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

Siemens 6ES7412-3HJ14-0AB0 | SIMATIC S7-400H CPU 412-3H — Redundante CPU met hoge beschikbaarheid, 768KB geheugen, 1 MPI/DP + 2 Sync-interfaces, S7-400H en S7-400F/FH

Overzicht

De Siemens 6ES7412-3HJ14-0AB0 is de CPU 412-3H — de centrale verwerkingseenheid van het SIMATIC S7-400H high-availability controller systeem. Een enkele 6ES7412-3HJ14-0AB0 unit kan niet alleen functioneren in zijn beoogde rol.

Het vereist een tweede identieke CPU, en de twee werken samen in een redundant paar: beide CPU's draaien tegelijkertijd hetzelfde programma, beide verwerken dezelfde ingangen, en hun uitgangen worden synchroon vergeleken.

Als één CPU uitvalt, neemt de andere naadloos het over, en gaat door met het proces zonder de geringste verstoring zichtbaar voor het gecontroleerde proces.

Deze hardware-redundantie is het bepalende kenmerk van de S7-400H en de reden dat het bestaat als een apart platform van de standaard S7-400. In de meeste fabrieksautomatisering veroorzaakt een PLC-storing dat een machine stopt — ongemakkelijk en kostbaar, maar herstelbaar.

In continue procesinstallaties — raffinaderijen, chemische reactoren, energieopwekking, waterzuivering — kan een controllerstoring leiden tot procesverlies, productverontreiniging, schade aan apparatuur of veiligheidsrisico's.

De kosten van een enkele ongeplande stilstand kunnen oplopen tot honderdduizenden dollars aan verloren productie, en een herstart na een ongeplande stilstand kan uren duren. Systemen die deze processen aansturen, kunnen zelfs korte controlleronderbrekingen niet tolereren, daarom is de S7-400H vanaf de grond opgebouwd voor continue werking bij elke enkele hardwarefout.

De CPU 412-3H is de instapmodel H-CPU in het S7-400H-bereik — met 768KB totaal geheugen (512KB programma, 256KB data) met MPI/DP-communicatie.

Voor grotere programma's of toepassingen die meer dataopslag vereisen, bieden de grotere CPU 414-3H (6ES7414-3HM14-0AB0) en CPU 417-4H (6ES7417-4HL14-0AB0) progressief groter geheugen en extra interfaces.

Belangrijkste specificaties

De synchronisatiearchitectuur — Hoe twee CPU's één fouttolerante systeem worden

Het ontwerp met drie interfaces van de CPU 412-3H weerspiegelt de technische eisen van hardware-redundantie.

De enkele MPI/DP-interface verzorgt normale automatiseringscommunicatie — de CPU verbinden met PROFIBUS DP-veldapparaten, met programmeerterminals, met HMI-panelen en met andere PLC's in het fabrieksnetwerk. De twee synchronisatie-interfaces zijn toegewijd aan communicatie tussen CPU's.

De twee sync-module-interfaces op elke CPU 412-3H worden aangesloten op synchronisatiemodules (IM 460-4, 6ES7460-4AA01-0AB0) die de fysieke datacommunicatieverbindingen vormen tussen de twee redundante CPU-racks. Er worden twee onafhankelijke sync-verbindingen gebruikt — niet één — omdat het synchronisatiekanaal zelf redundant moet zijn.

Een enkele storing in de sync-kabel zou anders de volledige redundantiefunctie uitschakelen. 

Met twee onafhankelijke sync-paden kan het paar CPU's via elk pad onafhankelijk synchroniseren, en een storing in één sync-pad genereert een onderhoudsalarm zonder een overschakeling te forceren.

De sync-communicatie draagt alle statusinformatie die nodig is om beide CPU's identiek te houden: elke uitgangsstatus, elke timer- en tellerwaarde, elke geheugenbit — bijgewerkt bij elke programma-scan.

Deze naadloze synchronisatie maakt een echte overschakeling (geen herstart) mogelijk wanneer één CPU uitvalt: de overlevende CPU heeft al alle actuele gegevens en gaat verder met de uitvoering vanaf precies waar de uitgevallen CPU gebleven was.

S7-400H en S7-400F/FH — Redundantie en veiligheid gecombineerd

De 6ES7412-3HJ14-0AB0 is compatibel met twee systeemconfiguraties:

S7-400H (Hoge beschikbaarheid): De standaard redundante configuratie — twee CPU's die parallel werken, fail-over bij hardwarefout, beoogde beschikbaarheid in het bereik van 99,99% of beter.

Het H-systeem richt zich op beschikbaarheid (het proces draaiende houden), maar niet op functionele veiligheid (het voorkomen van gevaarlijke processtatussen).

S7-400F/FH (Failsafe Hoge beschikbaarheid): Combineert hardware-redundantie met IEC 61508-gecertificeerde functionele veiligheid.

Het F/FH-systeem voegt veiligheid-gecertificeerde F-modules en veiligheidsprogrammablokken toe die de safety instrumented functions (SIF) implementeren die vereist zijn voor processen in gevaarlijke gebieden. 

Wanneer zowel beschikbaarheid (geen ongeplande stilstand) als functionele veiligheid (SIL 1/2/3 gecertificeerde bescherming) in dezelfde controller vereist zijn, adresseert de S7-400F/FH beide tegelijkertijd. Deze configuratie is gebruikelijk in de olie- en gas-, chemische en nucleaire industrieën waar procesgevaren gecertificeerde veiligheidsbescherming vereisen naast continue werking.

Geheugenconfiguratie — 512KB programma, 256KB data

De geheugensplitsing — 512KB voor programma en 256KB voor data — weerspiegelt de typische werkbelastingsbalans in de continue procesbesturingstoepassingen waar de S7-400H zich op richt. Procesautomatiseringsprogramma's zijn doorgaans groter dan vergelijkbare discrete automatiseringsprogramma's omdat ze bevatten:

Uitgebreide analoge signaalverwerking (schalen, filteren, alarmgrenswaarde-evaluatie voor tientallen of honderden procesvariabelen), complexe besturingsalgoritmen (cascade PID-regelaars, ratio-regelaars, geavanceerde procesbesturing), grote datastructuren voor integratie met proceshistorici (bufferen van meetgeschiedenissen vóór verzending naar SCADA), en uitgebreide diagnostische en alarmbeheerroutines die de fabrieksconditie gedetailleerd aan operatoren rapporteren.

Het 512KB programmageheugen biedt ruimte aan deze complexe programma's. Voor zeer grote installaties breidt de toevoeging van laadbare functieblokken (FB's) op geheugenkaarten de effectieve programmagrootte uit tot buiten de ingebouwde geheugenlimiet.

Veelgestelde vragen

V1: Schakelt de S7-400H automatisch over naar de standby CPU wanneer de master uitvalt, en hoe snel is de overschakeling?

Ja, de overschakeling is automatisch en vereist geen operatorinterventie. Wanneer de actieve (master) CPU een storing in zichzelf detecteert, signaleert het de standby CPU om het over te nemen. De standby CPU — die hetzelfde programma met dezelfde data synchroon heeft gedraaid — gaat ononderbroken verder met de uitvoering.

De overschakeltijd in een correct geconfigureerd S7-400H-systeem ligt binnen de PLC-scancycletijd, doorgaans in het bereik van enkele milliseconden, wat onmerkbaar is voor veldapparaten en procesinstrumentatie.

Er gaan geen proceswaarden verloren, er veranderen geen uitgangen van status door de overschakeling zelf, en er is geen handmatige herstart nodig.

V2: Kan de S7-400H worden onderhouden — modules vervangen of firmware bijwerken — terwijl het proces draait?

Ja. De redundante architectuur van de S7-400H ondersteunt online onderhoud — het vervangen van defecte modules in één CPU-rack terwijl de andere blijft draaien en het proces aanstuurt.

Dit betekent dat hardware-onderhoud tijdens de productie kan worden uitgevoerd, waaronder: het vervangen van een defecte CPU (de 6ES7412-3HJ14-0AB0 zelf), het wisselen van voedingen, het vervangen van I/O-modules en het bijwerken van firmware — allemaal zonder het proces te stoppen. 

Na onderhoud wordt het gerepareerde rack automatisch gesynchroniseerd met het draaiende rack.

Deze online onderhoudbaarheid is het belangrijkste operationele voordeel van het H-systeem ten opzichte van simpelweg een hot standby bieden.

V3: Is de CPU 412-3H direct compatibel met standaard S7-400 I/O-modules en communicatiemodules?

Ja. De S7-400H CPU-racks accepteren standaard S7-400 signaalmodules (SM's), communicatieprocessors (CP's) en functiemodules (FM's), onderhevig aan beperkingen in de redundantiemodus.

In H-modus bedrijf moeten modules die in beide racks zijn geïnstalleerd identiek zijn, en sommige moduletypes (met name FM's met communicatiebusfuncties) vereisen specifieke H-compatibele versies. 

Standaard S7-400 I/O-modules (SM421, SM422, SM431, SM432-serie) zijn compatibel en worden veel gebruikt. De volledige compatibiliteitslijst is gedocumenteerd in de S7-400H systeemhandleiding.

V4: Hoe wordt de S7-400H geprogrammeerd — is speciale software vereist naast STEP 7?

De S7-400H gebruikt STEP 7 als programmeeromgeving, met de toevoeging van de S7-REDCONNECT-bibliotheek.

De REDCONNECT-software biedt de functieblokken en configuratietools voor het instellen van de redundante communicatieverbindingen (verbindingen tussen het H-systeem en PROFIBUS/PROFINET-slaven, SCADA-systemen, enz.) op een manier dat beide CPU's het communicatiepad tegelijkertijd kunnen beheren, met automatische fail-over van communicatieverbindingen naast CPU-fail-over.

Zonder REDCONNECT zal het H-systeem nog steeds standaard STEP 7-gebruikersprogramma's draaien, maar de redundante communicatieconfiguratie-functies zullen niet beschikbaar zijn.

V5: De CPU 412-3H is niet meer in productie. Wat is het aanbevolen migratiepad van Siemens?

Siemens beveelt het SIMATIC S7-1500H-systeem aan (met name de CPU 1513H-1 PN en CPU 1517H-3 PN) als de vervanging van de huidige generatie voor de S7-400H.

De S7-1500H biedt equivalente hardware-redundantie met aanzienlijke verbeteringen in prestaties (snellere scancycli, hoger geheugen), native PROFINET IO-redundantie, integratie met TIA Portal engineering, en een aanzienlijk compactere fysieke voetafdruk.

Migratie van S7-400H naar S7-1500H is een hardware- en softwareproject — het STEP 7-programma moet worden gemigreerd naar TIA Portal, en de hardwareconfiguratie moet opnieuw worden opgebouwd voor het nieuwe platform — maar Siemens biedt migratietools en -diensten om de overgang te ondersteunen.