西门子PLC400CPU模块代理商
西门子大型机有S7-400 :处理速度0.3ms / 1k字;
存贮器512k ;I/O点12672;
S7-400有7种CPU,S7-400H有两种CPU。CPU412-1和CPU412-2用于中等性能的经济型中小型系统,集成的MPI接口允许PROFIBUS-DP总线操作。CPU412-2有两个PROFIBUS-DP接口。CPU414-2和CPU414-3具有中等性能,适用于对程序规模、指令处理速度及通信要求较高的场合。CPU417-4DP适用于性能要求的复杂场合,有两个插槽供IF接口模块(串口)使用。CPU417H用于S7-400H容错控制PLC。
西门子S7-400CPU模块代理商
通过IF964DP接口子模块,CPU414-3和CPU416-3可以扩展一个PROFIBUS-DP接口,CPU417-4可以扩展两个PROFIBUS-DP接口。除了CPU412。1之外,集成的DP接口使CPU可作PROFIBUS-DP的主站。
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S7-400 CPU模块的主要特性如下。
①S7-400有1个中央机架,可扩展21个扩展机架。使用UR1或UR2基板的多CPU处理zui多安装4个CPU。每个中央机架zui多使用6个IM(接口模块),通过适配器在中央机架上可以连接6块S5模块。
②FM(功能模块)和CP(通信处理器)的块数只受槽的数量和通信的连接数量限制。S7-400可以与编程器和OP(操作员面板)通信,有全局数据通信功能。在S7通信中,可以作服务器和客户机,分别为PG(编程器)和OP保留了一个连接。
③S7-400都有IEC定时器计数器(SFB类型),每一优先级嵌套深度24级,在错误OB中附加2级。S7指令功能可以处理诊断报文。
④测试功能:可以测试I/O,位操作,DB(数据块),分布式I/O,定时器和计数器;可以强制I/O,位操作和分布式I/O。有状态块和单步执行功能,调试程序时可以设置断点。
⑤实时钟功能:CPU有后备时钟和8个小时计数器,8个时钟存储器位,有日期时间同步功能,同步时在PLC内和MPI上可以作为主站和从站。
⑥CPU模块内置的*个通信接口的功能。
*个通信接口作MPI接口时,可以与编程器和OP通信,可以作路由器。全局数据通信的GD包zui大64KB。S7标准通信每个作业的用户数据zui大76B,S7通信每个作业的用户数据zui大64KB,S5兼容通信每个作业的用户数据zui大8KB,通过CP和可装载的FC可以进行标准通信。内置的各通信接口zui快传输速率为12Mb/s。
*个通信接口作DP主站时,可以与编程器和OP通信,支持内部节点通信,有等时线和SYNC/FREEZE功能。除S7-412外,有全局数据通信、S7基本通信和S7通信功能。zui多32个DP从站,可以作路由器,插槽数zui多512个。zui大地址区2KB,每个DP从站的zui大可用数据为244B输入/244B输出。
S7-400 是 SIMATIC 控制器家族中功能zui为强大的 PLC。它可以成功实现全集成自动化 (TIA) 解决方案。S7-400 是一个用于制造业和过程工业系统解决方案的自动化平台,其主要特点是具有模块化的结构并拥有性能储备。
S7-400
- 中端到性能范围内功能强大的 PLC
- 可满足要求极为苛刻的任务的解决方案
- 全面的模块和各种性能等级 CPU 可针对具体自动化任务进行调整
- 可实现分布式结构,适用十分灵活
- 连接方便
- 通信和联网功能
- 操作方便,设计简单,不含风扇
- 任务增加时可顺利扩展
- 多重计算:
多个 CPU 在一个 S7-400 中央控制器中同时运行。
多重计算功能可对 S7-400 的总体性能进行分配。例如,可将复杂的技术任务(如开环控制、计算或通信)进行拆分并分配给不同的 CPU。可以为每个 CPU 分配自己的 I/O。 - 模块化:
通过功能强大的 S7-400 背板总线和可直接连接到 CPU 的通信接口,可实现许多大量通信线路的高性能操作。例如,这样可以拥有一条用于 HMI 和编程任务的通信线路、一条用于高性能等距运动控制组件的通信线路和一条“正常”I/O 现场总线。另外,还可以实现额外需要的与 MES/ERP 系统或 Internet 的连接。 - 工程组态和诊断:
结合使用 SIMATIC 工程组态工具,可极为地对 S7-400 进行组态和编程,尤其对于采用高性能工程组件的广泛自动化任务。为此,可以使用语言(如 SCL)以及用于顺序控制、状态图和工艺图的图形化组态工具。
S7-400H
- 具有冗余设计的高可用性自动化系统。
- 用于具有很高故障安全要求的应用:
重新启动成本很高、停产代价高昂、几乎不需要监视且维护选项较少的过程。 - 冗余设计的集中功能
- 提高 I/O 的可用性:切换式 I/O 配置
- 也可使用具有标准可用性的 I/O:单侧配置
- 热后备:发生故障时,自动切换到备用设备。
- 包含 2 个单独机架或一个分隔式中央机架的配置
- 通过冗余 PROFIBUS DP 或系统冗余 PROFINET I/O 来连接切换式 I/O。
S7-400F/FH
- 故障安全型自动化系统,适用于具有很高安全要求的工厂
- 符合相关标准的安全要求(IEC 61508 的 SIL 3、DIN V 19250 的 AK6 以及EN 954-1 的 Cat.4)
- 如果需要,也可通过冗余设计来实现容错
- 不对安全相关 I/O 进行额外接线
- 通过采用 PROFIsafe 行规的 PROFIBUS DP 实现安全通信
- 基于带有故障安全模块的 S7-400H 和分布式 ET 200 I/O
- 适用于非安全相关应用的标准模块也可以在自动化系统中使用
- 隔离模块用于在一个 ET 200M 的安全模式下组合使用故障安全模块和标准模块。
产品目录 ST 70
在产品目录 ST 70 中也可找到有关 SIMATIC S7-400 的信息:
应用
S7-400
SIMATIC S7-400 是中端到性能范围内功能强大的 PLC。
SIMATIC S7-400 具有模块化、无风扇设计和较高扩展能力,并具有全面的通信和网络功能,可以简便实现分布式结构,用户操作十分方便,因此成为中端到性能范围内要求极为苛刻的任务的理想解决方案。
SIMATIC S7-400 的应用领域包括:
- 汽车工业,如装配线
- 机械设备制造,包括专用机械设备制造
- 仓储技术
- 钢铁工业
- 楼宇管理系统
- 发电和配电
- 造纸和印刷领域
- 木材加工
- 食品和饮料领域
- 过程工程,如水务和污水处理
- 化工和石化领域
- 仪表和控制
- 包装机械
- 制药工业
由于具有多种性能等级的 CPU,并有具备大量用户友好的功能的广泛模块,用户可以根据具体情况执行其自动化任务。
任务扩展时,可通过附加模块随时对控制器进行扩展,成本不会很高。
SIMATIC S7-400 是一种通用控制器:
- 具有很高电磁兼容性以及抗冲击性和抗振性,因此拥有极高的工业适用性。
- 可以带电连接和断开各模块。
S7-400H
在自动化技术的许多领域中,对自动化系统的可用性(从而故障安全性)的需求在不断提高。在许多领域中,设备停机会产生极高的成本。此时,只有冗余系统才能满足可用性要求。
容错型 SIMATIC S7-400H 即能满足这些要求。即使在一个或多个故障导致控制器的部件出现故障时,也能继续运行。通过以这种方式实现的可用性让 SIMATIC S7-400H 尤其适用于以下应用领域:
- 控制器发生故障后重启会产生很高费用的过程(通常在过程工业中)。
- 停产的代价十分高昂的过程。
- 涉及贵重材料的过程(例如在制药工业中)。
- 无人监视的应用
- 涉及较少维护人员的应用
订货数据
关于 S7-400H 组件的订货数据,请参见在“S7-400/S7-400H/S7-400F/FH”下的相应模块。
S7-400F/FH
SIMATIC S7-400F/FH 故障安全自动化系统可在安全要求较高的工厂中使用。它可对立即停机不会给人员或环境带来危险的过程进行控制。S7-400F/FH 具有两种基本设计:
- S7-400F:
故障安全自动化系统。在控制系统中发生故障的情况下,生产过程会切换到安全状态并中断。 - S7-400FH:
故障安全和高可用性自动化系统。在控制系统中发生故障的情况下,冗余控制部分将发挥作用,继续控制生产过程。
通过另外使用标准模块,可以建立一个全集成控制系统,可在非安全相关和安全相关任务共存的工厂环境中使用。可以使用相同的标准工具对整个工厂进行组态和编程。
设计
SIMATIC S7-400 有多个型号:
- S7-400:
中、性能的功能强大的 PLC,具有模块化结构和免风扇的设计。 - S7-400H:
采用冗余设计的容错自动化系统,适用于故障安全型应用。 - S7-400F/FH:
采用冗余设计的故障安全自动化系统,也具备高可用性。
S7-400
S7-400 自动化系统采用模块化设计。它拥有丰富的模块,这些模块可进行各种组合。
系统包含下列组件:
- 电源模块 (PS):
用于将 SIMATIC S7-400 连接到 120/230 V AC 或 24 V DC 电源电压。 - CPU:
配有集成 PROFIBUS DP 接口的不同 CPU 具有不同性能范围。根据具体型号,这些 CPU 也可以带有集成 PROFINET 接口。使用 PROFIBUS接口,zui多可以连接 125 个PROFIBUS DP 从站。可以将zui多 256 个 PROFINET IO 设备连接到 PROFINET 接口。SIMATIC S7-400 的所有 CPU 均可处理极大型的配置。此外,在一个中央控制器中的多重计算模式下,多个 CPU 可以协同工作以提高性能。这些 CPU 处理速度快且具有确定性响应时间,可实现较短机器循环时间。 - 用于数字量 (DI/DO) 和模拟量 (AI/AO) 输入/输出的信号模块 (SM)
- 通信处理器 (CP),例如,用于总线连接和端到点连接
- 功能模块 (FM):
用于完成计数、定位和凸轮控制等要求苛刻的任务的专业模块。
根据具体要求,也可使用下列模块:
- 接口模块 (IM):
用于连接中央控制器和扩展单元。SIMATIC S7-400 的中央控制器可带有zui多 21 个扩展单元运行。 - SIMATIC S5 模块:
在相关 SIMATIC S5 扩展单元中,可以寻址 SIMATIC S5-115U/-135U/-155U 的所有输入/输出模块。此外,在 S5 EU 或者直接在 CC 中(使用适配器)都可以使用 SIMATIC S5 的特定 IP 和 WF 模块。
扩展
若用户需要在应用中使用一个以上中央控制器时,则可以对 S7-400 进行扩展:
- zui多 21 个扩展单元:
可将zui多 21 个扩展单元 (EU) 连接到中央控制器 (CC)。 - 接口模块 (IM) 的连接:
通过发送和接收 IM 来连接 CC 和 EU。发送 IM 插到 CC 中,相关的接收 IM 插到下游 EU 中可将zui多 6 个发送 IM 插到 CC 中(其中zui多 2 个带 5-V 电源),并可将zui多 1 个 IM 插到 EU 中。每个发送 IM 均有 2 个接口,每个接口用于连接 1 条线路。可将zui多 4 个 EU(不带 5-V 电源)或 1 个 EU(带 5-V 电源)连接到发送 IM 的每个接口。 - 电源模块的固定插槽:
必须始终将电源模块插在 CC 和 EU 中的zui左侧。 - 通过 C 总线进行的数据交换受限制:
通过 C 总线进行的数据交换只能在 CC 和 6 个 EU(EU 1 至 EU 6)之间进行。 - 集中扩展:
建议用于小型配置和机器上的控制柜。也可以提供 5-V 电源。- CC 和zui后一个 EU 之间的zui大线路距离:1.5 m(带 5 V 电源)、3 m(不带 5 V 电源)。
- 通过 EU 进行分布式扩展:
建议在面积很大工厂内采用,其中,多个 EU 位于各个位置。可以使用 S7-400 EU 或 SIMATIC S5 EU。- CC 和zui后一个 EU 之间的zui大线路距离:对于 S7 EU,约 100 m;对于 S5 EU 约 600 m。
- 注意 将 S5 扩展单元分布式连接到:
IM 463-2 可在 S7-400 的 CC 中使用,IM 314 在 S5 EU 中使用。可将以下S5 EU 连接到 S7-400:- EG 183U
- EG 185U
- EG 186U
- ER 701-2
- ER 701-3
连接类型 | zui大(总)电缆长度 |
本地链路,具有 5-V 电源,通过 IM 460-1 和 IM 461-1 实现 | 1.5 m |
本地链路,无 5-V 电源,通过 IM 460-0 和 IM 461-0 实现 | 5 m |
远程链路,通过 IM 460-3 和 IM 461-3 实现 | 102.25 m |
远程链路,通过 IM 460-4 和 IM 461-4 实现 | 605 m |
- ET 200 的分布式扩展:
建议用于面积很大的工厂。通过 CPU 的 PROFIBUS DP 接口,可以连接含有zui多 125 个总线节点的总线。CC 与总线上zui后一个节点之间的zui大距离:23 km(使用光缆)。
S7-400 通信
SIMATIC S7-400 具有不同的通信选项:
- 组合了多点接口和 DP 主站,集成在所有CPU 中:
用于同时连接编程器/PC、HMI 系统、S7-200 和 S7-300 系统以及其它 S7-400 系统。 - 附加 PROFIBUS DP 接口,集成在多个 CPU 中,用于经济实用连接分布式 I/O 系统(例如,ET 200)。
- PROFINET CPU 上的集成式 PROFINET 接口,用于连接到分布式 I/O 系统或与其它控制器和 PC 系统通信。
- 通信处理器,用于连接到 PROFIBUS 总线系统和工业以太网。
- 通信处理器,用于功能强大的点到点连接。
通过 PROFIBUS DP 进行过程通信
通过 S7-400-CPU 的集成式 PROFIBUS DP接口(可选),可将 SIMATIC S7-400 作为主站连接到 PROFIBUS DP。
以下设备均可作为 PROFIBUS DP 上的主站进行连接:
- SIMATIC S7-400(CPU、CP 443-5)
- SIMATIC S7-300 (CPU、CP 342-5 DP 或 CP 343-5)
- SIMATIC C7(通过配有 PROFIBUS DP 接口的 C7,或通过 PROFIBUS DP CP)
虽然配有 STEP 7 的编程器/PC 或 OP 是总线上的主站,但它们仅使用也部分通过PROFIBUS DP 运行的 PG 和 OP 功能。
以下设备可作为从站连接:
- 分布式 I/O 设备,例如ET 200
- 现场设备
- SIMATIC S7-200、S7-300
- C7-633/P DP、C7-633 DP、C7-634/P DP、C7-634 DP、C7-626 DP
- SIMATIC S7-400(仅通过 CP 443-5)
通过多点接口 (MPI) 实现数据通信
多点接口 (MPI) 是集成在 SIMATIC S7-400的 CPU 中的通信接口。
它用于:
- 编程和参数设置
- HMI
- 建立涉及对等通信伙伴的简单网络拓扑
- 可选择的连接选项:
MPI 可以实现zui多 32 个节点的同时连接:- 编程器/PC
- HMI 系统
- S7-200(作为从站)
- S7-300
- S7-400
- C7
- 内部通信总线(C 总线);
通过 S7-400 的 C 总线以及 CPU 的 MPI 或 DP 接口,可以寻址带有 C 总线接口的通信处理器和功能模块。这样就可以从编程器直接访问 C 总线上连接的模块。通过接口模块,可将zui多 6 个扩展单元连接到 C 总线。 - MPI 的性能数据:
- zui多 32 个 MPI 节点
- 数据传输速率高达 12 Mbps
- 灵活的安装选件:
使用性能可靠的组件建立 MPI 通信:PROFIBUS 和“分布式 I/O”产品系列中的总线电缆、总线连接器和 RS 485 中继器 (12 Mbps)。
可通过组件实现调整以满足具体要求。例如,任意两个 MPI 节点之间zui多可以串入 9 个中继器以连接更大距离。 - DP 主站:
也可将 S7-400 的 MPI 配置为 DP 主站。随后可以连接zui多 32 个zui大传输速率为 12 Mbps 的 DP 从站。从而保留编程功能和人机界面功能。
通过 CP 实现数据通信(点到点)
通过 CP 441 通信处理器,可以实现功能强大的点到点连接。
- 可连接各种设备,例如:
- PC
- SIMATIC S5/S7
- 工业 PC
- 其它厂商的 PLC
- 扫描仪、条形码阅读器、识别系统
- 机械手控制装置
- 打印机
- 可变接口:
通过可更换的接口模块,可以使用不同传输介质进行通信:- 20 mA (TTY)
- RS 232C (V.24)
- RS 422/485
通过 CP(PROFIBUS 或工业以太网)实现数据通信
通过 CP 443-x 通信处理器,可以将 SIMATIC S7-400 连接至 PROFIBUS 和工业以太网总线系统。
例如包括:
- SIMATIC S7-200(通过 PROFIBUS)
- SIMATIC S7-300
- SIMATIC S7-400
- SIMATIC S5-115U/H、S5-135U、S5-155U/H
- 编程设备
- PC
- SIMATIC HMI 人机界面系统
- 数控装置
- 机械手控制装置
- 工业 PC
- 驱动控制装置
- 其它厂商的设备
S7-400H
SIMATIC S7-400H 包括以下组件:
- 2 个中央控制器:
2 个单独的 UR1/UR2 中央控制器,或一个分隔式中央控制器 (UR2-H) 上的 2 个区域。 - 每个中央控制器有两个同步模块,用于通过光缆连接两个设备。
- 每个中央控制器 1 个 CPU 412-5H、1 个 CPU 414-5H、1 个 CPU 416-5H 或 1 个 CPU 417-5H。
- 中央控制器中具有 S7-400 I/O 模块。
- UR1/UR2/ER1/ER2 扩展单元和/或带有 I/O 模块的 ET 200M 分布式 I/O 设备。
中央功能采用冗余设计。可将 I/O 组态为常规可用性型和切换型。
通常可用的 I/O(单侧配置)
在单侧配置中,I/O 模块具有单通道设计,仅由两个中央控制器中的一个来寻址。单侧 I/O 模块可插到中央控制器和/或扩展单元/分布式 I/O 设备中。
在 I/O 寻址设备工作正常的情况下,从单侧读入的信息始终提供给两个中央控制器。发生故障时,受影响的中央控制器的 I/O 模块将停止工作。
单侧配置用于:
- 不需要很高可用性的工厂部分。
- 连接基于用户程序的冗余I/O。此时,必须对系统进行对称设置。
高可用性(切换式配置)
在切换式配置中,I/O 模块采用单通道设计,但它们将由两个中央控制器通过冗余 PROFIBUS DP 来寻址。在切换式配置中运行的 I/O 模块只能插到 ET 200M 分布式 I/O 设备中。
通过 PROFIBUS DP 连接到中央控制器。
I/O 冗余
冗余 I/O 模块以冗余方式成对配置。使用冗余 I/O 可以实现程度的可用性,因为通过这种方式,可以承受 CPU、PROFIBUS 或信号模块出现故障。
可进行实现以下配置:
- 单侧 DP 从站采中采用冗余 I/O
- 切换式 DP 从站采用冗余 I/O
适宜的 I/O 模块
相互冗余的模块必须为同一类型和设计形式(例如,均为集中式或均为分布式)。不对插槽进行规定。不过,出于可用性原因,建议在不同的站中使用。关于可以使用的模块,请咨询系门子客户支持部门或参阅相关手册。
FM 和 CP 冗余
功能模块 (FM) 和通信处理器 (CP) 可在两种不同配置中使用:
- 切换式冗余配置:
可以双重连接 FM/CP 以将 ET 200M 或一个交换式 ET 200M 分离。 - 双通道冗余配置:
可将 FM/CP 插到两个子单元中或插到与子单元相连的扩展单元中(参见单侧配置)。
此时可以不同方式实现模块冗余:
- 由用户编程:
在功能模块和 SIMATIC 通信处理器上,通常可由用户对冗余功能进行编程。将会确定主动模块并检测可能的故障以执行切换。所需的程序与配有冗余 FM/CP 的单个 CPU 的程序一致。 - 由操作系统直接提供支持。
对于 SIMATIC NET-CP 443-1,操作系统直接支持冗余。有关详细信息,请参见“通信”下面的内容。
S7-400F/FH
故障安全型 S7-400F/FH 自动化系统可根据需求进行不同配置:
单通道、单侧 I/O,用于 S7-400F
工厂需要使用故障安全型控制器。无需容错。需要下列部件:
- 1 个 CPU 414-4H/417-4H,含 F-Runtime 许可证。
- 1 条 PROFIBUS DP 总线。
- 带有 IM 153-2 的 ET 200M。
- 故障安全信号模块,采用非冗余设计。
发生故障时,I/O 不再可用。故障安全信号模块被禁用。
单通道、切换式 I/O,用于 S7-400FH
工厂需要使用故障安全型控制器。CPU 侧需要有容错功能。需要下列部件:
- 2 个 CPU 414-4H/417-4H,含 F-Runtime 许可证。
- 2 条 PROFIBUS DP 总线。
- 1 个 ET 200M ,带 2 个 IM 153-2(冗余)。
- 故障安全信号模块,采用非冗余设计。
若 CPU、IM 153-2 或 PROFIBUS DP 总线出现故障,控制器仍保持可用。在故障安全信号模块或 ET 200M 出现故障时,I/O 不再可用。故障安全信号模块被禁用。
冗余、切换式 I/O,用于 S7-400FH
工厂需要使用故障安全型控制器。CPU 侧和 I/O 侧需要容错功能。需要下列部件:
- 2 个 CPU 414-4H/417-4H,含 F-Runtime 许可证。
- 2 条 PROFIBUS DP 总线。
- 2 个 ET 200M,带 2 个 IM 153-2(冗余)。
- 故障安全信号模块,冗余设计。
在 CPU、IM 153-2 或 PROFIBUS DP 总线、故障安全信号模块或 ET 200M 出现故障时,控制器仍保持可用。
在 S7-400F/FH 自动化系统中,也可以使用标准模块。这些设备不能与故障安全模块在同一个 ET 200M 中一起使用。
通信
中央控制器和 ET 200M 之间的安全相关通信和标准通信是通过 PROFIBUS DP 实现的。通过专门开发的 PROFIBUS 行规 PROFIsafe,可在标准数据报文中传输与安全功能相关的用户数据。无需附加的硬件组件,如专用安全总线。所需的软件既可以作为操作系统的扩展功能集成在硬件组件中,也可作为经过认证的软件块装载到 CPU 中。
带有隔离模块的安全等级
在 ET 200M 中隔离模块具有以下优点:
- 可以使用铜质总线电缆来建立 PROFIBUS DP 总线。没有必要使用光纤电缆。
- 每个 IM 153-x 都可以使用。
- 在一个 ET 200M 中,可以混合使用安全模式下的故障安全信号模块和 S7-300 标准模块。
若需要取得安全等级 SIL 2,则无需使用隔离模块。
功能
S7-400
大量功能可支持用户对 S7-400 进行编程、调试和维护:
- 高速指令执行。
- 用户友好的参数分配
- 人机界面:
S7-400 的操作系统中集成了用户友好的 OCM 服务。 - 诊断功能和自检:
CPU 的智能诊断系统可连续检查系统功能并记录错误和特定系统事件。 - 密码保护。
- 模式选择开关
- 系统功能
SIMATIC S7-400 符合以下国内和国际标准:
- CE 标志
- UL 认证
- CSA 认证 或 cULus 认证
- FM 认证
- ATEX 认证
- C-Tick、EMC 标记,适用于澳大利亚和新西兰
- IEC 61131-2
- 船级社的船用认证
- ABS(美国船级社)
- BV(法国船级社)
- DNV(挪威船级社)
- GL(德国劳氏船级社)
- LRS(英国劳氏船级社)
- Class NK(日本船级社)
有关详细信息,请参见手册《S7-400 自动化系统 S7-400 模块技术规格》。
设计
S7-400 系统可方便地构建为模块化系统。S7-400 的突出特点是不带风扇,运行可靠,支持信号模块的热插拔。
S7-400 设计简洁,使用灵活,操作极为方便:
- 模块安装十分简单。
- 背板总线集成在安装机架中。
- 模块更换简单,不会将模块相互混淆
- 成熟可靠的连接技术
- TOP Connect 连接方式:
通过 1 芯到 3 芯接头和螺钉型或弹簧型端子进行预接线。 - 规定的安装深度:
所有接头和连接器都应该嵌入到模块内并通过盖板来保护。 - zui小限度的插槽规则
通信
CPU 和通信处理器支持以下通信类型:
- 过程通信;
通过总线(AS-Interface、PROFIBUS DP 或 PROFINET)对 I/O 模块进行循环寻址(交换过程映像)。从循环执行级调用过程通信 - 数据通信;
在自动化系统之间或 HMI 与多个自动化系统之间
进行数据交换。数据通信可循环进行,或在发生特定事件时通过块从用户程序调用。
数据通信
SIMATIC S7-400 拥有不同的数据通信机制:
- 通过全局数据通信 (GD) 实现联网的 CPU 之间的数据包循环交换。
- 通过通信功能进行事件驱动型通信。
通过 MPI、PROFIBUS 或 PROFINET 实现网络连接。
全局数据 (GD)
通过 MPI 以及“全局数据通信”服务,联网的 CPU 可以相互循环交换数据(zui多可达 16 个 GD 数据包,每个循环的zui大 GD 数据包大小为 64 字节)。例如,CPU 可以访问另一个 CPU 的数据/位存储器/过程映像。若网络上连接有 S7-300,则数据交换限制为zui大 22 字节。全局数据通信可通过 MPI 来实现。可使用 STEP 7 来执行组态。在分段式 CR2 安装机架中,两个 CPU 可以使用 GD 并通过 C 总线通信。
通信功能
通过系统内集成的块,可以建立与 S7/C7 伙伴之间的通信服务。
这些服务包括:
- 通过 MPI 和 PROFIBUS S7 进行的 S7 通信。
- 通过 MPI、C 总线、PROFIBUS 和 PROFINET/工业以太网进行的 S7 通信。
通过可加载的块,可以建立与 S5 通信伙伴和西门子设备之间的通信服务。
这些服务包括:
- 通过 PROFIBUS 和工业以太网进行的 S5 兼容通信。
- 通过 PROFIBUS 和工业以太网进行的标准通信(通过 PROFIBUS/工业以太网进行的开放式用户通信)。
与全局数据不同的是,必须建立通信连接才能实现通信功能。
集成到 IT 环境中
通过 S7-400,可方便地将现代 IT 环境与自动化环境链接。使用插入式 CP 443-1 Advanced,可以实现下列功能:
- 使用任何 HTML 工具创建自己的 Web 页面。方便地将 S7-400 的过程变量分配给 HTML 对象。
- 使用标准浏览器并通过这些 Web 页面监控 S7-400。
- 通过 FC 调用,从S7-400 的用户程序发送电子邮件。
- 由于 TCP/IP 具有的 WAN 特性,可进行远程编程,甚至可通过网(如ISDN)。
带有 PROFINET 接口的 S7-400-H CPU 配有集成式 Web 服务器。因此,可以使用标准 Web 浏览器读出 S7-400 站的信息:
- CPU 常规信息
- 诊断缓冲区的内容
- 变量表
- 变量状态
- 模块状态
- 消息
- 有关工业以太网的信息
- OUC 连接诊断
- PROFINET 节点拓扑
- 通过用户定义的 Web 页面显示过程数据和用户数据
可通过使用用户权限并支持 HTTPS 协议在 Web 服务器内提供安全机制。
等时同步模式
通过等时同步模式系统功能,可通过连接到等时同步 PROFIBUS 和 PROFINET 的循环,以实现:
- 分布式信号采集
- 信号传输
- 程序执行
创建自动化解决方案,以恒定间隔时间(恒定总线周期时间)来捕捉并处理输入和输出信号。同时创建一致的部分过程图像。
借助于恒定总线周期时间和分布式 I/O 同步信号处理,S7-400 可确保重现定义的的过程响应时间。
提供了大量支持等时同步模式系统功能的组件,可用来处理运动控制、测量值采集和高速控制等领域内的要求苛刻的任务。
在分布式自动化解决方案中,SIMATIC S7-400 还将开辟高速处理操作的重要领用领域,并可实现精度和可重现性。这意味着可在提供且恒定的质量的同时提高产量。
在运行模式下更改硬件组态(运行时组态,CiR)
通过 SIMATIC S7-400,在工厂运转期间可以实现硬件组态的更改,不会影响生产的进行。选项包括:
- 增加分布式 I/O 节点(PROFIBUS DP 或 PA 从站)
- 在 ET 200M I/O 系统中增加模块并重新设置参数。
CiR(即运行时组态)功能可在设备运行期间实现设备扩展和转换,从而降低设备调试和重新装备的时间。此外,通过该系统功能,还可以灵活响应工艺的变化(例如,工艺的优化),因为不必因硬件组态发生改变而将设备初始化或同步。
模块的诊断和过程监控
SIMATIC S7-400 的众多输入/输出模块具有智能功能:
- 监控信号采集(诊断)
- 监控来自过程的信号(硬件中断)
诊断
智能诊断系统可用来确定模块的信号采集(对于数字量模块)或者模拟量处理(对于模拟量模块)是否正常工作。在诊断分析中,必须区分可参数化和不可参数化的诊断消息:
- 可参数化的诊断消息:
仅当通过适当参数设置启用之后,才会发送诊断消息。 - 不可参数化的诊断消息:
这些消息是自动发送的,即与参数设置无关。
如果某个诊断消息处于激活状态(例如,“无传感器输入”),则该模块会触发一个诊断中断(如果已为该诊断消息设置了参数,则仅在相应的参数设置之后才会触发中断)。CPU 将中断用户程序或低优先级任务的处理,并处理相关诊断中断块 (OB 82)。通过硬件中断可以监控过程信号,并且可以触发对信号变化的响应。
根据模块类型的不同,提供了各种不同诊断消息:
数字量输入/输出模块 | |
诊断消息 | 可能的故障原因 |
无传感器电源 |
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无外部辅助电压 |
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无内部辅助电压 |
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熔断器烧断 |
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模块中的参数不正确 |
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时间看门够脱落 |
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EPROM 故障 |
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RAM 故障 |
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硬件中断丢失 |
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模拟量输入模块 | |
诊断消息 | 可能的故障原因 |
无外部负载电压 |
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组态/参数设置错误 |
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共模错误 |
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断线 |
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低于量程下限 |
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高于量程上限 |
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模拟量输出模块 | |
诊断消息 | 可能的故障原因 |
无外部负载电压 |
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组态/参数设置错误 |
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对 M 短路 |
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断线 |
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硬件中断
可以监控过程信号,并且可通过过程中断触发对信号变化的响应。
- 数字量输入模块:
根据具体参数设置,该模块可在信号状态变化的上升沿、下降沿或上升沿和下降沿上为每个通道组触发硬件中断。CPU 中断用户程序或低优先级任务的处理,并处理相关过程中断块(例如,OB 40)。信号模块可以每个通道缓冲一个中断。 - 模拟量输入模块:
通过设置上限值和下限值,可以定义工作范围。模块将数字化测量值与这些限值进行比较。若测量值违反其中任何一个限值,就会触发硬件中断。CPU 中断用户程序或低优先级任务的处理,并处理相关过程中断块(例如,OB 40)。若限值高于/低于过量程/欠量程值,则不进行进行比较。
S7-400H
容错通信
进行高可用性通信时,SIMATIC 将提供以下功能:
- 更高可用性:
发生故障时,通信可通过zui多 4 个冗余连接继续进行。 - 操作简便;
高可用性对用户来说并不是透明的。可以并经过任何改动而采用标准通信的用户程序。冗余功能仅在参数设置阶段进行定义。
S7-400H(冗余和非冗余配置)和 PC 目前支持容错通信。在 PC 上,需要安装 Redconnect 程序包(参见“SIMATIC NET 通信系统”)。
根据具体可用性要求,可使用不同组态选项:
- 单一总线或冗余总线。
- 总线型拓扑或环型拓扑总线。
操作模式
CPU 417-5H/416-5H/414-5H/412-5H 的操作系统可自主执行 S7-400H 的所有必要额外功能:
- 数据交换
- 故障响应(故障转移至备用设备)
- 两个子单元的同步
- 自检
冗余原理
S7-400H 按“热备份”模式下的主动冗余原理工作(发生故障时执行无反应的自动切换)。根据该原理,在无故障运行期间,两个子单元都处于激活状态。发生故障时,未发生故障的设备独自接管过程控制。
为确保平稳接管,必须通过中央控制器链路实现高速、可靠的数据交换。
在故障转移期间,设备会自动保留:
- 相同的用户程序
- 相同的数据块
- 相同的过程映像内容
- 相同的内部数据,如定时器、计数器、位存储器等
这意味着,这两个设备始终保持在状态,并且可以在出现故障时独立地继续执行控制。
采用冗余 I/O 操作时,这会带来以下结果:
- 在无故障的运行期间,两个模块均处于激活状态,例如在采用冗余输入时,将通过两个模块读取共用传感器(也可以是两个传感器)的信号,对结果进行比较并提供给用户以作为用于进一步处理的统一值。采用冗余输出时,由用户程序计算的值通过两个模块进行输出。
- 发生故障时(例如,两个输入模块之一出现故障),不再对有故障的模块寻址,发生故障信号,仅未受影响的模块继续运行。在线进行修复之后,将再次对两个模块寻址。
同步
为了实现无反应切换,需要对两个子单元进行同步。
S7-400H 遵循“时间驱动的同步”工作原理。
每当子单元中发生可能导致不同内部状态的事件时,都会执行同步操作,例如在发生以下事件时:
- 直接访问 I/O
- 中断、报警
- 更新用户时间
- 通过通信功能修改数据
同步是通过操作系统自动进行的,可在编程阶段将其忽略。
自检
S7-400H 可执行大量自检。自检涉及以下方面:
- 中央控制器的连接
- 中央处理单元
- 处理器/ASIC
- 存储器
报告每个检测到的故障。
启动时自检
启动时,每个子单元都会完整执行全部自检功能。
循环操作期间的自检
完整的自检分布在多个循环中。每个循环仅执行一小部分自检,因此,实际控制器所承受的负荷不是很大。
组态、编程
S7-400H 的编程与 S7-400 类似。所有可用的 STEP 7 功能都可以使用。
对 S7-400H 编程需要使用 STEP 7 V5.2。
I/O 模块的组态
硬件组态时,用户必须通过 HW Config 指定相互形成冗余的模块。只需指定要在冗余模式下运行的模块以及要作为“冗余伙伴”的第二个模块。在用户程序中,应访问具有zui低地址的模块。第二个地址不向用户显示,并且含有冗余和非冗余 I/O 的控制部分的编程完全相同。与非冗余 I/O 之间的差别是块库中的两个函数块(RED_IN 和 RED_OUT),需要在用户程序的开始处和结束处调用这两个函数块。
在 STEP 7 V5.3 或更高版本中,该库已作为标准库集成到 STEP 7 中。
S7-400H
S7-400F/FH 满足下列安全要求:
- 要求等级 AK 1 至 AK 6,根据 DIN V 19250/DIN V VDE 0801
- 安全要求等级 SIL 1 至 SIL 3,根据 IEC 61508
- Cat1 至 Cat4,根据 EN 954-1
操作模式
S7-400F/FH 的安全功能包含在 CPU 的 F 程序中,并包含在故障安全信号模块中。
信号模块通过差异分析和测试信号注入来监控输出和输入信号。
通过定期自检、命令测试以及按时间顺序执行的逻辑程序执行检查,CPU 可检查控制器的运行是否正常。此外,通过状态监视 (sign-of-life) 请求,还可以检查 I/O 状况。
若在系统中诊断出故障,则将系统切换到安全状态。
F-Runtime 许可证
必须将 F-Runtime 许可证加载到 CPU 上以运行 S7-400F/FH。每个 S7-400F/FH 都需要一份许可证。
编程
S7-400F/FH 的编程方式与其它 SIMATIC S7 系统的编程方式相同。非故障安全工厂部分的用户程序可用成熟可靠的编程工具(如 STEP 7)来创建。
S7 F Systems 可选软件包
编程安全相关的程序段时,需要使用可选软件包“S7 F Systems”。该软件中包括创建 F 程序所需的全部函数和块。
对于包含安全功能的 F 程序,可使用 CFC 调用来 F 库中的专用函数块并进行互连。使用 CFC 可以简化工厂的组态和编程工作,由于工厂范围内具有统一的表示形式,也将简了验收测试。无需使用额外工具,程序员就可以完全专注于安全相关应用程序。
⑦CPU模块内置的第二个通信接口的功能。
第二个通信接口可以作DP主站(默认设置)和点对点连接,有光电隔离。作DP主站时,可以与编程器和OP通信,支持内部节点通信,有等时线和SYNC/FREEZE功能。每个DP从站的zui大可用数据为244B输入/244B输出。
S7-400有7种CPU,S7-400H有两种CPU。CPU412-1和CPU412-2用于中等性能的经济型中小型系统,集成的MPI接口允许PROFIBUS-DP总线操作。CPU412-2有两个PROFIBUS-DP接口。CPU414-2和CPU414-3具有中等性能,适用于对程序规模、指令处理速度及通信要求较高的场合。CPU417-4DP适用于性能要求的复杂场合,有两个插槽供IF接口模块(串口)使用。CPU417H用于S7-400H容错控制PLC。
通过IF964DP接口子模块,CPU414-3和CPU416-3可以扩展一个PROFIBUS-DP接口,CPU417-4可以扩展两个PROFIBUS-DP接口。除了CPU412。1之外,集成的DP接口使CPU可作PROFIBUS-DP的主站。
S7-400 CPU模块的主要特性如下。
①S7-400有1个中央机架,可扩展21个扩展机架。使用UR1或UR2基板的多CPU处理zui多安装4个CPU。每个中央机架zui多使用6个IM(接口模块),通过适配器在中央机架上可以连接6块S5模块。
②FM(功能模块)和CP(通信处理器)的块数只受槽的数量和通信的连接数量限制。S7-400可以与编程器和OP(操作员面板)通信,有全局数据通信功能。在S7通信中,可以作服务器和客户机,分别为PG(编程器)和OP保留了一个连接。
③S7-400都有IEC定时器计数器(SFB类型),每一优先级嵌套深度24级,在错误OB中附加2级。S7指令功能可以处理诊断报文。
④测试功能:可以测试I/O,位操作,DB(数据块),分布式I/O,定时器和计数器;可以强制I/O,位操作和分布式I/O。有状态块和单步执行功能,调试程序时可以设置断点。
⑤实时钟功能:CPU有后备时钟和8个小时计数器,8个时钟存储器位,有日期时间同步功能,同步时在PLC内和MPI上可以作为主站和从站。
⑥CPU模块内置的*个通信接口的功能。
*个通信接口作MPI接口时,可以与编程器和OP通信,可以作路由器。全局数据通信的GD包zui大64KB。S7标准通信每个作业的用户数据zui大76B,S7通信每个作业的用户数据zui大64KB,S5兼容通信每个作业的用户数据zui大8KB,通过CP和可装载的FC可以进行标准通信。内置的各通信接口zui快传输速率为12Mb/s。
*个通信接口作DP主站时,可以与编程器和OP通信,支持内部节点通信,有等时线和SYNC/FREEZE功能。除S7-412外,有全局数据通信、S7基本通信和S7通信功能。zui多32个DP从站,可以作路由器,插槽数zui多512个。zui大地址区2KB,每个DP从站的zui大可用数据为244B输入/244B输出。
⑦CPU模块内置的第二个通信接口的功能。
第二个通信接口可以作DP主站(默认设置)和点对点连接,有光电隔离。作DP主站时,可以与编程器和OP通信,支持内部节点通信,有等时线和SYNC/FREEZE功能。每个DP从站的zui大可用数据为244B输入/244B输出。
西门子S7-400CPU模块代理商
方法/步骤
当我们刚刚拿到程序时,如果你已经安装了step7 v5.5(如果没有安装遇到授权的相关问题可以看小编的另一篇经验),很是激动地就打开它了,结果却出现这样类似的提示