西門子可編程控制器CPU412-1

SIMATIC S7-400，CPU 412-1 *處理器，帶： 內存 288 KB， （144 KB 代碼，144 KB 數據）， 接口 MPI/DP 12 MBIT/S

西門子S7-400

產品特點

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] 

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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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1．SIMOTION工業以太網網絡介質
西門子工業以太網網絡通常使用的物理傳輸介質為屏蔽雙絞線（FC TP）、工業屏蔽雙絞線（ITP）和光纖。

1.1 屏蔽雙絞線（Fast Connection Twist Pair）
FC TP快速連接雙絞線用于將DTE快速連接到工業以太網上，配合西門子FC TP RJ45接頭使用，連接方式如圖1所示：

圖1： FC TP電纜與TP RJ45接頭

將雙絞線按照TP RJ45接頭標示的顏色插入連接孔中，快捷、方便地將DTE設備連接到工業以太網上。使用FC雙絞線從DTE到交換機長通信距離為100米（DTE到DTE）。也可以使用普通RJ45接頭，為了保證數據傳輸的可靠性，在無干擾情況下長通信距離為5米。
RJ－45連接有兩種連接方式，交叉連接（如圖2所示）和直通連接（如圖3所示）。交叉連接用于網卡之間的連接或集線器之間的連接；直通線用于網卡與集線器之間或網卡與交換機之間的連接。Siemens交換機由于采用了自適應技術，可以自動檢測線序，故通過交換機可以選擇任意一種電纜進行連接。

圖2 交叉線連接

圖3 直通線連接

SIMOTION 帶有RJ45接頭，建議使用西門子FC TP和FC TP RJ45接頭。

1.2 工業屏蔽雙絞線 （Industrial Twisted Pair）
屏蔽雙絞線如圖4所示，它有白/藍和白/橙兩對雙絞屏蔽線。外部包有屏蔽層和絕緣層，用于連接有ITP端口的以太網設備。通過ITP電纜連接的兩個設備的遠距離為100米。

圖4 ITP電纜結構圖

連接ITP電纜的連接頭有兩種，即 9 針或 15 針的Sub－D 接頭，如圖所示5、6：

     
圖5 Sub－D 9針接頭                                                 圖6 Sub－D 15針接頭

使用Sub－D 接頭進行連接的網絡連接牢固，不易松動。其連線方法及9/15 接頭的轉換可以查閱西門子手冊 。同樣ITP 電纜也會有交叉連接的情況，可以直接定購 ITP XP 標準電纜 。
SIMOTION只有RJ45以太網接口，通常不使用工業雙絞線ITP。

1.3光纖
按光在光纖中的傳輸模式不同，光纖可分為單模光纖和多模光纖。
多模光纖：中心玻璃芯較粗(50或62.5μm)，可傳多種模式的光。但其模間色散較大，這就限制了傳輸數字信號的頻率，而且隨距離的增加會更加嚴重。例如：600MB/KM的光纖在2KM時則只有300MB的帶寬了。因此，多模光纖傳輸的距離就比較近，一般只有幾公里。
單模光纖：中心玻璃芯較細(芯徑一般為9或10μm)，只能傳一種模式的光。因此，其模間色散很小，適用于遠程通訊，但其色度色散起主要作用，這樣單模光纖對光源的譜寬和穩定性有較高的要求， 即譜寬要窄，穩定性要好。
光纖技術只允許點對點的連接，即一個發送裝置只對應一個接收裝置。因而兩個站點之間需要有發送和接收兩根光纖進行連接。所有SIMATIC NET 標準的光纜都是兩根光纖。光纖的連接頭有很多種如圖7所示：

圖7 光纖的連接頭

其中各種連接頭都有各自的優點，例如：ST 連接頭安裝簡易，比較適合于現場連接，（西門子BFOC接頭就是ST 接頭）；FC 接頭有一個不固定的套環，可以提供較好的機械的隔離；SC 連接頭適合緊密連接，其推拉設計可以避免在安裝過程中的光纖平面受損，應用比較普遍。在西門子的網絡設備中，大多光纖鏈路設備使用BFOC接頭。
光纖通訊應用于工業以太網的優點：
隔離電氣的站點或網段
沒有電氣的接地問題
沒有屏蔽電流
數據傳輸不受外界電磁干擾
不受雷電的影響
不會產生電磁干擾
重量輕
根據光纖的類型不同，長距離的通訊依然可以保持高的通訊波特率
帶有RJ45接頭的SIMOTION 可以直接連接到交換機的電氣接口上，交換機之間可以通過光纖連接，增加通信距離和抗干擾性。

2．SIMOTION工業以太網網絡拓撲結構
通過西門子交換機組成的以太網有三種網絡拓撲結構：1）總線型；2）星型；3）冗余環網。圖8所示為SCALANCE 200組成的冗余環網。

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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