西门子S7-400控制单元CPU414-3PN/DP 安装调试

CPU通过PC/PPI电缆或插在计算机中CP55111或CP5611通信卡与计算机通信。通过PC/PPI电缆，可以在Windows下实现多主站通信方式。STEP7-Micro/WIN32的用户程序机构简单清晰，通过一个主程序调用子程序或中断程序，还可以通过数据块进行变量的初始化设置。
用户可以用语句表（STL）、梯形图（LAD）和功能块图（FBD）编程，不同的编程语言编制的程序可以相互转换，可以用符号表来定义程序中使用的变量地址对应的符号，是程序便于设计和理解。STEP7-Micro/WIN32为用户提供两套指令集，即SIMATIC指令集（S7-200方式）和标准指令集（IEC方式。
SIMATIC S7-400 有多个型号：
MICROMASTER440变频器适用于多种变速驱动应用。其灵活性使之具有为广泛的应用范围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，故障安全型应用。S7-400F/FH;采用冗余设计的故障安全自动化系统，也具备高可用性。S7-40
0自动化系统采用模块化设计。它拥有丰富的模块，这些模块可各种大组合。电源模块(PS)用于将SIMA
TICS7-400连接到120/230VAC或24VDC电源电压.CPU：配有集成PROFIBUSDP接口的不同CPU具不
同性能范围。根据具体型号，这些CPU带有集成PROFINET接口。使用PROFIBUS接口，多可以连接
125个PROFIBUSDP从站.可以将多256个PROFINETIO接到PROFINET 接口。SIMATICS7-400 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可以协同提
高性能。这些CPU处理速度快且具有确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可以协同提高性能。这些 CPU处理速度很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)理器
(CP)，例如用于总线连接和两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，用下列模块：接口模块(IM)：：用于连接控制器和扩展单元。
SIMATICS5模块：在相关SIMATICS5扩展单元中，可寻址SIMATICS5-115U/-135U/-155U有输入/输出
模块。（此外，在S5EU或者直接在C中（使用适配器）都可以使用 SIMATIC S5 的特定 I P 和 WF 模块。
若用户需要在应用中使用一个以上控制器时，则可以对 SS7-400 进行扩展;多21个元可将多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 Z中，相关的接收下游EU中可将多6个发送IM插到CC中（其中多 2个带 有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：必须
始终将电源模块插在CC啊和EU中的通过总线进行的数据交换受限制：通过C总线进行数据交换只
能在CC和6个EUEU1至EU6）之间进行。建议用于小型配置和机器上的控制于柜。也可以提电源。C
C和一个EU之间的较大线路距离：1.5 m（带5V电源）、3 m（不带5V电源）
EU进行分布式扩展：建议在面积很大的工厂内采用，其中，EU位于各个位置。可以用S7-400E
U或SIMATIC5EU。CC和一个EU之间的较大线路距离：对S7EU，约100m；S5EU约600m。
SSIMATICS7-400CPU、CP443-5）SIMATICS7-300（CPU、CP342-5DP或CP343-5）SIMATICC7通
有 PROFIBUSDP接口C7，通过 PROFIBUSDPCP）虽然配有STEP7编程器/PC或OP是总线上的主
站，但它们仅部分通过PROFIBUSDP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ET200现场设备SIMATICS7-200、S7-300,C7-633/P DP、C7-633 DP、C7-634/P DP、
C7-634 DP、C7-626DP,SIMATICS7400（通过CP43-5通点接口 (MPI) 现数据通信多点接口(MPI) 是
集成在SIMATICS7-400的 CPU 中的通信接口。
在启动(暖启动)中，程序处理以“基本设置”内系统数据和用户地址范围为程序启动点来重启。
· 过程映像区，非保持存储器，定时器和计数器都重新设置。保持的存储器，定时器，计数器各自都保留其后的有效数值。所有以“未保留”的属性参数化的数据块被复位为初始值。其他数据块各自保留其后的有效数值。
· 程序处理从头开始再次重新启动 (启动 OB 或 OB1) 。
· 如果供电中断，暖启动只可用于缓冲模式。如若运行的 CPU 没有后备电池，当开关接通或 POWER OFF 后重新上电时，CPU 将自动复位并重新启动(暖启动)。
如果系统不要求完全复位，那么启动(暖启动)一直是可行的。在如下情况发生后，只有启动(暖启动)可行：
· 完全复位。
· 在CPU 的 STOP 模式下载入用户程序。
· USTACK/BSTACK 溢出。
· 通过 POWER OFF 或模式开关使启动(热启动)被中断。
· 重新启动**出参数化中断的时间限制。
启动(暖启动)的操作命令：
用户可以触发手动启动(暖启动)：
· 通过模式选择开关
· (如果可以，CRST/WRST 开关必须设置为 CRST)
· 通过PG的命令菜单或通讯功能
· (模式选择开关需设置在 RUN 或 RUN-P 位置).
在 POWER ON 时，下面的状态会触发自动启动(暖启动)：
· POWER OFF 时 CPU 不在 STOP .
· 模式选择开关设置到 RUN 或者 RUN-P.
· 没有将 POWER ON 的参数设置为自动热启动或自动冷启动。
· CPU 的启动(暖启动)没有因电源故障而引起中断(不依赖于启动的参数设置)
计数器常开触点C1闭合，控制输出继电器Q0.0线圈得电。 ③增减计数器（CTUD）的标注。增减计数器（CTUD）有两个脉冲信号输入端，其在计数过程中，可进行计数加1，也可进行计数减1。 在西门子S7-200系列PLC梯形图中，增减计数器的图形符号及文字标识含义如图3-21所示，其中方框上方的“???”为增减计数器编号输入位置，CU为增计数脉冲输入端，CD为减计数脉冲输入端，R为复位信号输入端，PV为脉冲设定值输入端。 当CU端输入一个计数脉冲时，计数器当前值加1，当计数器当前值等于或大于预设值时，计数器由OFF转换为ON，其相应触点动作；当CD端输入一个计数脉冲时，计数器当前值减1，当计数器当前值小于预设值时，计数器由OFF转换为ON，其相应触点动作。 可以看到，当输入继电器常开触点I0.0闭合一次，为计数器CU输入一个脉冲，计数器当前值加1，当累加至4时，计数器C48动作，其常开触点C48闭合，输出继电器Q0.0线圈得电；当输入继电器常开触点I0.1闭合一次，为计数器CD输入一个脉冲，计数器当前值减1，当减至4时，计数器C48动作，其常开触点C48闭合，输出继电器Q0.0线圈得电。
西门子PLC的用户装载存储区、用户工作存储区和用户系统存储区 装载存储区可能是CPU模块中的部分RAM、内置的E2PROM或选用的可拆卸FlashEPROM( FEPROM)卡，用于保存不包含符号地址和注释的用户程序和系统数据（组态、连接和模块参数等）。 有的CPU有集成的装载存储器，有的可以使用微存储器卡(MMC)来进行扩展，CPU31XC的用户程序只能装入插入式的MMC。 断电时数据保存在MMC存储器中，因此，数据块的内容基本上被*保留。 下载程序时，用户程序（逻辑块和数据块）被下载到CPU的装载存储器，CPU把可执行部分复制到工作存储器，而符号表和注释则保存在编程设备中。 工作存储区占用CPU模块中的部分RAM，它是集成的高速存取的RAM存储器，用于存放CPU运行时所执行的用户程序和数据。

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 总线多转到 6 个扩展单元。 MPI 的性能数据： 多 32 个 MPI 节点 数据传输速率高达12 Mbit 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 485中继器（12 Mbit）。 使用这些组件，可以根据需求实现设计的优化调整。例如，任意两个MPI节点之间多可以开启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，多可以连接32个大传输速率为12 Mbit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 S57 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) 232C (V.24) 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 S7-400 H SIMATIC S7-400 H 由以下部件组成： 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。

每个控制器两个同步 模块 ，用于通过光缆连接两个设备。 每个控制器 1 个 CPU 412-3H、1 个 CPU 414-4H 或 1 个 CPU 417-4H。 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。 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，仅能由两个控制器中的一个来寻址。单边I/O 模块 可以插接 一个控制器和/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控制器使用。在出现故障的情况下，受到影响的控制器的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”。 S7-400 F/FH 故障安全型 S7-400 F/FH自动化系统可以根据需求进行不同的组态： S7-400 F的单通道单侧I/O 工厂需要使用故障安全型控制器。*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 S7-400 FH 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 S7-400 FH 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

PLC容量的选择步骤与原则PLC的容量包括I／O点数和用户存储容量两个方面。 　　(一)I／O点数的选择PLC平均的I／O点的价格还比较高，因此应该合理选用PLC的I／O点的数量，在控制要求的前提下力争使用的I／O点少，但必须留有一定的裕量。通常I／O点数是根据被控对象的输入、输出的实际需要，再加上10％~15％的裕量来确定。 　　(二)存储容量的选择用户程序所需的存储容量大小不仅与PLC的功能有关，而且还与功能实现的、程序编写水平有关。一个有的程序员和一个初学者，在完成同一复杂功能时，其程序量可能相差25％之多，所以对于初学者应该在存储容量估算时多留裕量。 　　PLC的I／O点数的多少，在很大程序上反映了PLC的功能要求，因此可在I／O点数确定的基础上，按下式估算存储容量后，再加20％~30％的裕量。存储容量（字节）＝开关量I／O点数×10＋模拟量I／O通道数×100另外，在存储容量选择的同时，注意对存储器的类型的选择。
为了实现Step 7与 CPU的通讯，先要确保CP443-1与安装了Step 7的电脑之间的物理连接。
打开“SIAMATIC Manager” > “Options” > “Set PG/PC Interface…”可以将PG/PC接口设置成ISO Ind Ethernet 方式。如果使用的电脑安装了1613网卡，可以将PG/PC接口设置为1613的ISO通讯方式，如果使用的电脑中只装有普通的网卡，就选择普通网卡的ISO的通讯方式，如下图：本实验中选择的是Broadcom的普通以太网卡连接作为PG/PC物理通讯接口。
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 可以协同工作以提高性能。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。
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：必须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。
同步模式”，可以同步耦合 分布式信号采集、 PROFIBUS 信号传输和 程序执行 总线周期时间的程序运行。 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确保可以地重现规定的过程响应时间。 为同步模式系统功能提供了较为丰富的支持组件，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，并确保可以获得高的精度和可重现性。这意味着可以以稳定的产品不断地扩大生产数量。 模块的诊断和过程监视 SIMATIC S7-300的大量输入/输出模块都具有智能功能： ，SIMATIC TOP 连接使连接变得更加简单、快速。可使用预先装配的带有单个电缆芯的前连接器，和带有前连接器模块、连接线缆和端子盒的完整插件模块化系统。 高组装密度 模块中为数众多的通道实现了节省空间的设计。例如，可使用带有 16 至 32 个数字通道和 8 至 16 个模拟通道的模块。 简单参数设置 使用 STEP 7 对这些模块进行组态和参数设置，并且不需要进行不便的转换设置。数据进行集中存储，如果更换了模块，数据会自动传输到全新模块，避免发生任何设置错误。使用新模块时，*进行软件升级。可根据需要复制组态信息，例如用于标准机器。 诊断、中断
SIMATIC S7-400
20个不同的CPU:
7种标准型CPU(CPU 312,CPU 314,CPU 315-2 DP,CPU 315-2 PN/DP,CPU 317-2 DP,CPU 317-2
PN/DP,CPU 319-3 PN/DP)
6 个紧凑型 CPU（带有集成技术功能和 I/O）（CPU 312C、CPU 313C、CPU 313C-2 PtP、CPU
313C-2 DP、CPU 314C-2 PtP、CPU 314C-2 DP）
5 个故障安全型 CPU（CPU 315F-2 DP、CPU 315F-2 PN/DP、CPU 317F-2 DP、CPU 317F-2
PN/DP、CPU 319F-3 PN/DP）
2种技术型CPU(CPU 315T-2 DP, CPU 317T-2 DP)
18种CPU可在-25°C 至 +60°C的扩展的环境温度范围中使用
具有不同的性能等级，满足不同的应用领域。
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