti connettore. Le interfacce master DP esterne per i sistemi master DP ridondati, possono essere inserite soltanto nelle apparecchiature centrali e non in quelli di ampliamento. Le unità impiegate in modo ridondato (p. es. CPU 41x 4H, interfaccia slave DP IM 153-2) devono essere identiche ovvero presentare lo stesso numero di ordinazione e la stessa versione o stato di firmware. Manuale di sistema, 11/2011, A5E

26 Configurazioni possibili dell's7 400H 3.3 Sistema di base dell's7 400H 3.3 Sistema di base dell's7 400H Hardware del sistema di base Il sistema di base è costituito dai componenti hardware indispensabili per un controllore ad elevata disponibilità. La figura seguente illustra i componenti della configurazione. Il sistema di base può essere ampliato con unità standard dell S Sono tuttavia previste limitazioni per le unità di comunicazione e funzionali, consultare l appendice Unità funzionali e di comunicazione impiegabili nell's7 400H (Pagina 375). Figura 3-2 Hardware del sistema di base S7 400H Unità centrali L essenza dell è costituita dalle due unità centrali. Un interruttore sul lato posteriore della CPU consente di impostare i numeri dei telai di montaggio. Nel seguito la CPU sul telaio di montaggio 0 verrà definita CPU 0, la CPU sul telaio di montaggio 1 CPU 1. Telaio di montaggio per l's7 400H Il telaio di montaggio UR2-H consente la configurazione di due sistemi parziali separati dotati ciascuno di nove posti connettore e si addice al montaggio in armadi con dimensioni di ingombro di 19. In alternativa è possibile anche installare l's7 400H su due telai di montaggio distinti. In questo caso si consiglia l'impiego di telai di montaggio centrali UR1 o UR2. 26 Manuale di sistema, 11/2011, A5E

27 Configurazioni possibili dell's7 400H 3.3 Sistema di base dell's7 400H Alimentazione L'alimentazione richiede per ogni CPU H, ovvero per ognuno dei due sistemi parziali dell S7-400H, un alimentatore della gamma di sistema standard dell S L'incremento della disponibilità dell'alimentazione può essere realizzato collocando due alimentazioni ridondabili in ogni sistema parziale. Utilizzare in questo caso le unità di alimentazione PS 405 R / PS 407 R, che possono anche essere combinate nel sistema ridondante (PS 405 R con PS 407 R). Moduli di sincronizzazione I moduli di sincronizzazione consentono l'accoppiamento delle due unità centrali. Esse vengono montate nelle unità centrali e sono intercollegate tramite cavi a fibre ottiche. I moduli di sincronizzazione sono disponibili in due tipi, uno raggiunge una distanza massima di 10 m tra le due CPU, l'altro di 10 Km. I sistemi H richiedono l impiego di 4 moduli di sincronizzazione rispettivamente dello stesso tipo. I moduli di sincronizzazione sono descritti nel capitolo Moduli di sincronizzazione dell's7 400H (Pagina 279). Cavo a fibre ottiche I cavi a fibre ottiche collegano i moduli di sincronizzazione per l'accoppiamento di ridondanza tra le due unità centrali. Essi collegano a coppia rispettivamente i moduli di sincronizzazione superiori e inferiori. Le specifiche sui cavi a fibra ottica da impiegare in un sono riportate nel capitolo Scelta dei cavi a fibre ottiche (Pagina 285). Manuale di sistema, 11/2011, A5E

28 Configurazioni possibili dell's7 400H 3.4 Periferia per l's7 400H 3.4 Periferia per l's7 400H Per l S7 400H è possibile impiegare le unità di ingresso/uscita di SIMATIC S7. La periferia può essere impiegata nei seguenti dispositivi: apparecchiature centrali apparecchiature di ampliamento a livello decentrato mediante PROFIBUS DP. Le unità funzionali (FM) e di comunicazione (CP) impiegabili in un S7 400H sono elencate nell appendice Unità funzionali e di comunicazione impiegabili nell's7 400H (Pagina 375). Possibilità di configurazione della periferia Possibilità di configurazione previste per le unità di ingresso/uscita: Configurazione unilaterale ad un canale con disponibilità normale Nella configurazione unilaterale ad un canale le unità di ingresso/uscita sono presenti una sola volta. Le unità di ingresso/uscita sono situate in un preciso sistema parziale e vengono indirizzate soltanto da questo. Tuttavia, nella configurazione ridondata, entrambe le CPU sono collegate tra loro mediante l accoppiamento di ridondanza ed elaborano quindi il programma utente nel medesimo modo. Configurazione ad un canale condivisa con disponibilità elevata Nella configurazione decentrata, unilaterale, ad un canale, le unità di ingresso e uscita sono presenti una sola volta, tuttavia, esse sono accessibili ad entrambi i sistemi parziali. Configurazione ridondata a due canali ad elevata disponibilità Nella configurazione ridondata a due canali le unità di ingresso/uscita sono presenti in modo ridondato e accessibili ad entrambi i sistemi parziali. Ulteriori informazioni Informazioni dettagliate sull'impiego della periferia sono riportate nel capitolo Impiego della periferia nell's7 400H (Pagina 129). 28 Manuale di sistema, 11/2011, A5E