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西门子S7-400PLC

S7-400 是 SIMATIC 控制器家族中功能强大的 PLC。通过它,可以使用全集成自动化 (TIA),实现最佳的自动化解决方案。S7-400 是一个用于制造业和过程工业系统解决方案的自动化平台。它灵活的模块化结构和高度的性能裕量,使 S7-400 比所有其它的 PLC 远为优越。

S7-400
  • 功能强大的PLC,满足中、高性能要求。
  • 要求最苛刻的任务的解决方案。
  • 品种齐全的模块和性能分级的 CPU,最佳适应自动化任务。
  • 通过简单实施分布式结构可实现灵活的使用;操作简单的连接方法。
  • 最佳的通讯和网络连接选件。
  • 方便用户和简易的无风扇设计。
  • 当控制任务增加时,可自由扩展。
  • 多CPU运行:
    多个 CPU 在一个 S7-400 中央控制器中同时运行。
    通过多处理器计算扩大 S7-400 的整体性能。例如,复杂的任务可以分解为各种技术,如开环控制、计算或通讯,并分配给不同的 CPU。每个 CPU 可赋与其本地的 I/O。
  • 模块化:
    功能强大的 S7-400 背板总线和可以直接连接到 CPU 的通讯接口可以实现许多通讯线路的高性能操作。例如,这允许把一条通讯线路用于 HMI 和编程任务,一条通讯线路用于高性能和等距运动控制组件,一条通讯线路用于普通 I/O 现场总线。还可以执行额外需要的与 MES/ERP 系统或 Internet 的连接。
  • 工程和诊断:
    尤其是在使用采用高性能工程组件的大量自动化解决方案时,使用 SIMATIC 工程工具可以极为有效地组态和编程 S7-400。为此,提供有可高级语言(如 SCL)、用于顺序控制的图形工程工具、状态图和技术功能图。
S7-400H
  • 采用冗余设计的容错自动化系统。
  • 适合对故障安全要求很高的应用。
    满足重启动费用高、昂贵的停机、极少的监控以及很少的维护的过程应用。
  • 冗余的集中功能。
  • 提高 I/O 的可用性:网管型 I/O 配置。
  • 也可作为标准 I/O 使用:单边配置。
  • 热后备:发生故障时,可自动切换到备用设备。
  • 采用 2 个独立机架或一个分开的中央机架进行配置
  • 经过冗余 PROFIBUS-DP 来连接切换的 I/O。
S7-400F/FH
  • 故障安全型自动化系统,大大提高了工厂生产过程的安全性
  • 符合 IEC 61508 SIL3、DIN V 19250 AK6 和 EN 954-1 Cat.4 等安全要求。
  • 如果需要,也可通过冗余设计而实现容错
  • 安全相关的 I/O 不增加接线:
  • 通过采用 PROFIsafe 行规的 PROFIBUS DP 进行安全通讯
  • 基于带有故障安全模块的 S7-400H 和 ET 200M
  • 标准模块可以使用在自动化系统的非故障安全型应用场合
  • 隔离模块,用于在一个 ET 200M 的安全模式中组合使用故障安全型模块和标准模块。
ST 70 产品样本:

您也可在产品目录 ST 70 中找到有关 SIMATIC S7-400 的信息:

Area of application

S7-400

拥有中端到高端性能的功能强大的 SIMATIC S7-400 PLC。

模块化、无风扇设计,高度的扩展能力,全面的通讯和网络能力,方便实施的分布式结构,以及用户友好的运行处理,使得SIMATIC S7-400是中、高性能应用中满足特别复杂的控制任务的理想的解决方案。

SIMATIC S7-400 的应用领域包括:

  • 汽车工业(如生产线)
  • 机械设备制造,包括专用机械设备制造
  • 仓储技术
  • 钢铁工业
  • 楼宇管理系统
  • 发电和配电
  • 造纸和印刷工业
  • 木材加工
  • 食品和饮料工业
  • 过程工程与组态,如:供水和污水处理
  • 化工和石化
  • 仪表和控制
  • 包装机械

多种性能等级的 CPU,具有用户友好功能的全系列模板,可为用户定制实施自动化控制任务。

任务扩展时,可通过使用附加模块随时对控制器进行扩展,并且成本不会太高。

SIMATIC S7-400 是一个通用的控制器:

  • 具有高电磁兼容性和抗震性,可最大限度地用于工业领域。
  • 可带电连接、断开模块。
S7-400H

在自动化技术的许多领域中,有关可用性、自动化系统故障安全的要求一直在提高。在许多领域,设备停机可能造成极为高昂的费用。这里,只有冗余系统才能满足其可用性要求。

SIMATIC S7-400H 所具有的容错性可以满足这些要求。即使在一个或多个故障导致部分控制器失灵时也能继续运行。因此实现了其可用性,这样 SIMATIC S7-400H 及其适合用于以下应用领域:

  • 控制器故障后,过程重新启动将会导致很高成本(通常在过程工业中)。
  • 停机时间很宝贵的过程。
  • 涉及贵重材料的过程(例如在制药工业中)。
  • 无人监管的应用。
  • 涉及减少维护人员的应用。

订货数据

S7-400H 部件订货数据可在“S7-400/S7-400H/S7-400F/FH”下的相应模块找到。

S7-400F/FH

SIMATIC S7-400F/FH 故障安全自动化系统可使用在对安全要求较高的设备中。其可对立即停车过程进行控制,因此不会对人身、环境造成损害。S7-400F/FH 具有两种基本设计:

  • S7-400F:
    故障安全自动化系统。如果在控制系统中发生故障,生产过程就转移到安全状态,并中断。
  • S7-400FH:
    故障安全容错自动化系统。如果在控制系统中发生故障,冗余控制系统部分将发生作用,并继续控制生产过程。

使用附加标准模块可以创建一个全集成的控制系统,在非安全相关和安全相关任务共存工厂中使用。使用相同的标准工具对整个工厂进行组态和编程。

Design

SIMATIC S7-400有多个型号:

  • S7-400:
    Power PLC,用于中、高端性能应用,并采用模块化、免风扇设计。
  • S7-400H:
    容错型自动化系统使用冗余设计,可以用于故障安全型应用。
  • S7-400F/FH:
    故障安全自动化系统也使用冗余设计,同样具备容错能力。

S7-400

S7-400自动化系统采用模块化设计。它拥有丰富的模块,且这些模块均可以独立地组合使用。

一个系统包含下列组件:

  • 电源模块(PS):
    用于将120/230 V AC 或 24 V DC电源连接至SIMATIC S7-400。
  • CPU:
    针对各种性能范围,都可以提供集成有PROFIBUS DP接口的不同CPU。视型号的不同,也可以为它们配供集成式PROFINET接口。使用PROFIBUS接口,最多可以连接125个PROFIBUS DP从站。PROFINET接口最多可以连接256个PROFINET IO设备。SIMATIC S7-400的所有CPU 可以处理极为大型的组态。此外,在单个中央控制器的多值计算模式下,多个CPU可以协同工作,据此,可以进一步提高系统的性能。这些CPU 处理速度极快,具备确定性的响应时间,因此,其机器周期时间极短。
  • 信号模板(SM),用于数字量(DI/DO)和模拟量(AI/AO)的输入/输出。
  • 用于连接总线和点对点连接的通讯处理器 (CP)。
  • 功能模板(FM):
    用于诸如计数、定位和凸轮控制等高要求任务的专家级系统。

根据要求,也可使用下列模块:

  • 接口模板(IM):
    用于连接中央控制器和扩展单元。SIMATIC S7-400的中央控制器工作时可支持多达21个扩展单元。
  • SIMATIC S5 模块:
    在相关的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(借助适配器套接件)中都有可能使用SIMATIC S5的特定IP和WF模块。
扩展

当用户需要在应用中使用一个以上的中央控制器时,可以对S7-400进行扩展:

  • 最多 21 个扩展单元:
    中央控制器(CC)上最多可以连接21个扩展单元(EU)。
  • 接口模块(IM)的连接:
    中央控制器(CC)和扩展单元(EU)是通过发送接口模块(IM)和接收接口模块(IM)完成连接的。发送接口模块插在中央控制器(CC)上,相应的接收接口模块则插在串行连接的扩展单元(EU)上。中央控制器(CC)上最多可以插接6个发送接口模块(IM)(其中最多有2个配5-V传输器),扩展单元(EU)上则只能插接1个接收接口模块(IM)。每个发送接口模块均有2个接口,每个接口均用于连接1条线路。发送接口模块的每个接口均可以连接至多4个扩展单元(无5-V传输器)或者至多1个扩展单元(配5-V传输器)。
  • 电源模块的固定插槽:
    在中央控制器(CC)和扩展单元(EU)的最左侧必须始终连接电源模块。
  • C总线受限数据交换:
    C总线数据交换仅用于中央控制器(CC)和6个扩展单元(EU)
    (EU 1 - EU 6)之间。
  • 中央扩展:
    推荐用于直接安装在机床旁边的小型装置或者小型控制柜。也可以选择提供5-V电源。
    • 中央控制器(CC)和最后一个扩展单元(EU)之间的最大单线距离:
      使用5 V传输器时为1.5 m;无5-V传输器时为3 m。
  • 用EU进行分布式扩展:
    推荐用于占地面积较大、在同一个位置安装多个扩展单元(EU)的工厂。甚至于可以使用S7-400 EU或者SIMATIC S5 EU。
    • 中央控制器(CC)和最后一个扩展单元(EU)之间的最大单线距离:
      对于S7 EU为100 m,对于S5 EU为600 m。
  • 注意 用于S5扩展单元至某个S7-400的分布式连接:
    IM 463-2可以用于S7-400的中央控制器(CC),IM 314则用于S5-EU。以下S5 EU可连接S7-400:
    • EG 183U
    • EG 185U
    • EG 186 U
    • ER 701-2
    • ER 701-3
  • 通过EU 200实现的分布式扩展:
    推荐用于占地面积极大的工厂。使用CPU的PROFIBUS DP接口,单条线路可以连接多达125个总线节点。中央控制器与最后一个节点之间的单线最大距离:23 km(使用光缆)。

接线方式

最长电缆长度

本地链路,配有5-V传输器,通过IM 460-1 和 IM 461-1实现

1.5 m

本地链路,无5-V传输器,通过IM 460-0 和 IM 461-0实现

5 m

通过IM 460-3和IM 461-3进行远程链接

102.25 m

通过IM 460-4和IM 461-4进行远程链接

605 m


通讯

SIMATIC S7-400拥有不同的通信选项:

  • 组合了多点接口和DP主站,集成于所有CPU中:
    用于同时连接PG/PC、HMI 系统、S7-200 和 S7-300 系统以及其它S7-400系统。
  • 额外的PROFIBUS DP接口,集成于多种型号的CPU中,用于成本高效地连接分布式I/O系统(例如ET 200)。
  • PROFINET CPU 上的集成式PROFINET接口,用于连接分布式I/O系统或者与其它控制器和PC系统进行通信。
  • 通信处理机,用于连接PROFIBUS总线系统和工业以太网。
  • 通信处理机,用于功能强大的点对点连接。

PROFIBUS DP进行过程通讯

通过S7-400-CPU的集成式PROFIBUS DP接口(可选),可以连接SIMATIC S7-400并将其作为带有PROFIBUS DP接口的主站。

以下均可以连接为PROFIBUS DP上的主站:

  • 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,或者PROFIBUS DP CP)
  • SIMATIC S5-115U/H、S5-135U 和 S5-155U/H,带IM 308
  • 带 PROFIBUS DP 接口的 S5-95U
  • 带 PROFIBUS DP 接口的 SIMATIC 505

尽管配有STEP 7的PG/PC或者OP是总线上的主站,但它们仅使用也部分地通过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 (只有通过 CP 443-5)

使用多点接口 (MPI) 进行数据通讯

多点接口(MPI)是集成于SIMATIC S7-400的CPU内部的一种通信接口。

它用于

  • 编程和参数化
  • 人机界面接口,和
  • 建立涉及到对等通信伙伴的简单网络拓扑
  • 可选择的连接选项:
    MPI 可以实现同时连接 32 个节点:
    • PGs/PCs
    • HMI 系统
    • S7-200 (作为从站)
    • S7-300
    • S7-400
    • C7
  • 通讯连接:
    S7-400 CPU可以同时建立多达96个连接(取决于的CPU型号):
    • 至节点,
    • 至相关C总线(内部通信总线,见后文)上的C总线节点(例如通信处理机),
    • 至通过通信处理机连接的节点,例如工业以太网节点。此外,通信处理机必须为C总线节点。
  • 内部通讯总线(C-bus);
    使用S7-400的C总线,通过MPI或DP接口,可以寻址配有C总线接口的通信处理机和功能模块。这可以从编程设备直接访问在 C 总线上连接的模块。通过接口模块可以将 C 总线最多转到 6 个扩展单元。
  • MPI 的性能数据:
    • 最多 32 个 MPI 节点
    • 数据传输速率高达12 Mbit/s
  • 灵活的安装选项:
    可靠的组件用于建立 MPI 通讯: 不低于PROFIBUS和“distributed I/O”产品系列的总线电缆、总线连接器和RS 485中继器(12 Mbit/s)。
    使用这些组件,可以根据需求实现设计的最优化调整。例如,任意两个MPI节点之间最多可以开启9个中继器,以桥接更大的距离。
  • DP主站:
    还可将 S7-400 的 MPI 作为 DP 主站组态。此后,最多可以连接32个最大传输速率为12 Mbit/s的DP从站。据此,编程功能和人机界面功能得以保留下来

使用通信处理机的数据通信(点对点)

使用CP 441通信处理机,可以建立功能强大的点对点连接。

  • 多种连接选件:例如,可以连接以下设备:
    • PC
    • SIMATIC S5/S7
    • 工业PC
    • 其他供应商提供的 PLC
    • 扫描仪、条形码阅读器、识别系统
    • 机器人控制
    • 打印机
  • 可变接口:
    可更换接口模块,据此可以使用不同的传输介质进行通信:
    • 20 mA (TTY)
    • RS 232C (V.24)
    • RS 422/485

通过 CP(PROFIBUS 或工业以太网)的数据通讯

通过CP 443-x通信处理机,可以将SIMATIC S7-400连接至PROFIBUS和工业以太网总线系统。

例如,可以连接以下设备:

  • SIMATIC S7-200 (通过 PROFIBUS)
  • SIMATIC S7-300
  • SIMATIC S7-400
  • SIMATIC S5-115U/H、S5-135U 和 S5-155U/H
  • 编程器
  • PC 机
  • SIMATIC HMI 人机界面系统
  • 数控装置
  • 机器人控制
  • 工业PC
  • 驱动控制器
  • 其它厂商设备

S7-400H

SIMATIC S7-400H 由以下部件组成:

  • 2 个中央控制器:
    2 个单独的 UR1/UR2 中央控制器,或一个分隔式中央控制器 (UR2-H) 上的 2 个区域。
  • 每个中央控制器两个同步模块,用于通过光缆连接两个设备。
  • 每个中央控制器 1 个 CPU 412-3H、1 个 CPU 414-4H 或 1 个 CPU 417-4H。
  • 中央控制器中具有 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。

最重要的功能始终采用冗余型设计。

I/O可以组态为常规可用性型和switched型。

常规可用I/O(单边组态)

在单边组态中,I/O模块为单通道设计,仅能由两个中央控制器中的一个来寻址。单边I/O模块可以插接

  • 一个中央控制器和/或
  • 扩展单元/分布式I/O设备

.

在I/O寻址设备工作正常的情况下,从单边读入的信息始终可以被两个中央控制器使用。在出现故障的情况下,受到影响的中央控制器的I/O模块将会停止工作。

单边组态用于:

  • 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,系统必须具有一种对称设计。
增加可用性(倒换型配置)

在switched组态中,I/O模块为单通道设计,但是其寻址工作是由两个中央控制器通过冗余PROFIBUS DP完成。Switched I/O模块仅能插接

  • 一个ET 200M分布式I/O设备

.

至中央控制器的连接通过PROFIBUS DP实现。此时,switched ET 200M连接至两个子单元上。

I/O 的冗余性

3.1版以及更高版本的操作系统均支持冗余I/O。

冗余 I/O 模块以冗余方式成对配置。使用冗余I/O可以实现可用性的最大化,因为这种工作模式能够容忍一个CPU、PROFIBUS或者信号模块出现故障。

配置选项

可进行下列配置:

  • 针对单侧 DP 从站采用冗余 I/O
  • 针对切换式 DP 从站采用冗余 I/O

适宜的 I/O 模块

彼此冗余的模块的类型必须相同,且采用相同的设计(例如,均为集中式或者均为分布式)。插槽不强制规定。不过,出于可用性原因,建议在不同的站中使用。关于可以使用哪些模块,请咨询用户支持部门或者参考相关手册。

FM 和 CP 的冗余

这两种不同的组态都可以以冗余方式使用功能模块(FM)和通信处理机(CP):

  • 切换冗余设计:
    功能模块(FM)/通信处理机(CP)可以成双地连接至单个ET 200M或者一个switched ET 200M。
  • 双通道冗余设计:
    功能模块(FM)/通信处理机(CP)可以插接两个子单元或者子单元所连接的扩展单元(参见单边组态)。

此时可以不同方式取得模块的冗余性:

  • 由用户编程:
    在功能模块和SIMATIC通信处理机上,总体上说,用户可以对其冗余功能进行编程。识别出主动模块,当检测到可能出现故障时启动切换操作。所需要的程序与用于配有冗余FM/CP的单个CPU的程序相一致:
  • 由操作系统直接支持。
    对于SIMATIC NET-CP 443-1,冗余由操作系统直接支持。详细信息,参见下面的“通信”。

S7-400F/FH

故障安全型S7-400F/FH自动化系统可以根据需求进行不同的组态:

S7-400F的单通道单侧I/O

工厂需要使用故障安全型控制器。无需容错。需要下列部件:

  • 1 CPU 414-4H/417-4H,含 F-Runtime 许可证。
  • 1 PROFIBUS DP 连接线。
  • ET 200M,配有IM 153-2。
  • 故障安全信号模块,非冗余型。

在发生故障的情况下,I/O不可用。故障安全信号模块为被动型。

单通道switched I/O,用于S7-400FH

工厂需要使用故障安全型控制器。对于 CPU 需要容错。需要下列部件:

  • 2 CPU 414-4H/417-4H,含 F-Runtime 许可证。
  • 2 根 PROFIBUS DP 连接线。
  • 1 个 ET 200M ,带 2 个 IM 153-2 (冗余)。
  • 故障安全信号模块,非冗余型。

在CPU、IM 153-2或者PROFIBUS DP连接线出现故障的情况下,控制器仍然保持可用状态。在故障安全信号模块或者ET 200M出现故障的情况下,I/O不再可以使用。故障安全信号模块为被动型。

冗余switched I/O,用于S7-400FH

工厂需要使用故障安全型控制器。在CPU侧和I/O侧,必须实现容错功能。需要下列部件:

  • 2 CPU 414-4H/417-4H,含 F-Runtime 许可证。
  • 2 根 PROFIBUS DP 连接线。
  • 2 个 ET 200M ,带 2 个 IM 153-2 (冗余)。
  • 故障安全信号模块,冗余型。

CPU、IM 153-2或者PROFIBUS DP连接线、故障安全信号模块或者ET 200M出现故障的情况下,控制器仍然保持可用状态。

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安全型模块在同一个ET 200M中一起使用。

通讯

中央控制器和ET 200M之间与安全相关的通信和标准通信通过PROFIBUS DP实现。通过特别开发的PROFIsafe,可以在标准数据报文中传输带有安全功能的用户数据。无需其它硬件组件(例如专用安全总线)。必要的软件已经或者作为扩展集成在硬件组件之中,或者作为认证软件块重载至CPU内。

配有绝缘模块时的安全等级

在ET 200M中使用绝缘模块具有以下优点:

  • PROFIBUS DP连接线可以使用铜质总线电缆来实现。没有必要使用光纤电缆。
  • 可以使用每一种IM 153-x模块。
  • 在一个ET 200M中,可以混合使用工作于安全模式的故障安全信号模块和S7-300标准模块。

安全等级达到 SIL 2 时无需使用隔离模块。

Functions

S7-400

提供有大量功能,支持用户的S7-400编程、调试和维护等工作:

  • 高速执行指令。
  • 用户友好的参数赋值
  • 人机界面:
    S7-400的操作系统已经集成了用户友好的OCM服务。
  • 诊断功能和自测试:
    CPU的智能诊断系统可以连续地监测系统功能并记录错误和系统的特殊事件。
  • 口令保护。
  • 模式选择开关。
  • 系统功能。

SIMATIC S7-400 符合以下国内和国际标准:

  • CE 标识
  • UL 认证
  • CSA 认证 或 cULus 认证
  • FM 认证
  • ATEX 认证
  • C-Tick, EMC 标记,用于澳大利亚和新西兰
  • IEC 61131-2
  • 官方级船社资格认证
    • ABS(美国船级社)
    • BV(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)

详情参见"S7-400 自动化系统 S7-400 模块详情"

设计

S7-400系统的实现可以使用模块化设计,并可以简单地忽略插槽规则。S7-400的突出特点是工作稳定可靠,无需风扇,且其中的信号模块支持热插拔。

S7-400设计简洁,使用灵活,操作极为方便:

  • 模块安装非常简单。
  • 背板总线集成在安装机架中
  • 配有机械部件数码编号,模块更换极为简便。
  • 现场证明可靠的连接。
  • TOP 连接:
    预装配接线配有1至3针接口和螺钉端子或弹簧端子。
  • 规定的安装深度:
    所有接口和接头都应该安装在模块和保护盖板的内部。
  • 没有槽位规则。
通讯

CPU和通信处理机支持以下通信类型:

  • 过程通讯;
    对于通过总线(AS-接口、PROFIBUS DP 或者 PROFINET)实现循环寻址的I/O模块(互换过程图像)。从循环执行级调用过程通信
  • 数据通讯;
    用于自动化系统之间、或 HMI 站
    与多个自动化系统之间的数据交换。 数据通信循环地进行,也可以基于事件驱动通过块由用户程序发起。

数据通讯

SIMATIC S7-400拥有不同的数据通信机制:

  • 使用全局数据通信(GD),实现联网CPU之间数据包的循环交换。
  • 借助通信功能,与伙伴完成事件驱动型通信。

网络连接通过MPI、PROFIBUS或PROFINET实现。

全局数据(GD)

通过MPI,使用“全局数据通信”服务,联网CPU彼此之间可以循环地交换数据(最多可达 16 GD 数据包,每个循环中最大 GD 数据包容量为 64 个字节)。据此,可以实现,例如,某个CPU访问另一个CPU的数据、位存储单元和过程图像等信息。如果网络上连接有S7-300,则数据交换的数据包限于最大22个字节。只能通过 MPI 进行全局数据交换。使用 STEP 7 中的 GD 表执行组态。在分段 CR2 安装架中,两个 CPU 可以通过使用 GD 的 C 总线通讯。

通讯功能

使用系统已经集成的块,可以建立S7/C7伙伴之间的通信服务。

这些服务是:

  • S7的MPI 和 PROFIBUS基本通信
  • 通过 MPI、C 总线、PROFIBUS 和 PROFINET/工业以太网的 S7 通讯。

使用reloadable块,可以建立与S5伙伴和非西门子设备之间的通信服务。

这些服务是:

  • 通过 PROFIBUS 和工业以太网进行的 S5 兼容通讯。
  • 通过 PROFIBUS 和工业以太网进行的标准通讯(通过 PROFIBUS/工业以太网进行的开放式用户通讯)。

与全局数据不同的是,对于通信功能,必须为其建立通信连接。

集成到 IT 领域中

借助自动化工程组态,使用S7-400,可以更加方便地接入现代化的信息技术世界。使用插件CP 443-1 Advanced,可以实现以下功能:

  • 使用任何HTML工具,创建自己的Web网页。方便地将S7-400的过程变量赋给HTML对象。
  • 通过这些网页使用标准浏览器监控S7-400。
  • 通过FC调用,从S7-400的用户程序中发送电子邮件。
  • 通过拨号网络(例如ISDN),使用TCP/IP的WAN特性实现远程编程。

S7-400 PROFINET CPU集成有Web服务器。因此,标准Web浏览器可以读出S7-400站中的信息:

  • CPU 一般信息
  • 诊断缓冲区的内容
  • 变量表
  • 标签状态
  • 模块的状态
  • 报文
  • 工业以太网的相关信息
  • OUC 连接的诊断
  • PROFINET 节点的拓扑结构
  • 通过用户指定网页可显示过程数据及用户数据

Web 服务器之中的安全机制可用,也可使用用户权利并支持 HTTPS 协议。

等时同步模式

使用系统功能“等时同步模式”,可以同步耦合

  • 分布式信号采集、
  • 信号传输和
  • 程序执行

等时 PROFIBUS 和 PROFINET的循环周期

创建了自动化解决方案,可以以固定间隔时间(常量总线周期时间)捕捉并处理输入和输出信号。同时创建了前后一致的部分过程图像。

借助常量总线周期时间和分布式I/O同步信号处理技术,S7-400确保可以精确地重现规定的过程响应时间。

为等时同步模式系统功能提供了极为丰富的支持组件,可以处理运动控制、测量值采集和高速控制等领域的苛刻任务。

在分布式自动化解决方案中,目前的SIMATIC S7-400开始涉足重要的高速加工处理应用领域,并确保可以获得最高的精度和可重现性。这意味着可以以稳定的优质产品不断地扩大生产数量。

在运行模式更改硬件组态(运行时组态,CiR)

使用SIMATIC S7-400,在工厂运转期间,无需重新启动设备,就可以实现硬件组态的更改。例如,可以实现以下工作:

  • 添加分布式I/O节点(PROFIBUS DP 或者 PA从站),和
  • 为 ET 200M I/O 系统添加模块或者重新参数化系统内的模块。

CiR,即运行时组态,可以在设备运转期间完成设备的扩展和转换工作,进一步降低了设备调试和加工重组所需要的时间。此外,该系统功能还可以灵活地响应加工工艺的更改(例如,加工工艺的优化),因为没有必要因硬件组态的更改对设备进行重新初始化或者同步等工作。

模块的诊断和过程监视

SIMATIC S7-400的大量输入/输出模块都具有智能功能:

  • 监视信号(诊断)
  • 监控来自过程的信号(硬件中断)

诊断

智能诊断系统可以用来判断模块的信号采集(针对数字量模块)或者模拟量处理(针对模拟模块)是否正工作于无故障状态。在诊断分析中,必须区分可参数化和非参数化诊断消息:

  • 可参数赋值的诊断报文:
    仅由合适的设定参数启用之后才会发出诊断消息。
  • 非参数化诊断消息:
    这些消息的发出是一个常规事件,即该过程与参数化无关。

如果某个诊断消息处于激活状态(例如“无传感器输入”),则模块会发起一个诊断中断(若已经为该诊断消息设置了参数,则仅在相应的参数化过程之后才会产生中断)。CPU会中断用户程序或较低优先级任务的执行,并接下来执行相关的诊断中断块(OB 82)。通过硬件中断可以监控过程信号,并且,可以触发针对信号变化的响应。

根据模块类型的不同,可以使用各种不同的诊断消息:

数字量输入/输出模块

 

诊断报文

可能的故障原因

无传感器输入

  • 传感器输入过载
  • 传感器输入至M之间存在短路

无外部辅助电压

  • 模块无 L+ 电压

无内部辅助电压

  • 模块无 L+ 电压
  • 内部模块保险丝故障

保险丝烧断

  • 内部模块保险丝故障

模块中的参数不正确

  • 传输到模块的参数不正确

时间监控功能已经编址(看门狗)

  • 高电磁干扰
  • 模块故障

EPROM 故障

  • 高电磁干扰
  • 模块故障

RAM 故障

  • 高电磁干扰
  • 模块故障

硬件中断丢失

  • 硬件中断到来的速度超过了CPU的处理能力

模拟量输入模块

 

诊断报文

可能的故障原因

无外部负载电压

  • 模块无 L+ 负载电压

组态/参数化错误

  • 传输到模块的参数不正确

共模错误

  • 输入(M-)之间的UCM 电压差和测量回路(MANA)的参考电压过高

断路

  • 传感器回路的电阻过高
  • 模块和传感器之间的连接线出现断路
  • 通道未切换(开)

低于测量范围的下限

  • 输入值低于正常范围,可能因故障所至
    • 量程为 4 至 20 mA,1 至 5 伏:
      传感器极性接反;
      量程选择错误
    • 其它量程:
      量程选择错误

高于测量范围的上限

  • 输入值超出量程

模拟量输出模块

 

诊断报文

可能的故障原因

无外部负载电压

  • 模块无 L+ 负载电压

组态/参数化错误

  • 传输到模块的参数不正确

M 短路

  • 输出过载
  • 输出 QV 至 MANA 短路

断路

  • 执行器电阻过高
  • 模块和执行器之间的连接线出现断路
  • 通道未使用(打开)

硬件中断

通过硬件中断可以监控过程信号,并且,可以触发针对信号变化的响应。

  • 数字量输入模块:
    根据参数设置的不同,针对每个通道组,当信号状态发生改变时,模块都可以发起硬件中断,触发沿可以选用上升沿、下降沿或者混合使用上升沿和下降沿。CPU会中断用户程序或较低优先级任务的执行,并接下来执行相关的诊断中断块(OB 40)。信号模块可以缓冲一次中断/通道。
  • 模拟量输入模块:
    通过指定上限值和下限值的参数值,可以设定其工作范围。模块将数字化测量值与这些极限值进行比较。当测量值违反了其中任何一个限定值时,就会触发硬件中断。CPU会中断用户程序或较低优先级任务的执行,并接下来执行相关的诊断中断块(OB 40)。如果极限高于/低于过量程/欠量程,则无法进行比较。

S7-400H

容错通讯

带有容错通信功能的SIMATIC提供了一种新的通信类型,该通信类型具有以下特点:

  • 可用性更高:
    发生故障时,凭借其多达4个的冗余连接,可以继续通信。必要的切换工作对于用户来说是透明的。
  • 工作简单;
    容错处理对于用户也是透明的。可使用用于标准通讯的用户程序,无需修改。冗余功能的定义仅需在参数化阶段就可以完成。

容错通讯目前由 S7-400H(冗余和非冗余配置)和 PC 所支持。对于 PC 来说,需要使用 Redconnect 软件包(参见“SIMATIC NET 通讯系统”)。

取决于对可用性的需求,可以使用不同的组态选项:

  • 单一总线或冗余总线。
  • 线型拓扑和环型拓扑总线。
工作模式

CPU 417-4H、CPU 414-4H 和 CPU 412-3H 的操作系统可自主执行 S7-400H 的所有必要附加功能:

  • 数据交换
  • 故障响应(控制转换给备用设备)
  • 两个子设备的同步
  • 自检

冗余原理

S7-400H的工作符合“热备份”模式的主动冗余原理(支持故障发生时的无重启自动切换功能)。根据该原理,在无故障运行期间,两个子单元都处于工作状态。当故障发生时,未出现故障的设备将独立地接管过程控制。

为了确保平稳的控制接管,必须通过中央控制器链路实现高速、可靠的数据交换。

在控制转移期间,设备自动地使用

  • 相同的用户程序
  • 相同的数据块
  • 相同的过程图像内容
  • 相同的内部数据,例如定时器、计数器、位存储单元等

这意味着,这两个设备的更新操作始终完全一样,并可以在出现故障时独立地继续执行控制功能。

I/O 工作于冗余模式时,其结果将是:

  • 在没有故障的工作期间,两个模块均处于工作状态,即,在存在冗余输入的情况下,例如通过两个模块读入的共用传感器(也可以设置两个传感器)的信号,会对其结果进行比较,以将一致性的值提供给用户以进一步处理。对于冗余输出来说,由用户程序计算出的值通过两个模块来输出。
  • 如果出现了故障,例如输入模块中有一个或者两个均出现了故障,则不再寻址故障模块,且对故障进行报告处理,此后,仅使用未出现故障的模块继续工作。联机修理工作完成之后,又可以寻址两个模块。

对于无重启切换,必须实现两个子单元的同步。

S7-400H采用“事件驱动同步”技术。

同步操作伴随着导致两个子单元内部状态出现差异的每个事件而进行。这些事件的发生情况例如有:

  • 直接访问 I/O
  • 中断、报警
  • 更新用户时间,或
  • 使用通信功能更改数据。

同步由操作系统自动完成,程序编制期间无需处理。

自检

S7-400H 可执行大量自检。这涉及到以下部分的检测工作:

  • 中央控制器的连接。
  • CPU
  • 处理器/ASIC
  • 存储器

每个检测到故障都将被报告。

启动时自检

启动时,每个子单元都会完整地执行全部自检功能。

循环工作期间的自检

完整的自检需要多个循环。每个循环仅执行一小部分的自检,因此,施加至物理控制器上的负荷很小。

组态、编程

S7-400H 的编程与 S7-400 相类似。所有可用的 STEP 7 功能都可以使用。

对 S7-400H 进行编程需要使用 STEP 7 V5.2。

I/O模块的组态

硬件组态时,用户必须通过HW Config明确地指出彼此相互冗余的模块。这仅需指出需要工作于冗余模式的模块和需要作为“冗余伙伴”的第二个模块。在用户程序中,程序编制时使用地址最低的那个模块。第二个地址对用户来说不可见,无论是冗余还是非冗余I/O,控制部分的编程工作都完全相同。与非冗余I/O唯一的差别是,冗余I/O程序有两个块库中的功能块(RED_IN 和 RED_OUT),且在用户程序的起始和结束部分调用这两个功能块。

自STEP 7 V5.3起,该库作为标准组件已经集成在STEP 7中。

S7-400F/FH

S7-400F/FH 满足下列安全要求:

  • 安全级别为AK 1 至 AK 6,符合标准DIN V 19250/DIN V VDE 0801的要求。
  • 安全需求级别为SIL 1 - SIL 3,符合标准IEC 61508的要求。
  • 符合安全标准EN 954-1的类别1-4。
工作模式

S7-400F/FH的安全功能包含在CPU的F程序中,并且位于故障安全信号模块之内。

信号模块采用差异分析方法和测试信号注入技术实现输出和输入信号的监控。

借助周期性自检、指令检测、程序逻辑检测和程序顺序流检测等方法,CPU可以检测控制器是否工作正常。此外,通过“活跃标志(sign-of-life)”请求,还可以对I/O进行检测。

若判定系统中存在故障,则将该系统切换至安全状态。

F-Runtime 授权

F-Runtime许可证加载至CPU 417-4H之后,S7-400F/FH才能工作。每个S7-400F/FH均需要一个许可证。

编程

S7-400F/FH 的编程方法同其他 SIMATIC S7 编程方法相同。使用现场实证过的编程工具,例如STEP 7,创建用于非故障安全工厂区段的用户程序。

S7 F 系统选项软件包

编制安全相关的程序段时,选项软件包“S7 F Systems”必不可少。该软件包含有创建F程序所需要的全部功能和块。PG/PC上加载了以下软件包之后,S7 F系统才能运行:

  • STEP 7 V5.1 以上
  • CFC,V5.23及以上版本
  • S7-SCL,V5.1 SP 1及以上版本
  • S7 H Systems V5.1(可选,用于S7-400FH)

对于含安全功能的F程序,使用CFC调用F库中的专用功能块,且这些专用功能块可能彼此互相调用。使用CFC,可以简化工厂的组态和编程工作,且,可以在整个工厂范围内使用一致性表达,从而也简化了验收测试工作。无需借助额外的功具,程序员就可以完全专注于编制安全相关的应用程序。

Technical Specifications

通用技术数据

防护等级

IP20

环境温度

0-60 °C

相对湿度

5 - 95%,无凝露

大气压

1080 - 795 hPa 对应于 1000 至 2000 m 高度

电磁兼容性

 
  • 抗干扰性

符合 EN 61000-6-2

  • 辐射干扰

符合 EN 61000-6-4

机械负载

 
  • 振动,测试条件符合

IEC 60068-2-6 (sine)

10 到 58 Hz, 恒定幅度 0.075 mm
58 到 500 Hz, 恒定加速度 1 g,振动周期:在三个互相垂直轴的每个方向上,每根轴为 10 个频率扫描。

  • 冲击测试符合

IEC 60068 -2-27
震动类型:半正弦:
冲击强度 10 g(峰值),持续时间 6 ms
震动方向:在三个互相垂直轴的每个方向上,每根轴为 100 个振动周期。



周哲(销售工程师)