S7-400H 由通過(guò)光纖電纜同步的兩個(gè)冗余組態(tài)子系統(tǒng)組成，這兩個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成了一個(gè)容錯(cuò)自動(dòng)化系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于“主動(dòng)冗余”原理使用雙通道(2選1)結(jié)構(gòu)進(jìn)行操作。
冗余系統(tǒng)架構(gòu)如下圖：
該系統(tǒng)硬件安裝所需的模塊：
1. S7-400H系統(tǒng)組件：
1個(gè)UR2–H機(jī)架（機(jī)架UR1、UR2）
2個(gè)PS407 10A電源單元
2個(gè)H–CPU
4個(gè)同步模塊(用于鏈接兩個(gè)CPU，安裝在CPU中并通過(guò)光纜互連)
2根光纜
2.一個(gè)帶有源背板總線的ET 200M分布式I/O設(shè)備，其配有
2個(gè)IM153–2
1個(gè)數(shù)字量輸入模塊SM321 DI 16 x DC24V
1個(gè)數(shù)字量輸出模塊SM322 DO 16 x DC24V
3.所有必需的附件，例如，PROFIBUS 電纜
說(shuō)明：
1.機(jī)架號(hào)通過(guò)CPU背面的開(kāi)關(guān)來(lái)設(shè)置（默認(rèn)為0），設(shè)置不正確會(huì)影響在線通信，CPU也可能無(wú)法正常啟動(dòng)。
2. 務(wù)必將CPU的兩個(gè)上游同步模塊與兩個(gè)下游同步模塊互連，敷設(shè)光纖電纜。在接通電源或系統(tǒng)前，務(wù)必將光纖電纜連接到這兩個(gè)CPU，否則兩個(gè)CPU都會(huì)作為主CPU來(lái)執(zhí)行用戶程序。
3. 將編程設(shè)備連接到第一個(gè)容錯(cuò)CPU(CPU0)，該CPU將成為S7-400H的主CPU。
4. 上電后執(zhí)行高質(zhì)量RAM測(cè)試，該過(guò)程大約需要10分鐘，期間不能訪問(wèn)CPU，且STOP LED燈會(huì)一直閃爍，若使用備用電池，以后通電時(shí)將不再執(zhí)行此測(cè)試。
主從站分配：
一般來(lái)說(shuō)，兩個(gè)CPU具有相同的權(quán)限，因此任何一個(gè)CPU都可作為主CPU或備用CPU。
1. 首次接通S7-400H的電源時(shí)，先啟動(dòng)的CPU進(jìn)入主站模式，而伙伴CPU進(jìn)入備用站模式。
2. 兩個(gè)CPU同時(shí)上電時(shí)，將保持預(yù)設(shè)的主站/備用站分配。
3. 以下情況，主站/備用站分配將發(fā)生更改：備用CPU在主CPU之前啟動(dòng)(時(shí)間間隔至少3 秒)；在冗余系統(tǒng)模式下，主CPU發(fā)生故障或進(jìn)入STOP模式；在ERROR-SEARCH模式下并未發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤。
同步：
主CPU與備用CPU通過(guò)光纖電纜鏈接，并通過(guò)此鏈接保持事件同步程序執(zhí)行。
在下列情況下，同步主從CPU：直接訪問(wèn)I/O；發(fā)生中斷；更新用戶定時(shí)器；通信功能修改了數(shù)據(jù)。西門(mén)子采用事件同步，同步周期比定時(shí)同步稍短。
自動(dòng)CPU同步的鏈接備份過(guò)程如下圖所示：
S7-400H及CPU的系統(tǒng)狀態(tài)與運(yùn)行狀態(tài)如下表所示：
說(shuō)明：
1.若啟動(dòng)成功，主CPU(CPU0)將切換到單模式，單獨(dú)執(zhí)行用戶程序。在向LINK-UP 系統(tǒng)模式過(guò)渡期間，無(wú)法通過(guò)“監(jiān)視”選項(xiàng)打開(kāi)任何塊，且不能激活任何變量表。
2. 若備用CPU (CPU1)請(qǐng)求LINK-UP，主CPU和備用CPU將比較它們的用戶程序。如果發(fā)現(xiàn)用戶程序之間存在差異，主CPU會(huì)更新備用CPU的用戶程序。
3. 鏈接成功后，開(kāi)始更新，主CPU會(huì)更新備用CPU的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)(包括輸入、輸出、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、位存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)塊）。更新后，兩個(gè)CPU的存儲(chǔ)器將具有相同的內(nèi)容。
4. 更新后，主CPU和備用CPU都處于RUN模式，兩個(gè)CPU彼此同步地處理用戶程序。
5.當(dāng)系統(tǒng)處于單模式、鏈接、更新、冗余狀態(tài)時(shí)，主CPU處于RUN模式，并以單模式執(zhí)行用戶程序。
6.在冗余系統(tǒng)模式下運(yùn)行時(shí)，主CPU和備用CPU始終處于RUN模式。兩個(gè)CPU同步執(zhí)行用戶程序，并互相執(zhí)行檢查。在該模式下，不能使用斷點(diǎn)測(cè)試用戶程序，且互連的模塊必須是一對(duì)相同的模塊。
7. HOLD模式具有特殊的作用，只能用于測(cè)試目的，處于該模式的S7-400H CPU的行為與標(biāo)準(zhǔn)S7-400 CPU的行為一致，容錯(cuò)CPU不能進(jìn)行鏈接和更新操作，備用CPU保持STOP模式并輸出一條診斷消息。
8. 只能從冗余系統(tǒng)模式進(jìn)入ERROR-SEARCH模式，當(dāng)系統(tǒng)處于冗余狀態(tài)，自檢例程會(huì)比較主CPU和備用CPU，并在發(fā)現(xiàn)差異時(shí)報(bào)告錯(cuò)誤，故障排除期間，退出冗余系統(tǒng)模式，另一個(gè)CPU成為主站并在單模式下繼續(xù)工作。
I/O的控制權(quán)問(wèn)題：
在任何給定時(shí)刻，容錯(cuò)系統(tǒng)都只使用從站中的一個(gè)接口。激活接口由相應(yīng)IM153-2或IM157上的ACT LED指示。在S7–400H中使用I/O通過(guò)當(dāng)前活動(dòng)接口(IM153-2或IM157)的路徑稱為主動(dòng)通道，通過(guò)另一接口的路徑稱為被動(dòng)通道。DP周期始終在兩個(gè)通道上都處于活動(dòng)狀態(tài)。但只有主動(dòng)通道的輸入和輸出值才會(huì)在用戶程序中進(jìn)行處理或輸出到I/O。
特點(diǎn)：
1.平穩(wěn)的主從切換，切換時(shí)間<100ms，切換期間輸出保持，信息或者報(bào)警/中斷不會(huì)丟失，實(shí)現(xiàn)無(wú)擾切換
2.自動(dòng)事件同步，保證所有的信息，報(bào)警或中斷不丟失
3.下載時(shí)，程序自動(dòng)復(fù)制到兩個(gè)CPU中
4.在線維修，在運(yùn)行狀態(tài)下，可隨意換下所有部件，維修后CPU自動(dòng)進(jìn)入冗余狀態(tài)
5.所有冗余功能由CPU處理不需要用戶處理
6.與主控制器的距離可高達(dá)10km
I/O冗余
1.中央和擴(kuò)展設(shè)備中的I/O冗余
信號(hào)模板成對(duì)安裝在 CPU 0 和 CPU 1 子系統(tǒng)中，如下圖所示：
當(dāng)一個(gè)CPU因故障掉電時(shí)，連接的I/O模塊被認(rèn)為故障而不能被識(shí)別。
2.單邊DP 從站中的I/O冗余
信號(hào)模板成對(duì)安裝在帶有有源底板總線的分布式I/O設(shè)備ET200M中，如下圖所示：
當(dāng)其中一個(gè)從站PROFIBUS斷線或主站CPU因故障掉電時(shí)，連接的I/O模塊被認(rèn)為故障而不能被識(shí)別。
3.切換式DP 從站中的I/O冗余
信號(hào)模板成對(duì)安裝在帶有有源底板總線的分布式I/O設(shè)備ET200M中，如下圖所示：
在這種方式下，即使連接I/O從站CPU故障也不會(huì)影響I/O模塊的可用性。
4.單機(jī)模式H CPU中的I/O冗余，連接方式如下圖所示：
當(dāng)主站CPU因故障而停機(jī)時(shí)，I/O冗余不能實(shí)現(xiàn)。
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