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S7-400 是 SIMATIC 控制器家族中功能最為強大的 PLC。它可以成功實現(xiàn)全集成自動化 (TIA) 解決方案。S7-400 是一個用于制造業(yè)和過程工業(yè)系統(tǒng)解決方案的自動化平臺，其主要特點是具有模塊化的結(jié)構并擁有性能儲備。

S7-400

• 中端到高端性能范圍內(nèi)功能強大的 PLC
• 可滿足要求極為苛刻的任務的解決方案
• 全面的模塊和各種性能等級 CPU 可針對具體自動化任務進行最佳調(diào)整
• 可實現(xiàn)分布式結(jié)構，適用十分靈活
• 連接方便
• 最優(yōu)通信和聯(lián)網(wǎng)功能
• 操作方便，設計簡單，不含風扇
• 任務增加時可順利擴展
• 多重計算：
  多個 CPU 在一個 S7-400 中央控制器中同時運行。
  多重計算功能可對 S7-400 的總體性能進行分配。例如，可將復雜的技術任務（如開環(huán)控制、計算或通信）進行拆分并分配給不同的 CPU。可以為每個 CPU 分配自己的 I/O。
• 模塊化：
  通過功能強大的 S7-400 背板總線和可直接連接到 CPU 的通信接口，可實現(xiàn)許多大量通信線路的高性能操作。例如，這樣可以擁有一條用于 HMI 和編程任務的通信線路、一條用于高性能等距運動控制組件的通信線路和一條“正?！盜/O 現(xiàn)場總線。另外，還可以實現(xiàn)額外需要的與 MES/ERP 系統(tǒng)或 Internet 的連接。
• 工程組態(tài)和診斷：
  結(jié)合使用 SIMATIC 工程組態(tài)工具，可極為高效地對 S7-400 進行組態(tài)和編程，尤其對于采用高性能工程組件的廣泛自動化任務。為此，可以使用高級語言（如 SCL）以及用于順序控制、狀態(tài)圖和工藝圖的圖形化組態(tài)工具。

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  S7-400 通信

  SIMATIC S7-400 具有不同的通信選項：

  • 組合了多點接口和 DP 主站，集成在所有CPU 中：
    用于同時連接編程器/PC、HMI 系統(tǒng)、S7-200 和 S7-300 系統(tǒng)以及其它 S7-400 系統(tǒng)。
  • 附加 PROFIBUS DP 接口，集成在多個 CPU 中，用于經(jīng)濟實用連接分布式 I/O 系統(tǒng)（例如，ET 200）。
  • PROFINET CPU 上的集成式 PROFINET 接口，用于連接到分布式 I/O 系統(tǒng)或與其它控制器和 PC 系統(tǒng)通信。
  • 通信處理器，用于連接到 PROFIBUS 總線系統(tǒng)和工業(yè)以太網(wǎng)。
  • 通信處理器，用于功能強大的點到點連接。

  通過 PROFIBUS DP 進行過程通信

  通過 S7-400-CPU 的集成式 PROFIBUS DP接口（可選），可將 SIMATIC S7-400 作為主站連接到 PROFIBUS DP。

  以下設備均可作為 PROFIBUS DP 上的主站進行連接：

  • SIMATIC S7-400（CPU、CP 443-5）
  • SIMATIC S7-300 （CPU、CP 342-5 DP 或 CP 343-5）
  • SIMATIC C7（通過配有 PROFIBUS DP 接口的 C7，或通過 PROFIBUS DP CP）

  雖然配有 STEP 7 的編程器/PC 或 OP 是總線上的主站，但它們僅使用也部分通過PROFIBUS DP 運行的 PG 和 OP 功能。

  以下設備可作為從站連接：

  • 分布式 I/O 設備，例如ET 200
  • 現(xiàn)場設備
  • 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（僅通過 CP 443-5）

  通過多點接口 (MPI) 實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信

  多點接口 (MPI) 是集成在 SIMATIC S7-400的 CPU 中的通信接口。

  它用于：

  • 編程和參數(shù)設置
  • HMI
  • 建立涉及對等通信伙伴的簡單網(wǎng)絡拓撲
  • 可選擇的連接選項：
    MPI 可以實現(xiàn)最多 32 個節(jié)點的同時連接：
    • 編程器/PC
    • HMI 系統(tǒng)
    • S7-200（作為從站）
    • S7-300
    • S7-400
    • C7
  • 內(nèi)部通信總線（C 總線）；
    通過 S7-400 的 C 總線以及 CPU 的 MPI 或 DP 接口，可以尋址帶有 C 總線接口的通信處理器和功能模塊。這樣就可以從編程器直接訪問 C 總線上連接的模塊。通過接口模塊，可將最多 6 個擴展單元連接到 C 總線。
  • MPI 的性能數(shù)據(jù)：
    • 最多 32 個 MPI 節(jié)點
    • 數(shù)據(jù)傳輸速率高達 12 Mbps
  • 靈活的安裝選件：
    使用性能可靠的組件建立 MPI 通信：PROFIBUS 和“分布式 I/O”產(chǎn)品系列中的總線電纜、總線連接器和 RS 485 中繼器 (12 Mbps)。
    可通過組件實現(xiàn)最佳調(diào)整以滿足具體要求。例如，任意兩個 MPI 節(jié)點之間最多可以串入 9 個中繼器以連接更大距離。
  • DP 主站：
    也可將 S7-400 的 MPI 配置為 DP 主站。隨后可以連接最多 32 個最大傳輸速率為 12 Mbps 的 DP 從站。從而保留編程功能和人機界面功能。

  通過 CP 實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信（點到點）

  通過 CP 441 通信處理器，可以實現(xiàn)功能強大的點到點連接。

  • 可連接各種設備，例如：
    • PC
    • SIMATIC S5/S7
    • 工業(yè) PC
    • 其它廠商的 PLC
    • 掃描儀、條形碼閱讀器、識別系統(tǒng)
    • 機械手控制裝置
    • 打印機
  • 可變接口：
    通過可更換的接口模塊，可以使用不同傳輸介質(zhì)進行通信：
    • 20 mA (TTY)
    • RS 232C (V.24)
    • RS 422/485

  通過 CP（PROFIBUS 或工業(yè)以太網(wǎng)）實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信

  通過 CP 443-x 通信處理器，可以將 SIMATIC S7-400 連接至 PROFIBUS 和工業(yè)以太網(wǎng)總線系統(tǒng)。

  例如包括：

  • SIMATIC S7-200（通過 PROFIBUS）
  • SIMATIC S7-300
  • SIMATIC S7-400
  • SIMATIC S5-115U/H、S5-135U、S5-155U/H
  • 編程設備
  • PC
  • SIMATIC HMI 人機界面系統(tǒng)
  • 數(shù)控裝置
  • 機械手控制裝置
  • 工業(yè) PC
  • 驅(qū)動控制裝置
  • 其它廠商的設備
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  S7-400H

  SIMATIC S7-400H 包括以下組件：

  • 2 個中央控制器：
    2 個單獨的 UR1/UR2 中央控制器，或一個分隔式中央控制器 (UR2-H) 上的 2 個區(qū)域。
  • 每個中央控制器有兩個同步模塊，用于通過光纜連接兩個設備。
  • 每個中央控制器 1 個 CPU 412-5H、1 個 CPU 414-5H、1 個 CPU 416-5H 或 1 個 CPU 417-5H。
  • 中央控制器中具有 S7-400 I/O 模塊。
  • UR1/UR2/ER1/ER2 擴展單元和/或帶有 I/O 模塊的 ET 200M 分布式 I/O 設備。

  中央功能采用冗余設計。可將 I/O 組態(tài)為常規(guī)可用性型和切換型。

  通?？捎玫?I/O（單側(cè)配置）

  在單側(cè)配置中，I/O 模塊具有單通道設計，僅由兩個中央控制器中的一個來尋址。單側(cè) I/O 模塊可插到中央控制器和/或擴展單元/分布式 I/O 設備中。

  在 I/O 尋址設備工作正常的情況下，從單側(cè)讀入的信息始終提供給兩個中央控制器。發(fā)生故障時，受影響的中央控制器的 I/O 模塊將停止工作。

  單側(cè)配置用于：

  • 不需要很高可用性的工廠部分。
  • 連接基于用戶程序的冗余I/O。此時，必須對系統(tǒng)進行對稱設置。

  高可用性（切換式配置）

  在切換式配置中，I/O 模塊采用單通道設計，但它們將由兩個中央控制器通過冗余 PROFIBUS DP 來尋址。在切換式配置中運行的 I/O 模塊只能插到 ET 200M 分布式 I/O 設備中。

  通過 PROFIBUS DP 連接到中央控制器。

  I/O 冗余

  冗余 I/O 模塊以冗余方式成對配置。使用冗余 I/O 可以實現(xiàn)最高程度的可用性，因為通過這種方式，可以承受 CPU、PROFIBUS 或信號模塊出現(xiàn)故障。

  可進行實現(xiàn)以下配置：

  • 單側(cè) DP 從站采中采用冗余 I/O
  • 切換式 DP 從站采用冗余 I/O

  適宜的 I/O 模塊

  相互冗余的模塊必須為同一類型和設計形式（例如，均為集中式或均為分布式）。不對插槽進行規(guī)定。不過，出于可用性原因，建議在不同的站中使用。關于可以使用的模塊，請咨詢系門子客戶支持部門或參閱相關手冊。

  FM 和 CP 冗余

  功能模塊 (FM) 和通信處理器 (CP) 可在兩種不同配置中使用：

  • 切換式冗余配置：
    可以雙重連接 FM/CP 以將 ET 200M 或一個交換式 ET 200M 分離。
  • 雙通道冗余配置：
    可將 FM/CP 插到兩個子單元中或插到與子單元相連的擴展單元中（參見單側(cè)配置）。

  此時可以不同方式實現(xiàn)模塊冗余：

  • 由用戶編程：
    在功能模塊和 SIMATIC 通信處理器上，通?？捎捎脩魧θ哂喙δ苓M行編程。將會確定主動模塊并檢測可能的故障以執(zhí)行切換。所需的程序與配有冗余 FM/CP 的單個 CPU 的程序一致。
  • 由操作系統(tǒng)直接提供支持。
    對于 SIMATIC NET-CP 443-1，操作系統(tǒng)直接支持冗余。有關詳細信息，請參見“通信”下面的內(nèi)容。

  S7-400F/FH

  故障安全型 S7-400F/FH 自動化系統(tǒng)可根據(jù)需求進行不同配置：

  單通道、單側(cè) I/O，用于 S7-400F

  工廠需要使用故障安全型控制器。無需容錯。需要下列部件：

  • 1 個 CPU 414-4H/417-4H，含 F-Runtime 許可證。
  • 1 條 PROFIBUS DP 總線。
  • 帶有 IM 153-2 的 ET 200M。
  • 故障安全信號模塊，采用非冗余設計。

  發(fā)生故障時，I/O 不再可用。故障安全信號模塊被禁用。

  單通道、切換式 I/O，用于 S7-400FH

  工廠需要使用故障安全型控制器。CPU 側(cè)需要有容錯功能。需要下列部件：

  • 2 個 CPU 414-4H/417-4H，含 F-Runtime 許可證。
  • 2 條 PROFIBUS DP 總線。
  • 1 個 ET 200M ，帶 2 個 IM 153-2（冗余）。
  • 故障安全信號模塊，采用非冗余設計。

  若 CPU、IM 153-2 或 PROFIBUS DP 總線出現(xiàn)故障，控制器仍保持可用。在故障安全信號模塊或 ET 200M 出現(xiàn)故障時，I/O 不再可用。故障安全信號模塊被禁用。

  冗余、切換式 I/O，用于 S7-400FH

  工廠需要使用故障安全型控制器。CPU 側(cè)和 I/O 側(cè)需要容錯功能。需要下列部件：

  • 2 個 CPU 414-4H/417-4H，含 F-Runtime 許可證。
  • 2 條 PROFIBUS DP 總線。
  • 2 個 ET 200M，帶 2 個 IM 153-2（冗余）。
  • 故障安全信號模塊，冗余設計。

  在 CPU、IM 153-2 或 PROFIBUS DP 總線、故障安全信號模塊或 ET 200M 出現(xiàn)故障時，控制器仍保持可用。

  在 S7-400F/FH 自動化系統(tǒng)中，也可以使用標準模塊。這些設備不能與故障安全模塊在同一個 ET 200M 中一起使用。

  通信

  中央控制器和 ET 200M 之間的安全相關通信和標準通信是通過 PROFIBUS DP 實現(xiàn)的。通過專門開發(fā)的 PROFIBUS 行規(guī) PROFIsafe，可在標準數(shù)據(jù)報文中傳輸與安全功能相關的用戶數(shù)據(jù)。無需附加的硬件組件，如專用安全總線。所需的軟件既可以作為操作系統(tǒng)的擴展功能集成在硬件組件中，也可作為經(jīng)過認證的軟件塊裝載到 CPU 中。

  帶有隔離模塊的安全等級

  在 ET 200M 中隔離模塊具有以下優(yōu)點：

  • 可以使用銅質(zhì)總線電纜來建立 PROFIBUS DP 總線。沒有必要使用光纖電纜。
  • 每個 IM 153-x 都可以使用。
  • 在一個 ET 200M 中，可以混合使用安全模式下的故障安全信號模塊和 S7-300 標準模塊。

  若需要取得安全等級 SIL 2，則無需使用隔離模塊。

  
  

  Functions

  S7-400

  大量功能可支持用戶對 S7-400 進行編程、調(diào)試和維護：

  • 高速指令執(zhí)行。
  • 用戶友好的參數(shù)分配
  • 人機界面：
    S7-400 的操作系統(tǒng)中集成了用戶友好的 OCM 服務。
  • 診斷功能和自檢：
    CPU 的智能診斷系統(tǒng)可連續(xù)檢查系統(tǒng)功能并記錄錯誤和特定系統(tǒng)事件。
  • 密碼保護。
  • 模式選擇開關
  • 系統(tǒng)功能

  SIMATIC S7-400 符合以下國內(nèi)和國際標準：

  • CE 標志
  • UL 認證
  • CSA 認證 或 cULus 認證
  • FM 認證
  • ATEX 認證
  • C-Tick、EMC 標記，適用于澳大利亞和新西蘭
  • IEC 61131-2
  • 船級社的船用認證
    • ABS（美國船級社）
    • BV（法國船級社）
    • DNV（挪威船級社）
    • GL（德國勞氏船級社）
    • LRS（英國勞氏船級社）
    • Class NK（日本船級社）

  有關詳細信息，請參見手冊《S7-400 自動化系統(tǒng) S7-400 模塊技術規(guī)格》。

  設計

  S7-400 系統(tǒng)可方便地構建為模塊化系統(tǒng)。S7-400 的突出特點是不帶風扇，運行可靠，支持信號模塊的熱插拔。

  S7-400 設計簡潔，使用靈活，操作極為方便：

  • 模塊安裝十分簡單。
  • 背板總線集成在安裝機架中。
  • 模塊更換簡單，不會將模塊相互混淆
  • 成熟可靠的連接技術
  • TOP Connect 連接方式：
    通過 1 芯到 3 芯接頭和螺釘型或彈簧型端子進行預接線。
  • 規(guī)定的安裝深度：
    所有接頭和連接器都應該嵌入到模塊內(nèi)并通過蓋板來保護。
  • 最小限度的插槽規(guī)則

  通信

  CPU 和通信處理器支持以下通信類型：

  • 過程通信；
    通過總線（AS-Interface、PROFIBUS DP 或 PROFINET）對 I/O 模塊進行循環(huán)尋址（交換過程映像）。從循環(huán)執(zhí)行級調(diào)用過程通信
  • 數(shù)據(jù)通信；
    在自動化系統(tǒng)之間或 HMI 與多個自動化系統(tǒng)之間
    進行數(shù)據(jù)交換。數(shù)據(jù)通信可循環(huán)進行，或在發(fā)生特定事件時通過塊從用戶程序調(diào)用。

  數(shù)據(jù)通信

  SIMATIC S7-400 擁有不同的數(shù)據(jù)通信機制：

  • 通過全局數(shù)據(jù)通信 (GD) 實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)的 CPU 之間的數(shù)據(jù)包循環(huán)交換。
  • 通過通信功能進行事件驅(qū)動型通信。

  通過 MPI、PROFIBUS 或 PROFINET 實現(xiàn)網(wǎng)絡連接。

  全局數(shù)據(jù) (GD)

  通過 MPI 以及“全局數(shù)據(jù)通信”服務，聯(lián)網(wǎng)的 CPU 可以相互循環(huán)交換數(shù)據(jù)（最多可達 16 個 GD 數(shù)據(jù)包，每個循環(huán)的最大 GD 數(shù)據(jù)包大小為 64 字節(jié)）。例如，CPU 可以訪問另一個 CPU 的數(shù)據(jù)/位存儲器/過程映像。若網(wǎng)絡上連接有 S7-300，則數(shù)據(jù)交換限制為最大 22 字節(jié)。全局數(shù)據(jù)通信可通過 MPI 來實現(xiàn)?？墒褂?STEP 7 來執(zhí)行組態(tài)。在分段式 CR2 安裝機架中，兩個 CPU 可以使用 GD 并通過 C 總線通信。

  通信功能

  通過系統(tǒng)內(nèi)集成的塊，可以建立與 S7/C7 伙伴之間的通信服務。

  這些服務包括：

  • 通過 MPI 和 PROFIBUS S7 進行的 S7 通信。
  • 通過 MPI、C 總線、PROFIBUS 和 PROFINET/工業(yè)以太網(wǎng)進行的 S7 通信。

  通過可加載的塊，可以建立與 S5 通信伙伴和西門子設備之間的通信服務。

  這些服務包括：

  • 通過 PROFIBUS 和工業(yè)以太網(wǎng)進行的 S5 兼容通信。
  • 通過 PROFIBUS 和工業(yè)以太網(wǎng)進行的標準通信（通過 PROFIBUS/工業(yè)以太網(wǎng)進行的開放式用戶通信）。

  與全局數(shù)據(jù)不同的是，必須建立通信連接才能實現(xiàn)通信功能。

  集成到 IT 環(huán)境中

  通過 S7-400，可方便地將現(xiàn)代 IT 環(huán)境與自動化環(huán)境鏈接。使用插入式 CP 443-1 Advanced，可以實現(xiàn)下列功能：

  • 使用任何 HTML 工具創(chuàng)建自己的 Web 頁面。方便地將 S7-400 的過程變量分配給 HTML 對象。
  • 使用標準瀏覽器并通過這些 Web 頁面監(jiān)控 S7-400。
  • 通過 FC 調(diào)用，從S7-400 的用戶程序發(fā)送電子郵件。
  • 由于 TCP/IP 具有的 WAN 特性，可進行遠程編程，甚至可通過電話網(wǎng)（如ISDN）。

  帶有 PROFINET 接口的 S7-400-H CPU 配有集成式 Web 服務器。因此，可以使用標準 Web 瀏覽器讀出 S7-400 站的信息：

  • CPU 常規(guī)信息
  • 診斷緩沖區(qū)的內(nèi)容
  • 變量表
  • 變量狀態(tài)
  • 模塊狀態(tài)
  • 消息
  • 有關工業(yè)以太網(wǎng)的信息
  • OUC 連接診斷
  • PROFINET 節(jié)點拓撲
  • 通過用戶定義的 Web 頁面顯示過程數(shù)據(jù)和用戶數(shù)據(jù)

  可通過使用用戶權限并支持 HTTPS 協(xié)議在 Web 服務器內(nèi)提供安全機制。

  等時同步模式

  通過等時同步模式系統(tǒng)功能，可通過連接到等時同步 PROFIBUS 和 PROFINET 的循環(huán)，以實現(xiàn)：

  • 分布式信號采集
  • 信號傳輸
  • 程序執(zhí)行

  創(chuàng)建自動化解決方案，以恒定間隔時間（恒定總線周期時間）來捕捉并處理輸入和輸出信號。同時創(chuàng)建一致的部分過程圖像。

  借助于恒定總線周期時間和分布式 I/O 同步信號處理，S7-400 可確保精確重現(xiàn)定義的的過程響應時間。

  提供了大量支持等時同步模式系統(tǒng)功能的組件，可用來處理運動控制、測量值采集和高速控制等領域內(nèi)的要求苛刻的任務。

  在分布式自動化解決方案中，SIMATIC S7-400 還將開辟高速處理操作的重要領用領域，并可實現(xiàn)最高精度和可重現(xiàn)性。這意味著可在提供最佳且恒定的質(zhì)量的同時提高產(chǎn)量。

  在運行模式下更改硬件組態(tài)（運行時組態(tài)，CiR）

  通過 SIMATIC S7-400，在工廠運轉(zhuǎn)期間可以實現(xiàn)硬件組態(tài)的更改，不會影響生產(chǎn)的進行。選項包括：

  • 增加分布式 I/O 節(jié)點（PROFIBUS DP 或 PA 從站）
  • 在 ET 200M I/O 系統(tǒng)中增加模塊并重新設置參數(shù)。

  CiR（即運行時組態(tài)）功能可在設備運行期間實現(xiàn)設備擴展和轉(zhuǎn)換，從而降低設備調(diào)試和重新裝備的時間。此外，通過該系統(tǒng)功能，還可以靈活響應工藝的變化（例如，工藝的優(yōu)化），因為不必因硬件組態(tài)發(fā)生改變而將設備初始化或同步。

  模塊的診斷和過程監(jiān)控

  SIMATIC S7-400 的眾多輸入/輸出模塊具有智能功能：

  • 監(jiān)控信號采集（診斷）
  • 監(jiān)控來自過程的信號（硬件中斷）

  診斷

  智能診斷系統(tǒng)可用來確定模塊的信號采集（對于數(shù)字量模塊）或者模擬量處理（對于模擬量模塊）是否正常工作。在診斷分析中，必須區(qū)分可參數(shù)化和不可參數(shù)化的診斷消息：

  • 可參數(shù)化的診斷消息：
    僅當通過適當參數(shù)設置啟用之后，才會發(fā)送診斷消息。
  • 不可參數(shù)化的診斷消息：
    這些消息是自動發(fā)送的，即與參數(shù)設置無關。

  如果某個診斷消息處于激活狀態(tài)（例如，“無傳感器輸入”），則該模塊會觸發(fā)一個診斷中斷（如果已為該診斷消息設置了參數(shù)，則僅在相應的參數(shù)設置之后才會觸發(fā)中斷）。CPU 將中斷用戶程序或低優(yōu)先級任務的處理，并處理相關診斷中斷塊 (OB 82)。通過硬件中斷可以監(jiān)控過程信號，并且可以觸發(fā)對信號變化的響應。

  根據(jù)模塊類型的不同，提供了各種不同診斷消息：

  數(shù)字量輸入/輸出模塊
  診斷消息	可能的故障原因
  無傳感器電源	傳感器電源過載 傳感器電源對 M 短路
  無外部輔助電壓	模塊無電源電壓 L+
  無內(nèi)部輔助電壓	模塊無電源電壓 L+ 內(nèi)部模塊熔斷器有故障
  熔斷器燒斷	內(nèi)部模塊熔斷器有故障
  模塊中的參數(shù)不正確	傳輸?shù)侥K的參數(shù)不正確
  時間看門夠脫落	定期出現(xiàn)高電磁干擾 模塊有故障
  EPROM 故障	定期出現(xiàn)高電磁干擾 模塊有故障
  RAM 故障	定期出現(xiàn)高電磁干擾 模塊有故障
  硬件中斷丟失	硬件中斷到來的速度超過 CPU 的處理能力