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SIMATIC S7-400，CPU 416-2 *處理器，帶：內(nèi)存 5.6 MB，（2.8 MB 代碼，2.8 MB 數(shù)據(jù)）， 1. 接口 MPI/DP 12 MBIT/S，第 2 個 PROFIBUS DP 接口

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(SIEMENS)上海非俗工控自動化設(shè)備有限公司（西門子分銷商）

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西門子S7-400

產(chǎn)品特點

輯

S7-400PLC采用模塊化無風(fēng)扇的設(shè)計，可靠耐用，同時可以選用多種級別（功能逐步升級）的CPU，并配有多種通用功能的模板，這使用戶能根據(jù)需要組合成不同的系統(tǒng)。當(dāng)控制系統(tǒng)規(guī)模擴大或升級時，只要適當(dāng)?shù)卦黾右恍┠０澹隳苁瓜到y(tǒng)升級和充分滿足需要。 [1]

SIMATIC S7-400過程控制器性能強大的解決方案

作為SIMATIC過程控制器系列的一部分，S7- 400被設(shè)計用于制造和過程自動化領(lǐng)域的系統(tǒng)解決方案。這個過程控制器是數(shù)據(jù)密集型任務(wù)，特別是典型過程工業(yè)的理想選擇。高處理速度和高確定性的響應(yīng)時間能夠確保對制造業(yè)高速加工中的短機器循環(huán)周期。

功能

容錯通訊

帶有容錯通信功能的SIMATIC提供了一種新的通信類型，該通信類型具有以下特點：

可用性更高：
發(fā)生故障時，憑借其多達4個的冗余連接，可以繼續(xù)通信。必要的切換工作對于用戶來說是透明的。
工作簡單；
容錯處理對于用戶也是透明的?？墒褂糜糜跇藴释ㄓ嵉挠脩舫绦?，無需修改。冗余功能的定義僅需在參數(shù)化階段就可以完成。

容錯通訊目前由 S7-400H（冗余和非冗余配置）和 PC 所支持。對于 PC 來說，需要使用 Redconnect 軟件包（參見“SIMATIC NET 通訊系統(tǒng)”）。

取決于對可用性的需求，可以使用不同的組態(tài)選項：

單一總線或冗余總線。
線型拓撲和環(huán)型拓撲總線。

運行模式

CPU 417-4H、CPU 414-4H 和 CPU 412-3H 的操作系統(tǒng)可自主執(zhí)行 S7-400H 的所有必要附加功能：

數(shù)據(jù)交換
故障響應(yīng)（控制轉(zhuǎn)換給備用設(shè)備）
兩個子設(shè)備的同步
自檢

冗余原理

S7-400H的工作符合“熱備份”模式的主動冗余原理（支持故障發(fā)生時的無重啟自動切換功能）。根據(jù)該原理，在*運行期間，兩個子單元都處于工作狀態(tài)。當(dāng)故障發(fā)生時，未出現(xiàn)故障的設(shè)備將獨立地接管過程控制。

為了確保平穩(wěn)的控制接管，必須通過*控制器鏈路實現(xiàn)高速、可靠的數(shù)據(jù)交換。

在控制轉(zhuǎn)移期間，設(shè)備自動地使用

相同的用戶程序
相同的數(shù)據(jù)塊
相同的過程圖像內(nèi)容
相同的數(shù)據(jù)，例如定時器、計數(shù)器、位存儲單元等

這意味著，這兩個設(shè)備的更新操作始終*一樣，并可以在出現(xiàn)故障時獨立地繼續(xù)執(zhí)行控制功能。

I/O 工作于冗余模式時，其結(jié)果將是：

在*的工作期間，兩個模塊均處于工作狀態(tài)，即，在存在冗余輸入的情況下，例如通過兩個模塊讀入的共用傳感器（也可以設(shè)置兩個傳感器）的信號，會對其結(jié)果進行比較，以將*性的值提供給用戶以進一步處理。對于冗余輸出來說，由用戶程序計算出的值通過兩個模塊來輸出。
如果出現(xiàn)了故障，例如輸入模塊中有一個或者兩個均出現(xiàn)了故障，則不再尋址故障模塊，且對故障進行報告處理，此后，僅使用未出現(xiàn)故障的模塊繼續(xù)工作。聯(lián)機修理工作完成之后，又可以尋址兩個模塊。

對于無重啟切換，必須實現(xiàn)兩個子單元的同步。

S7-400H采用“事件驅(qū)動同步”技術(shù)。

同步操作伴隨著導(dǎo)致兩個子單元內(nèi)部狀態(tài)出現(xiàn)差異的每個事件而進行。這些事件的發(fā)生情況例如有：

直接訪問 I/O
中斷、報警
更新用戶時間，或
使用通信功能更改數(shù)據(jù)。

同步由操作系統(tǒng)自動完成，程序編制期間無需處理。

自檢

S7-400H 可執(zhí)行大量自檢。這涉及到以下部分的檢測工作：

*控制器的連接。
CPU
處理器/ASIC
存儲器

每個檢測到故障都將被報告。

啟動時自檢

啟動時，每個子單元都會完整地執(zhí)行全部自檢功能。

循環(huán)工作期間的自檢

完整的自檢需要多個循環(huán)。每個循環(huán)僅執(zhí)行一小部分的自檢，因此，施加至物理控制器上的負荷很小。

組態(tài)、編程

S7-400H 的編程與 S7-400 相類似。所有可用的 STEP 7 功能都可以使用。

對 S7-400H 進行編程需要使用 STEP 7 V5.2。

I/O模塊的組態(tài)

硬件組態(tài)時，用戶必須通過HW Config明確地指出彼此相互冗余的模塊。這僅需指出需要工作于冗余模式的模塊和需要作為“冗余伙伴”的第二個模塊。在用戶程序中，程序編制時使用地址zui低的那個模塊。第二個地址對用戶來說不可見，無論是冗余還是非冗余I/O，控制部分的編程工作都*相同。與非冗余I/O*的差別是，冗余I/O程序有兩個塊庫中的功能塊（RED_IN 和 RED_OUT），且在用戶程序的起始和結(jié)束部分調(diào)用這兩個功能塊。

自STEP 7 V5.3起，該庫作為標準組件已經(jīng)集成在STEP 7中。

可編程邏輯控制器（PLC)的定義

編輯

可編程邏輯控制器簡稱PLC（英文全稱：Programmable Logic ）。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，為適應(yīng)多品種，小批量生產(chǎn)的需求而產(chǎn)生發(fā)展起來的一種新型的工業(yè)控制裝置。

1．現(xiàn)場輸入接口電路由光耦合電路和微機的輸入接口電路，作用是PLC與現(xiàn)場控制的接口界面的輸入通道。西門子PLC模塊CPU416-2

2．現(xiàn)場輸出接口電路由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請求電路集成，作用PLC通過現(xiàn)場輸出接口電路向現(xiàn)場的執(zhí)行部件輸出相應(yīng)的控制信號。

常用的I/O分類如下：

開關(guān)量：按電壓水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。

模擬量：按信號類型分，有電流型（4-20mA,0-20mA）、電壓型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。除了上述通用IO外，還有特殊IO模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。

按I/O點數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O模塊可多可少，但其zui大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力，即受zui大的底板或機架槽數(shù)限制。

1987年電工委員會（IEC）頒布的PLC標準草案中對PLC做了如下定義：

“PLC是一種數(shù)字運算操作的電子的電子系統(tǒng)，專門在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可以編制程序的存儲器，用來在執(zhí)行存儲邏輯運算和順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字或模擬的輸入(I)和輸出(O)接口，控制各種類型的機械設(shè)備或生產(chǎn)過程。”

PLC的結(jié)構(gòu)與產(chǎn)品

編輯

(一）PLC的基本機構(gòu)：

從PLC的硬件結(jié)構(gòu)形式上，PLC可以分為整體固定I/O型，基本單元加擴展型，模塊式，集成式，分布式5種基本結(jié)構(gòu)形式。

（二）PLC的組成：

1. *處理單元(CPU)

*處理單元(CPU)是PLC的控制中樞，是PLC的核心起神經(jīng)中樞的作用，每套PLC至少有一個CPU。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當(dāng)PLC投入運行時，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運算的結(jié)果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，zui后將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行。

為了進一步提高PLC的可靠性，對大型PLC還采用雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三CPU的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個CPU出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)仍能正常運行。

CPU速度和內(nèi)存容量是PLC的重要參數(shù)，它們決定著PLC的工作速度，I/O數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。

2.存儲器

系統(tǒng)程序存儲器是存放系統(tǒng)軟件的存儲器；用戶程序存儲器是存放PLC用戶程序應(yīng)用;數(shù)據(jù)存儲器用來存儲PLC程序執(zhí)行時的中間狀態(tài)與信息，它相當(dāng)于PC的內(nèi)存。

3.輸入輸出接口（I/O模塊）

PLC與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（I/O）完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài)，輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號變換成數(shù)字信號進入PLC系統(tǒng)，輸出模塊相反。I/O分為開關(guān)量輸入（DI），開關(guān)量輸出（DO），模擬量輸入（AI），模擬量輸出（AO）等模塊。

4.通信接口

通信接口的主要作用是實現(xiàn)PLC與外部設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換（通信）。通信接口的形式多樣，zui基本的有UBS,RS-232,RS-422/RS-485等的標準串行接口?？梢酝ㄟ^多芯電纜，雙絞線，同軸電纜，光纜等進行連接。

5.電源

PLC的電源為PLC電路提供工作電源，在整個系統(tǒng)中起著十分重要的作用。一個良好的、可靠的電源系統(tǒng)是PLC的zui基本保障。一般交流電壓波動在+10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網(wǎng)上去。電源輸入類型有：交流電源（220VAC或110VAC），直流電源（常用的為24VDC）。

PLC的特點

編輯

（一）可靠性高，抗*力強

PLC用軟件代替大量的中間繼電器和時間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關(guān)的少量硬件，接線可減少到繼電器控制系統(tǒng)的1/10~1/100，因觸點接觸不良造成的故障大為減少。

高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了*的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產(chǎn)的F系列PLC平均*時間高達30萬小時。一些使用冗余CPU的PLC的平均*工作時間則更長。從PLC的機外電路來說，使用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護。這樣，整個系統(tǒng)具有*的可靠性也就不奇怪了。

（二）硬件配套齊全，功能完善，適用性強

PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品，并且已經(jīng)標準化、系列化、模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，用戶能靈活方便地進行系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)。PLC的安裝接線也很方便，一般用接線端子連接外部接線。PLC有較強的帶負載能力，可直接驅(qū)動一般的電磁閥和交流接觸器，可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強及人機界面技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。

輸入采樣西門子CPU416-2可編程控制器
在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。
用戶程序執(zhí)行
在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點構(gòu)成的控制線路進行邏輯運算，然后根據(jù)邏輯運算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。
即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。

西門子PLC模塊CPU416-2

西門子S7-400同300的區(qū)別主要在于熱啟動(wrst)這一部分，其他基本一樣。它還有一個外部的電池電源接口，當(dāng)在線更換電池時可以向ram提供后備電源。編程設(shè)備主要有pg720pg740pg760——可以理解成裝有編程軟件的手提電腦;也可以直接用安裝有step7(siemens的編程軟件)的pc來完成。而實現(xiàn)通訊(要編程首先要和plc的cpu通訊上)的要求主要在于接口：1.可以在pc上裝cp5611卡——上面有mpi口，可用電纜直接連接。2.加個pc適配器，把mpi口轉(zhuǎn)換成rs-232口后接到pc上。3.plc加cp343卡，使它具有以太網(wǎng)口。

西門子S7-1200 小型可編程控制器

西門子SIMATIC S7-1200是一款緊湊型、模塊化的PLC，可完成簡單邏輯控制、高級邏輯控制、HMI 和網(wǎng)絡(luò)通信等任務(wù) 。
單機小型自動化系統(tǒng)的*解決方案。對于需要網(wǎng)絡(luò)通信功能和單屏或多屏HMI的自動化系統(tǒng)，易于設(shè)計和實施。
具有支持小型運動控制系統(tǒng)、過程控制系統(tǒng)的高級應(yīng)用功能
新的模塊化SIMATIC S7-1200控制器是我們新推出產(chǎn)品的核心，可實現(xiàn)簡單卻高度精確的自動化任務(wù)。SIMATIC S7-1200 控制器實現(xiàn)了模塊化和緊湊型設(shè)計，功能強大、投資安全并且*適合各種應(yīng)用。

可擴展性強、靈活度高的設(shè)計，可實現(xiàn)zui高標準工業(yè)通信的通信接口以及一整套強大的集成技術(shù)功能，使該控制器成為完整、全面的自動化解決方案的重要組成部分。

使用*集成的新工程組態(tài) SIMATICSTEP 7 Basic，并借助 SIMATIC WinCC Basic 對 SIMATIC S7-1200 進行編程。SIMATIC STEP 7 Basic 的設(shè)計理念是直觀、易學(xué)和易用。這種設(shè)計理念可以使您在工程組態(tài)中實現(xiàn)率。一些智能功能，例如直觀編輯器、拖放功能和“InliSense”（智能感知）工具，能讓您的工程進行的更加迅速。這款新軟件的體系結(jié)構(gòu)源于對未來創(chuàng)新的不斷追求，西門子在軟件開發(fā)領(lǐng)域已經(jīng)有很多年的經(jīng)驗，因此 SIMATIC STEP 7 的設(shè)計是以未來為導(dǎo)向的。

SIMATIC S7-1200 系統(tǒng)有五種不同模塊，分別為 CPU 1211C、CPU 1212C 、 CPU 1214C、CPU1215C和CPU1217C。其中的每一種模塊都可以進行擴展，以*您的系統(tǒng)需要。可在任何 CPU 的前方加入一個信號板，輕松擴展數(shù)字或模擬量 I/O，同時不影響控制器的實際大小?？蓪⑿盘柲K連接至 CPU 的右側(cè)，進一步擴展數(shù)字量或模擬量 I/O 容量。CPU 1212C 可連接 2 個信號模塊，CPU 1214C 、CPU1215C和CPU1217C可連接 8 個信號模塊。zui后，所有的 SIMATIC S7-1200 CPU 控制器的左側(cè)均可連接多達 3 個通訊模塊，便于實現(xiàn)端到端的串行通訊。

西門子S7-1500可編程控制器

新型的SIMATICS7-1500控制器除了包含多種創(chuàng)新技術(shù)之外，還設(shè)定了新標準，zui大程度提高生產(chǎn)效率。無論是小型設(shè)備還是對速度和準確性要求較高的復(fù)雜設(shè)備裝置，都一一適用。SIMATICS7-1500無縫集成到TIA博途中，*提高了工程組態(tài)的效率。

性能：沒有zui快，只有更快！SIMATIC S7-1500的系統(tǒng)性能*縮短了系統(tǒng)響應(yīng)時間，進而優(yōu)化了控制質(zhì)量并提高了系統(tǒng)性能。

處理速度：SIMATIC S7-1500 的信號處理速度更為快速，*縮短系統(tǒng)響應(yīng)時間，進而提高了生產(chǎn)效率。

高速背板總線：新型的背板總線技術(shù)采用高波特率和高效傳輸協(xié)議，以實現(xiàn)信號的快速處理。

通信：SIMATIC S7-1500帶有多達3個PROFINET接口。
其中，兩個端口具有相同的IP地址，適用于現(xiàn)場級通信；第三個端口具有獨立的IP地址，可集成到公司網(wǎng)絡(luò)中。
通過 PROFINET IRT，可定義響應(yīng)時間并確保高度精準的設(shè)備性能。
集成：無需親臨現(xiàn)場，即可通過Internet瀏覽器隨時查看CPU狀態(tài)。過程變量以圖形化方式進行顯示，同時用戶還可以自定義網(wǎng)頁，這些都*地簡化了信息的采集操作。

西門子SIMATIC HMI 操作面板

西門子操作面板也叫西門子觸摸屏，簡稱西門子HMI，特點顯著，能滿足用戶所有需要，并且所有顯示尺寸都有全集成功能，支持*的高效率。

西門子PLC工作原理：

當(dāng)PLC投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個階段。

輸入采樣

在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。

用戶程序執(zhí)行

在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點構(gòu)成的控制線路進行邏輯運算，然后根據(jù)邏輯運算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。

即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。