概述

• 用于构建故障安全型自动化系统，提高工厂的安全性

• 满足中等规模要求中有较高要求的CPU

• 可应用在对程序和处理速度又额外要求的应用中．

• 安全等级可达 SIL 3 (IEC 61508) 和 PL e (ISO 13849.1)

• 通过一个 CPU 即可胜任标准任务和安全任务

• CPU 414F-3 PN/DP 中的集成 PROFINET 功能

• 允许多处理器模式

• 通过采用 PROFIsafe 行规的 PROFIBUS DP 或 PROFINET IO 与分布式 I/O 设备进行安全通信

• 故障安全 I/O 模块可通过集成接口（带 CPU 416F-3 PN/DP 的 DP 和 PN）和/或通过通信模块（CP 443-5 Extended 和 CP 443-1 Adv.）进行分布式连接

• 标准模块的集中式和分布式使用，可满足非故障安全的应用

应用

CPU 414F-3 PN/DP 是一款可满足中等性能范围中有较高要求的 CPU。他们可以满足对程序容量和处理速度有较高要求的应用．故障安全型自动化系统设计，可提高工厂的安全需求。

集成 PROFIBUS DP 接口使其能够作为主站或从站直接连接到 PROFIBUS DP 现场总线。

可通过 IF 964-DP 接口模块连接一个附加的 DP 主站系统。

对于 CPU 414F-3 PN/DP 的 PROFINET 接口，其交换机功能允许外部访问两个 PROFINET 端口。除分层网络拓扑结构之外，还可以在新型 S7-400 控制器中创建总线形结构。

注：
只能使用 6ES7964-2AA04-0AB0 接口模块。

设计

CPU 414-3 PN/DP 的配置如下：

• 功能强大的处理器： 
  CPU 执行每条二进制指令时间仅为 0.045 μs。

• 4 MB RAM（其中程序和数据各使用 2 MB）；
  用于执行用户程序的快速 RAM。

• 灵活扩展：
  多达 131072 点数字量和 81932 点模拟量输入/输出。

• MPI 多点接口： 
  通过 MPI，可在高达 12 Mbit/s 的数据传输速率下，建立包含最多 32 个站的简单网络。 CPU 可与通信总线（C 总线）和 MPI 的站建立最多 32 个连接。

• 模式选择开关：
  拨动开关设计。

• 诊断缓冲区：
  最后的故障和中断事件保存在一个环形缓冲器中，用于进行诊断。可以对输入数目进行设定。

• 实时时钟： 
  日期和时间附加在 CPU 的诊断消息后面。

• 存储卡：
  用于对集成的装载存储器进行扩展。存储在装载存储器中的信息包括 S7-400 参数数据以及程序，因此需要 2 倍的存储空间。其结果是：
  

• 内置的装载存储器不能满足大程序量的要求，因此需要存储卡。可使用 RAM 和 FEPROM 卡。

• PROFIBUS-DP 接口和组合的MPI/DP 接口：
  通过 PROFIBUS DP 主站接口，可以实现分布式自动化组态，从而提高了速度，便于使用。对用户来说,分布式I/O单元可作为一个集中式单元来处理(相同的组态、编址和编程).
  混合组态：SIMATIC S5和SIMATIC S7可以作为PROFIBUS主站符合EN 50170规范。

• 附加模块插槽：
  可用 IF 964-DP 接口子模板进行连接到一个附加的 PROFIBUS DP 主站系统。

• PROFINET 接口，带 2 个端口（交换机）：
  

• PROFINET I/O，可连接 256 个 IO 设备

• PROFINET CBA（基于组件的自动化）

功能

• 块保护：
  通过密码保护用户程序，未经授权无法访问。

• 集成 HMI 服务: 
  对于 HMI 设备，用户只需指定数据源和数据目标。数据将由程序自动循环传输。

• 集成通信功能：

• 编程器/OP 通信

• 全局数据通信

• S7 基本通信

• S7 通信

• 通过网络更新固件

• 通过 TCP/IP、UDP 和 ISO-on-TCP (RFC1006) 进行开放式通信

• 在基于组件的自动化中实现分布式智能系统 (PROFINET)

• 通过集成的 web 服务器获得附加诊断功能

可参数化的特性

可使用 STEP 7 工具“Hardware Configuration”对 S7-400（包括 CPU）的性能和响应进行编程，如：

• MPI 多点接口：

• 定义站地址。

• 启动/循环行为。

• 定义最大循环时间和通信负荷。

• 地址分配： 
  I/O 模块的编址。

• 保持区域：
  定义具有保持特性的位存储器、计数器、定时器、数据块和时钟存储器的数量。

• 过程映像，局部数据的大小。

• 诊断缓存区的长度。

• 保护等级： 
  定义程序和数据访问授权。

• 系统诊断： 
  定义诊断报文的处理及范围。

• 循环中断： 
  设定周期。

• PROFINET 接口

• 通过 NTP 协议对时间同步进行参数化

显示功能与信息功能

• 状态和故障指示灯：
  LED 可指示出内部和外部故障和运行状态，如 RUN（运行）、STOP（停止）、调试和测试功能等。

• 测试功能： 
  可使用编程设备显示程序执行中的信号状态，不考虑用户程序而修改过程变量，输出堆栈存储器的内容，运行各个程序步骤，并禁用程序组件。

• 信息功能： 
  用户可获取有关 CPU 的存储器容量和运行模式以及 RAM 和装载存储器的当前利用率方面的信息。

通信

中央控制器与故障安全 ET 200 模块之间的安全通信和标准通信是通过 PROFIBUS DP 和/或 PROFINET 完成的。通过特别开发的 PROFIBUS profile PROFIsafe，可以在标准数据报文中传输带有安全功能的用户数据。无需其它硬件组件（例如专用安全总线）。必要的软件已经或者作为扩展集成在硬件组件之中，或者作为认证软件块重载至CPU内。

操作模式

F-CPU 的安全功能包含在 CPU 的 F 程序中以及故障安全信号模块中。

信号模块采用差异分析方法和测试信号注入技术实现输出和输入信号的监控。

借助周期性自检、指令检测、程序逻辑检测和程序顺序流检测等方法，CPU可以检测控制器是否工作正常。此外，通过“活跃标志（sign-of-life）”请求，还可以对I/O进行检测。

若判定系统中存在故障，则将该系统切换至安全状态。

CPU 414F-3 PN/DP 的运行不需要 F 运行版授权。

编程

CPU 414F-3 PN/DP 的编程方法与 SIMATIC S7 系统的编程方法相同． 使用现场实证过的编程工具，例如STEP 7，创建用于非故障安全工厂区段的用户程序。

选件包 SIMATIC S7 Distributed Safety (Classic) 和SIMATIC Safety Advanced V12 (TIA Portal V12)

STEP 7 选件包“SIMATIC S7 Distributed Safety”(Classic) 或 SIMATIC Safety Advanced V12 (TIA Portal V12) 用于对与安全型程序段进行编程。选件包中包括所有用来创建 F 程序的所有功能和块。

具有安全功能的 F 程序以 F_FBD 或 F-LAD 方式进行连接，或利用 F 功能库中的特殊功能数据块进行连接。使用 F FBD 或 F LAD 可提供跨系统的统一表示，因而简化系统的组态和编程以及验收测试。无需借助额外的功具，程序员就可以完全专注于编制安全相关的应用程序。

技术规范