西门子CPU模块6ES7416-3ES07-0AB0可编程控制器

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(从而故障性)的需求在不断提高。在许多领域中,设备停机会产生高的成本。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 故障自动化系统可在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,生产过程会切换到状态并中断。

S7-400FH:
故障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,可在非相关和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。

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,适用于故障型应用。

S7-400F/FH:
采用冗余设计的故障自动化系统,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,多可以连接 125 个PROFIBUS DP 从站。可以将多 256 个 PROFINET IO 设备连接到 PROFINET 接口。SIMATIC S7-400 的所有 CPU 均可处理大型的配置。此外,在一个控制器中的多重计算模式下,多个 CPU 可以协同工作以提。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):
用于连接控制器和扩展单元。SIMATIC S7-400 的控制器可带有多 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控制器时,则可以对 S7-400 进行扩展:

多 21 个扩展单元:
可将多 21 个扩展单元 (EU) 连接到控制器 (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 中可将多 6 个发送 IM 插到 CC 中(其中多 2 个带 5-V 电源),并可将多 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:
始终将电源模块插在 CC 和 EU 中的左侧。

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*一个 EU 之间的*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*一个 EU 之间的*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

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,可以连接含有多 125 个总线节点的总线。CC 与总线上*一个节点之间的*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,可将多 6 个扩展单元连接到 C 总线。

MPI 的性能数据:

多 32 个 MPI 节点

速达 12 Mbps

灵活的安装选件:
使用性能的组件建立 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 节点之间多可以串入 9 个中继器以连接大距离。

DP 主站:
也可将 S7-400 的 MPI 配置为 DP 主站。随后可以连接多 32 个*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 个控制器:
2 个单的 UR1/UR2 控制器,或一个分隔式控制器 (UR2-H) 上的 2 个区域。

每个控制器有两个模块,用于通过光缆连接两个设备。

每个控制器 1 个 CPU 412-5H、1 个 CPU 414-5H、1 个 CPU 416-5H 或 1 个 CPU 417-5H。

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。

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,仅由两个控制器中的一个来寻址。单侧 I/O 模块可插到控制器和/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控制器。发生故障时,受影响的控制器的 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,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

工厂需要使用故障型控制器。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。

故障信号模块,采用非冗余设计。

发生故障时,I/O 不再可用。故障信号模块被禁用。

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。在故障信号模块或 ET 200M 出现故障时,I/O 不再可用。故障信号模块被禁用。

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)。

故障信号模块,冗余设计。

在 CPU、IM 153-2 或 PROFIBUS DP 总线、故障信号模块或 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模块在同一个 ET 200M 中一起使用。

通信

控制器和 ET 200M 之间的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功能相关的用户数据。附加的硬件组件,如总线。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,可以混合使用模式下的故障信号模块和 S7-300 标准模块。

若需要等级 SIL 2,则使用隔离模块。

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)

(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 的特点是不带风扇,运行,支持信号模块的热插拔。

S7-400 设计简洁,使用灵活,操作为方便:

模块安装十分简单。

背板总线集成在安装机架中。

模块换简单,不会将模块相互混淆

成熟的连接技术

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。

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(多可达 16 个 GD 数据包,每个循环的* 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* 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,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,甚至可通过电话网(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 HT 协议在 Web 服务器内提供机制。

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,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。