S7-300/400 CPU 后备电池的使用

发布日期:2013-11-15 00:00

无标题文档

S7-300/400 CPU 后备电池的使用

S7-300/400 CPU Backup Battery Application

 

摘 要

本文档主要用于讨论以下相关问题:
后备电池的主要用途。
后备电池在 S7-300CPU 中更换时的注意事项。
后备电池在 S7-400CPU 中更换时的注意事项以及指示灯含意。
后备电池应用时的常见问题
后备电池的后备时间,以及如何计算后备时间。
关键词
电池;后备电池;S7-300CPU 电池;S7-400CPU 电池;后备电流

Battery;Backup Battery;S7-300CPU battery;S7-400CPU battery; Backup curren

1. 后备电池的应用

1.1 后备电池的主要用途

对于 S7300/400 CPU 来讲,后备电池主要有以下作用:

备份并保存用户程序。当外部电源切断后,系统中所设置的参数、系统时钟和RAM卡

中的数据可以通过后备总线得以保存,当然保存的时间必须是在电池可以提供的最长时间之内。

用于保持性存储器的位存储器、计数器、定时器、系统数据以及变量数据块中的数据。

提供在电源上电后CPU的重启功能。

1.2 相关设备的后备电池(锂电)订货号

S7/C7后备电池(锂电)订货号(以下产品型号仅供参考,具体型号以最新选型样本为准:

下图 1-1 中为常用的后备电池图片,仅供参考(不同批次的电池外表颜色可能不同


注意:图中的普通电池不能用于 CPU。

图 1-1

 

以下设备不需要后备电池:

*带 MMC 卡的 S7-300 系列 CPU 和 CPU 31x IFM。

*所有 S7-200 系列的 CPU。对 S7-200 CPU 来讲,电池卡只是可选的;CPU 集成的高

性能电容器会在短时间电源故障的情况下缓存数据。只有当电容器没有电能存储时,后

备电池才会起作用。电容的后备时间(或周期)由 CPU 决定。

*使用 MMC 卡的 C7 设备,如:C7-613,C7-621, C7-635,C7-636 等。

1.3 后备电池在标准型 S7-300 CPU 中的应用
对于标准型 CPU 即采用 Flash EPROM 卡的 CPU,为了保持系统时钟和位存储器(M)、计
数器(Count)、定时器(Timer)、系统数据(System Data)以及数据块(DB),需要安装后备电
。此类 CPU 正逐步被新型免维护的 CPU(即使用 MMC池(订货号为:6ES7971-1AA00-0AA0)
卡的 CPU)所取代。
此外可充电的后备时钟电池(订货号为:6ES7971-5BB00-0AA0)在标准型 S7-300 CPU
(CPU314 或 CPU314 以上具有硬件时钟的 CPU)中也可以使用。但该后备时钟电池在 CPU 断电
后仅能后备 CPU 的内部时钟,不能对 CPU 中的程序和数据进行后备。也就是说如果仅使用后备
时钟电池而没有使用后备电池(订货号为:6ES7971-1AA00-0AA0) 当 CPU 断电后仅有 CPU 的,
时钟是保持的,用户程序将丢失。
对于新型 S7-300 CPU ,它是属于免维护的自动化系统,采用 MMC 卡作为装载存储器,CPU
掉电时,会自动将工作存储器中的数据拷贝到 MMC 卡中,并保存 DB 块中的数据 ,此类新型 CPU
不使用后备电池。
关于S7-300 存储卡的更多的信息及数据保存问题请参考网上课堂文档编号为 311 “S7-300
CPU存储器介绍与存储卡的使用”。

1.3.1
标准型 S7-300 CPU 中后备电池的更换

图 1-2

更换步骤:
1. 打开 CPU 前盖。
2. 用螺丝刀把旧的后备电池拉出电池盒。
3. 凹槽向左把新的电池的连接器插入电池盒,并把电池推入电池盒。
4. 盖上 CPU 前盖。

注意:只能在系统通电时才能更换后备电池,否则,用户存储器区的数据就会丢。

如果使用的是后备时钟电池而不是后备电池,则 CPU 在 RUN 状态是不能更换后备时钟电池
的,且如果发生电源故障,只有硬件时钟的时间日期值会被保存(如果没有使用后备电池),此
时 CPU 上的“BATF”指示灯亮。后备时钟电池只能在标准型 S7-300 CPU 中使用(CPU314 和
CPU314 以上的带有硬件时钟的 CPU)。
使用 MMC 卡的 CPU 不需要后备电池或后备时钟电池。当电源断电后,CPU 内部的硬件时钟
还能保持继续运行,但其连续运行时间的典型值为 6 周(当环境温度为 40℃时)。
更换周期:后备电池使用一年后,建议进行更换。
当 CPU 上的“BATF”指示灯亮时则必须更换电池,否则断电后程序将丢失。

1.4 后备电池在 S7-400CPU 中的应用
对于 S7-400CPU,电池用于保证用户程序在断电情况下不丢失,对于使用 RAM 卡扩展装载
内存的用户,要想使 CPU 断电后保留程序则必须使用后备电池。另外也可使用外部电池(5~15V
直流电源)来实现这种备份,可将外部电池连接到 CPU EXT.BATT 端子,也可通过接收 IM 上的
EXT.BATT 插座来为扩展机架中的模块供电。
S7-400CPU 中的后备电池安装在电源模块中。当外部电源切断后,系统中所设置的参数和
RAM 卡中的数据可以通过后备总线得以保存,当然保存的时间必须是在电池可以提供的最长时间
之内。注意:安装在电源模块中的电池只能使用西门子专用锂电池。
1.4.1S7-400CPU 中后备电池的更换

 

图 1-3

更换步骤:
1. 打开电源模板前盖
2. 用带子把电池拉出电池盒
3. 插入新电池,并注意电池极性
4. 设定BATT.INDIC开关 (是否监视后备电池状态的选择开关)
BAT位置:用于单槽宽度电源模板,监视电池后备状态。
1BAT位置:在双槽或三槽宽度电源模板中,监视一个电池的后备状态。
2BAT位置:在双槽或三槽宽度电源模板中,监视两个电池的后备状态。
OFF 位置:不监视电池的后备状态。
用电源模板上的故障消息复位按钮(FMR)复位报错信息
关上电源盖

注意:只能在系统通电或已经连接外部电池时才能更换电池,否则,CPU 内的用户程序将
会丢失(对于使用 RAM 卡的 CPU )。

更换周期:计算 S7-400 CPU 的后备时间并根据该时间更换备用电池。

S7-400CPU 中后备电池的指示灯及开关

 

LED “BAF” : 电池故障,红色指示灯。如果背板总线上的电池电压太低,此LED就变亮。例如:
没有装电池或在没有外部电池时电池电压过低。
LED “BATT1F/ BATT2F”:电池1故障/ 电池2故障,黄色指示灯。当电池极性接反时或电池不存
在或电池放电过半时,该LED就点亮。
FMR 开关:故障解除后用于确认和复位故障信息的开关。

BATT.INDIC 开关:只是用于选择是否进行电池状态监视。可以选择1个电池监视、两个电池监视
或不监视电池后备状态。不管该监视开关选择什么位置, 也仅有一个电池在提供后备电
流(即使实际安装2个后备电池)。例如,对于可以插入2块后备电池的电源模块,如果在
双槽电源模板上使用2块电池,即使此时开关选择到2BATT位置,也只有第一个槽中的后
备电池起后备作用,第二槽中的电池是第一槽中电池的后备。也就是说,在第1块电池没
有耗尽电能之前,另外1块电池始终作为备用,不提供后备电流;只有当第1块电池耗尽电
能后,另外1块电池才开始提供后备电流。
1) 安装 1 块后备电池的单槽电源模板:
BATT 开关位置
后备电池的状态是被监控的。如果背板总线上检测到低电压或没有安装后备电池,BAF
指示灯点亮。OB81 在 CPU 中被调用。
OFF 开关位置
后备电池的状态不被监控。即使后备电池没电,LED“BAF”指示灯也不会点亮。如果
正在使用的电池处于良好工作状态,发生电源故障断电后,即使选择了 OFF 设置,后备电
池依然能提供后备电流。

2) 安装两块后备电池的电源模板:

2 BATT 开关位置
两块后备电池的状态均被监控。如果背板总线上检测到低电压,或没有安装后备电池
LED“BAF”指示灯点亮,同时对应的 LED“BAF1F” 、“BAF2F”指示灯将点亮,OB81 在
CPU 中被调用。例如, 若第一槽中没有安装后备电池或电池没电,第二槽的后备电池状
态良好,LED“BAF1F 将点亮。详细的指示灯状态参见电源模板电池指示灯状态(表 1-1)。

1 BATT 开关位置
只有左侧的后备电池(BATT.1)状态被监控。 如果背板总线上检测到低电压,BAF,
BAF1F 指示灯点亮。 2 个电池即使没有没电或故障,第LED “BAF2F”指示灯也不会点亮。
OB81 在 CPU 中被调用。如果装有第 2 块电池,且第 2 个电池处于良好的工作状态,在第
1 块电池出现故障的情况下第 2 块电池会自动提供后备电流。

OFF 开关位置
备后备电池的状态不被监控。当电池没电时“BAF”、LED”BAF1F” 、“BAF2F”指示灯
都不会点亮,如果正在使用的电池处于良好工作状态,在此设置下发生电源故障的情况下
它也用作备用

电源模板电池指示灯状态(如表 1-1)

2,后备电池应用时的问题
2.1 除去锂电池的钝化层
后备电池采用锂电池(锂/亚硫酰氯),可存放十年。在使用这种技术的锂电池在开发了专用的
钝化膜用来长时间存储。后备电池长时间不使用时会出现钝化膜,它会影响电池的即时功能。在
特定的环境下当电源单元打开时这会导致错误信息(这也是为什么尽管插入一块新的备用电池还
出现电池故障信号的原因)。S7-400 的电源单元通过指定的电池加载可以清除锂电池的钝化膜。
这一过程会持续几分钟。当钝化膜被清除且锂电池达到其额定电压时,可以使用 FMR 按钮来确认
电源单元的错误消息。
由于锂电池的存储时间通常不可知,推荐以下步骤去除钝化膜:
1)在电池盒中放入备用电池/电池组。
2)用故障信息复位按钮“FMR”按复位电源单元的所有电池故障信息。
3)如果不能复位电池故障,等几分钟后再试。
4)如果还是不能复位电池故障,拔出电池(组)并将它们短路 1~3 秒(最多三秒)。
5)重新插入电池/电池组,并用 FMR 按钮再次尝试确认。

如果所显示的电池故障信息消失,电池(组)可以准备使用,如果所显示的电池故障信息不
消失, 则电池(组)没电。
3,S7-400CPU 后备电池的后备时间问题
最大的后备时间取决于后备电池的容量和机架上所需的后备电流,而后备电流是在电源切断
后,系统所需的后备电流的总和,比如电源模板、CPU 模块、RAM 卡、Profibus DP 接口模板 IM467
或 IM467 FO 等等。另一方面,在计算最大后备时间时,不能使用 100%的额定电池容量作为计算
值,因为后备电池在电源模块通电的情况下会被去钝 (de-passivation),达不到 100%的利用率。
在实际操作中,我们一般选择额定容量的 63%作为典型计算值。
3.1 计算后备时间的例子
现以包含一块PS407 10A电源模块和一块CPU 416-2模块,并且使用2块后备电池的系统作为
例子,说明如何进行后备时间的计算:
电池的额定容量:1.9Ah
后备电池的计算值: 额定容量的 63%

CPU 416-2 所需的后备电流(典型值): 550 µA
电源模板所需的后备电流(最大值): 100 µA (当没有外部供电时电源模块所需的后
备电流)
最大的后备时间 = 实际总的电池容量 / 所需总的后备电流
实际总的电池容量 = 2*1.9Ah*63%
所需总的后备电流 = 100 µA+550 µA=650 µA
最大的后备时间 = 2.4Ah / 650 µA = 3692 小时 =154 天
经过计算可以知道,如果使用 2 块后备电池,并且只有 1 块 PS407 10A 电源模块和 1 块
CPU416-2 模块,那么所能提供的最大后备时间为 154 天。
请注意:上述的后备时间计算方式仅仅是一个粗略的估算方式。
基于上述的计算方式,你可以下载如下以 ZIP 文件提供的一个后备时间计算器(htm 文件格式).

附件 1: calculator.zip ( 1 KB )

3.2 新旧 CPU 后备电流参数对比
CPU 典型的后备电流是一个经验定义值。而最大后备电流则是加上了包括存储模块相关制造
商的详细产品说明等因素后计算出最坏情况下的电流值。
3.2.1 新旧 CPU 后备电流数值对比
CPU 版本 V5.x 后备电流参数

RAM卡的后备电流数值:

 

电源模块的后备电流数值:

 

接口模块的后备电流数值:

3.2.2 新旧 CPU 最大后备时间列表(灰色背景的为版本低于 V4.0 的 CPU 参数)
依据 FY04/05 发布的版本 V4.0 S7-400 CPU 的技术规格,它比旧的 CPU(版本低于 V4.0)需要
更大的后备电流,后备电池的后备时间有所缩短,具体对比如下表:
计算方法与3.1章节中例子的计算方法一致,并且没有包括外部RAM卡的后备电流)

 

注意:上面表格中所列出的最大后备时间仅仅是电源模块中包含1块后备电池,如果电源模块包含
2块后备电池,那么后备时间将是列表中所列最大后备时间的两倍。
3.3 对于 S7-400CPU 版本为 V4.x 的后备电池使用的建议
依据 S7- 400 CPU 版本 V4.X 的技术规格,它比旧的 CPU 需要更大的后备电流(具体参数见
3.2.1 章节新旧 CPU 后备电流数值对比),后备电池的后备时间有所缩短(具体参数见 3.2.2 章节
新旧 CPU 最大后备时间列表)。所以对于 S7-400 CPU 后备电池的使用有以下建议:

1.为了延长后备时间,在选择电源模块时最好选用能够安装2块后备电池的电源模块。

2.按照后备电池能够提供的最大后备时间,及时的更换后备电池。

3.如果选择扩展的RAM卡会增加总的后备电流值,因此在计算最大后备时间中应该加上相应
的后备电流值,然后按照例子的计算方法重新进行计算。

4.为了延长后备时间,另外一种可行的方法就是在CPU模块的EXT.BATT端子处接上一个
5V~15V的外部直流电源(在电源模板出现故障更换时,此外部电源可以保障S7-400 CPU
的内部的用户程序和插入CPU的RAM卡的内容不丢失);如果通过使用UPS电源,那么可
以提供相当长的后备时间。

5.为了永久的保存用户的应用程序,可以选择Flash EPROM(FEPROM)卡,因为即使你把
FEPROM卡从CPU中拔出或电源模块中没有安装后备电池或没有连接外部电源到CPU的
EXT.BATT端子,保存在Flash EPROM卡中的数据都不会丢失。关于S7-400存储卡的更多
。的信息及数据保存问题请参考网上课堂文档“S7-400 CPU存储器介绍与存储卡的使用”

6.对于版本为V4.X 的S7-400 CPU,还可以使用电池盒,订货号:A5E0075396(该订货号
不含电池,订货号仅供参考,如下图3-1、图3-2) 该电池盒可以安装19Ah。(型号SL-2780/S)
的锂电池,以提供充足的后备电流,延长后备时间,关于电池的各种技术指标等详细信息
请参考链接: http://www.tadiranbatteries.de/eng/distributor/ 。电池盒通过电池适配器连接
到电源模板(如图3-3)。另外电池盒还具有EMC 滤波、短路保护和反向电流保护等保护
功能。关于电池盒和电池的详细信息请参考电池盒手册。

以下电源模板可以使用电池盒:
•6ES7 405-0XA0a-xxxx ,a ≥ 1
•6ES7 407-0XA0a-xxxx, a ≥ 1
•6ES7 405-0KR0x-xxxx
•6ES7 407-0KR0x-xxxx

 

图 3-1 电池盒正面

 

图 3-2 电池盒反面

图 3-3

 4,其它 CPU 后备电池的订货号信息

关于 SIMATIC S5 CPU的后备电池可在条目号 7379933中找到S5-CPU 的后备电池订货号。