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SIMATIC S7-400，CPU 416-2 *處理器，帶： 內存 5.6 MB， （2.8 MB 代碼，2.8 MB 數據）， 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備有限公司（西門子分銷商）

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西門子S7-400

產品特點

輯

S7-400PLC采用模塊化無風扇的設計，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，這使用戶能根據需要組合成不同的系統。當控制系統規模擴大或升級時，只要適當地增加一些模板，便能使系統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被設計用于制造和過程自動化領域的系統解決方案。這個過程控制器是數據密集型任務，特別是典型過程工業的理想選擇。高處理速度和高確定性的響應時間能夠確保對制造業高速加工中的短機器循環周期。

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：
  發生故障時，憑借其多達4個的冗余連接，可以繼續通信。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。可使用用于標準通訊的用戶程序，無需修改。冗余功能的定義僅需在參數化階段就可以完成。

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”）。

取決于對可用性的需求，可以使用不同的組態選項：

• 單一總線或冗余總線。
• 線型拓撲和環型拓撲總線。

運行模式

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

• 數據交換
• 故障響應（控制轉換給備用設備）
• 兩個子設備的同步
• 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（支持故障發生時的無重啟自動切換功能）。根據該原理，在*運行期間，兩個子單元都處于工作狀態。當故障發生時，未出現故障的設備將獨立地接管過程控制。

為了確保平穩的控制接管，必須通過*控制器鏈路實現高速、可靠的數據交換。

在控制轉移期間，設備自動地使用

• 相同的用戶程序
• 相同的數據塊
• 相同的過程圖像內容
• 相同的數據，例如定時器、計數器、位存儲單元等

這意味著，這兩個設備的更新操作始終*一樣，并可以在出現故障時獨立地繼續執行控制功能。

I/O 工作于冗余模式時，其結果將是：

• 在*的工作期間，兩個模塊均處于工作狀態，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（也可以設置兩個傳感器）的信號，會對其結果進行比較，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。
• 如果出現了故障，例如輸入模塊中有一個或者兩個均出現了故障，則不再尋址故障模塊，且對故障進行報告處理，此后，僅使用未出現故障的模塊繼續工作。聯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，必須實現兩個子單元的同步。

S7-400H采用“事件驅動同步”技術。

同步操作伴隨著導致兩個子單元內部狀態出現差異的每個事件而進行。這些事件的發生情況例如有：

• 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據。

同步由操作系統自動完成，程序編制期間無需處理。

自檢

S7-400H 可執行大量自檢。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行全部自檢功能。

循環工作期間的自檢

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

組態、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

硬件組態時，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束部分調用這兩個功能塊。

自STEP 7 V5.3起，該庫作為標準組件已經集成在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 ）。隨著科學技術的發展，為適應多品種，小批量生產的需求而產生發展起來的一種新型的工業控制裝置。

1．現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與現場控制的接口界面的輸入通道。西門子PLC模塊CPU416-2

2．現場輸出接口電路由輸出數據寄存器、選通電路和中斷請求電路集成，作用PLC通過現場輸出接口電路向現場的執行部件輸出相應的控制信號。

常用的I/O分類如下：

開關量：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點數確定模塊規格及數量，I/O模塊可多可少，但其zui大數受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是一種數字運算操作的電子的電子系統，專門在工業環境下應用而設計。它采用可以編制程序的存儲器，用來在執行存儲邏輯運算和順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令，并通過數字或模擬的輸入(I)和輸出(O)接口，控制各種類型的機械設備或生產過程。”

PLC的結構與產品

編輯

(一）PLC的基本機構：

從PLC的硬件結構形式上，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種基本結構形式。

（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的核心起神經中樞的作用，每套PLC至少有一個CPU。它按照PLC系統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據；檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時器的狀態，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當PLC投入運行時，首先它以掃描的方式接收現場各輸入裝置的狀態和數據，并分別存入I/O映象區，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經過命令解釋后按指令的規定執行邏輯或算數運算的結果送入I/O映象區或數據寄存器內。等所有的用戶程序執行完畢之后，zui后將I/O映象區的各輸出狀態或輸出寄存器內的數據傳送到相應的輸出裝置，如此循環運行，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構成冗余系統，或采用三CPU的表決式系統。這樣，即使某個CPU出現故障，整個系統仍能正常運行。

CPU速度和內存容量是PLC的重要參數，它們決定著PLC的工作速度，I/O數量及軟件容量等，因此限制著控制規模。

2.存儲器

系統程序存儲器是存放系統軟件的存儲器；用戶程序存儲器是存放PLC用戶程序應用;數據存儲器用來存儲PLC程序執行時的中間狀態與信息，它相當于PC的內存。

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，輸出點反映輸出鎖存器狀態。輸入模塊將電信號變換成數字信號進入PLC系統，輸出模塊相反。I/O分為開關量輸入（DI），開關量輸出（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PLC與外部設備之間的數據交換（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，在整個系統中起著十分重要的作用。一個良好的、可靠的電源系統是PLC的zui基本保障。一般交流電壓波動在+10%(+15%)范圍內，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網上去。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的少量硬件，接線可減少到繼電器控制系統的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備的關鍵性能。PLC由于采用現代大規模集成電路技術，采用嚴格的生產工藝制造，內部電路采取了*的抗干擾技術，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產的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構成控制系統，和同等規模的繼電接觸器系統相比，電氣接線及開關接點已減少到數百甚至數千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測功能，出現故障時可及時發出警報信息。在應用軟件中，應用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統中除PLC以外的電路及設備也獲得故障自診斷保護。這樣，整個系統具有*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發展到今天，已經形成了大、中、小各種規模的系列化產品，并且已經標準化、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配置，組成不同功能、不同規模的系統。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，可直接驅動一般的電磁閥和交流接觸器，可以用于各種規模的工業控制場合。除了邏輯處理功能以外，現代PLC大多具有完善的數據運算能力，可用于各種數字控制領域。PLC的功能單元大量涌現，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業控制中。加上PLC通信能力的增強及人機界面技術的發展，使用PLC組成各種控制系統變得非常容易。

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和數據，并將它們存入I/O映象區中的相應得單元內。輸入采樣結束后，轉入用戶程序執行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態和數據發生變化，I/O映象區中的相應單元的狀態和數據也不會改變。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。
用戶程序執行
在用戶程序執行階段，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成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序對由觸點構成的控制線路進行邏輯運算，然后根據邏輯運算的結果，刷新該邏輯線圈在系統RAM存儲區中對應位的狀態；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區中對應位的狀態；或者確定是否要執行該梯形圖所規定的特殊功能指令。
即，在用戶程序執行過程中，只有輸入點在I/O映象區內的狀態和數據不會發生變化，而其他輸出點和軟設備在I/O映象區或系統RAM存儲區內的狀態和數據都有可能發生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執行結果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數據的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態或數據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，當在線更換電池時可以向ram提供后備電源。編程設備主要有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口轉換成rs-232口后接到pc上。3.plc加cp343卡，使它具有以太網口。

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 和網絡通信等任務 。
單機小型自動化系統的*解決方案。 對于需要網絡通信功能和單屏或多屏HMI的自動化系統，易于設計和實施。
具有支持小型運動控制系統、過程控制系統的高級應用功能
新的模塊化SIMATIC S7-1200控制器是我們新推出產品的核心，可實現簡單卻高度精確的自動化任務。SIMATIC S7-1200 控制器實現了模塊化和緊湊型設計，功能強大、投資安全并且*適合各種應用。

可擴展性強、靈活度高的設計，可實現zui高標準工業通信的通信接口以及一整套強大的集成技術功能，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 SIMATICSTEP 7 Basic，并借助 SIMATIC WinCC Basic 對 SIMATIC S7-1200 進行編程。SIMATIC STEP 7 Basic 的設計理念是直觀、易學和易用。這種設計理念可以使您在工程組態中實現率。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構源于對未來創新的不斷追求，西門子在軟件開發領域已經有很多年的經驗，因此 SIMATIC STEP 7 的設計是以未來為導向的 。

SIMATIC S7-1200 系統有五種不同模塊，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*您的系統需要。可在任何 CPU 的前方加入一個信號板，輕松擴展數字或模擬量 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，進一步擴展數字量或模擬量 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 控制器的左側均可連接多達 3 個通訊模塊，便于實現端到端的串行通訊。

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新技術之外，還設定了新標準，zui大程度提高生產效率。無論是小型設備還是對速度和準確性要求較高的復雜設備裝置，都一一適用。SIMATICS7-1500無縫集成到TIA博途中，*提高了工程組態的效率。

性能：沒有zui快，只有更快！SIMATIC S7-1500的系統性能*縮短了系統響應時間，進而優化了控制質量并提高了系統性能。

處理速度：SIMATIC S7-1500 的信號處理速度更為快速，*縮短系統響應時間，進而提高了生產效率。

高速背板總線：新型的背板總線技術采用高波特率和高效傳輸協議，以實現信號的快速處理。

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，適用于現場級通信；第三個端口具有獨立的IP地址，可集成到公司網絡中。
通過 PROFINET IRT，可定義響應時間并確保高度精準的設備性能。
集成：無需親臨現場，即可通過Internet瀏覽器隨時查看CPU狀態。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執行上述三個階段。

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和數據，并將它們存入I/O映象區中的相應得單元內。輸入采樣結束后，轉入用戶程序執行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態和數據發生變化，I/O映象區中的相應單元的狀態和數據也不會改變。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。

用戶程序執行

在用戶程序執行階段，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成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序對由觸點構成的控制線路進行邏輯運算，然后根據邏輯運算的結果，刷新該邏輯線圈在系統RAM存儲區中對應位的狀態；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區中對應位的狀態；或者確定是否要執行該梯形圖所規定的特殊功能指令。

即，在用戶程序執行過程中，只有輸入點在I/O映象區內的狀態和數據不會發生變化，而其他輸出點和軟設備在I/O映象區或系統RAM存儲區內的狀態和數據都有可能發生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執行結果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數據的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態或數據只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。

輸出刷新

當掃描用戶程序結束后，PLC就進入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區內對應的狀態和數據刷新所有的輸出鎖存電路，再經輸出電路驅動相應的外設。這時，才是PLC的真正輸出。

同樣的若干條梯形圖，其排列次序不同，執行的結果也不同。另外，采用掃描用戶程序的運行結果與繼電器控制裝置的硬邏輯并行運行的結果有所區別。當然，如果掃描周期所占用的時間對整個運行來說可以忽略，那么二者之間就沒有什么區別了。

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