西门子S7-400PLC模块CPU414-3PN/DP 支持验货

S7-400 是 SIMATIC 控制器家族功能为强大的 PLC。它可以成功实现全集成自动化 (TIA) 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，其主要特点是具有模块化的结构并拥有性能储备。S7-400中端到性能范围内功能强大的 PLC可满足要求较为苛刻的任务的解决方案全面的模块和各种性能等级 CPU 可针对具体自动化任务进行调整可实现分布式结构，适用十分灵活连接方便优通信和联网功能操作方便，设计简单，不含风扇任务增加时可顺利扩展多重计算：多个 CPU 在一个 S7-400 控制器中同时运行。多重计算功能可对 S7-400 的总体性能进行分配。例如，可将复杂的技术任务（如开环控制、计算或通信）进行拆分并分配给不同的 CPU。可以为每个 CPU 分配自己的 I/O。模块化：通过功能强大的 S7-400 背板总线和可直接连接到 CPU 的通信接口，可实现许多大量通信线路的高性能操作。例如，这样可以拥有一条用于 HMI 和编程任务的通信线路、一条用于高性能等距运动控制组件的通信线路和一条“正常”I/O 现场总线。另外，还可以实现额外需要的与 MES/ERP 系统或 Internet 的连接。工程组态和诊断：结合使用 SIMATIC 工程组态工具，可较为地对 S7-400 进行组态和编程，尤其对于采用高性能工程组件的广泛自动化任务。为此，可以使用语言（如 SCL）以及用于顺序控制、状态图和工艺图的图形化组态工具。
S7-400H
具有冗余设计的高可用性自动化系统。用于具有很高故障安全要求的应用：重新启动成本很高、停产代**昂、几乎不需要监视且维护选项较少的过程。冗余设计的集功能提高 I/O 的可用性：切换式 I/O 配置也可使用具有标准可用性的 I/O：单侧配置热后备：发生故障时，自动切换到备用设备。包含 2 个单机架或一个分隔式机架的配置通过等时同步模式系统功能，可通过连接到等时同步 PROFIBUS 和 PROFINET 的循环，以实现：分布式信号采集信号传输执行创建自动化解决方案，以恒定间隔时间（恒定总线周期时间）来捕捉并处理输入和输出信号。同时创建*的部分过程图像。借助于恒定总线周期时间和分布式 I/O 同步信号处理，S7-400 可确保重现定义的的过程响应间。提供了大量支持等时同步模式系统功能的组件，可用来处理运动控制、测量值采集和高速控制等领域内的要求苛刻的任务。
在分布式自动化解决方案中，SIMATIC S7-400 还将开辟高速处理操作的重要领用领域，并可实现高精度和可重现性。这意味着可在提供且恒定的质量的同时提高产量。在运行模式下更改硬件组态（运行时组态，CiR）通过 SIMATIC S7-400，在工厂运转期间可以实现硬件组态的更改，不会影响生产的进行。选项包括：增加分布式 I/O 节点（PROFIBUS DP 或 PA 从站）在 ET 200M I/O 系统中增加模块并重新设置参数。CiR（即运行时组态）功能可在设备运行期间实现设备扩展和转换，从而降低设备调试和重新装备的时间。此外，通过该系统功能，还可以灵活响应工艺的变化（例如，工艺的优化），因为不必因硬件组态发生改变而将设备初始化或同步。
直流调速系统装置故障处理和维修的方法
（一）直观法
通过故障发生时的各种光、声、味等异常现象，利用人的手、眼、耳、鼻等感官来寻找原因，认真观察系统的各个部分，将故障缩小到一定范围。例机加一车间XKA2140×80数控龙门铣床，起动主轴旋转时主轴所带的附件铣头不动，6RA27直流调速装置系统也无异常，观察故障现象发现主轴电机也正常旋转，因此怀疑主轴电动机与主轴箱Ⅰ轴传动轴间的连轴节损坏，拆开发现由于连轴节磨损严重，从而使主轴箱Ⅰ轴传动轴轴端磨损，产生相对滑动，更换新的连轴节及主轴箱Ⅰ轴传动轴后故障即可消除。
（二）自诊断功能法
6RA27直流调速装置系统都设计有的自诊断程序的功能，随时监视系统的工作状态及整个系统的软、硬件性能，一旦发现故障则会立即显示报警内容或用发光二极管指示故障的起因，然后结合系统配备的诊断手册不仅可以找到故障发生的原因、部位，而且还有排除的方法提示。例如总装车间5×8数控龙门铣床，机床送电一切正常后起动主轴，主轴不动，经观察故障现象发现西门子6RA27直流调速装置显示屏显示F04报警，其报警内容为“缺相。在有调节器释放信号时（在端子64）主电路块熔断或控制电路电源被切断。”检查装置保险未损坏，装置前端主接触器上端电压正常，下端电压缺一相，拆开主接触器发现主接触器一触点接触不好造成电源缺相，更换主接触器后故障即可解除。
（三）参数检查法
6RA27直流调速装置系统发现故障时应及时核对系统参数，系统参数的变化会直接影响到机床的性能，甚至使机床不能正常工作，出现故障。由于外界的因素或误操作等，都会引起机床参数的丢失或变化，通过核对参数，就能排除故障。
（四）互换法
所谓互换法就是在分析出故障大致范围的情况下，利用备用的印刷线路板、模板、集成电路芯片或元件替换有疑点的部分，从而把故障范围缩小到一定范围。
例如机加一车间CH5240D主轴不动作，6RA27直流调速装置系统显示黑屏，经检查可能是由于电源板故障造成的，换上备用板后，显示屏显示数值主轴运转正常。在备件板的更换中要注意以下问题：更换任何备件都必须在断电情况下进行，在更换备件板上一定要记录下原有的设定开关的设定状态，1或0（on或off）并将新板按同样的状态设定。
（五）假设法
在修理机床时，有不少故障是由于外部条件不满足，没有输入信号造成的，这时可以给它一个信号看工作是否正常，如果能正常工作，就可检查此信号缺失的原因。
例如西门子6RA27系列全数字化晶闸管直流调速装置端子63为“脉冲释放”信号、端子64为“调节器释放”信号、端子72为系统“准备好/故障”信号，这三个信号是相互联系、相互制约着使用，由于外部条件未满足，从而造成端子63、端子64触点无法闭合，端子72有信号输出产生报警，此时可人为将端子63、端子64触点闭合，观查端子72输出信号是否正常（正常为0状态），由此可以判断是直流调速装置故障还是外部条件未满足，从而确定诊断方向，提高维修效率。
（六）关键点的维修
根据机床操作者对故障现象的描述，结合维修手册相关内容的解释与说明以及自己的维修工作经验的积累、故障经常发生的地方等要素来分析确定故障产生的原因，找到产生的原因，故障就迎刃而解了。

PLC的安装PLC适用于大多数工业现场，但它对使用场合、环境温度等还是有一定要求。控制PLC的工作环境，可以有效地提高它的工作效率和寿命。在安装PLC时，要避开下列场所：
（1）环境温度**过0~50℃的范围；
（2）相对湿度**过85%或者存在露水凝聚（由温度突变或其他因素所引起的）；
（3）太阳光直接照射；
（4）有腐蚀和易燃的气体，例如、硫化氢等；
（5）有打量铁屑及灰尘；
（6）频繁或连续的振动，振动频率为10~55Hz、幅度为0.5mm（峰-峰）；
（7）**过10g（重力加速度）的冲击。
小型可编程控制器外壳的4个角上，均有安装孔。有两种安装方法，一是用螺钉固定，不同的单元有不同的安装尺寸；另一种是DIN（德国共和标准）轨道固定。DIN轨道配套使用的安装夹板，左右各一对。在轨道上，先装好左右夹板，装上PLC，然后拧紧螺钉。为了使控制系统工作可*，通常把可编程控制器安装在有保护外壳的控制柜中，以防止灰尘、油污、水溅。为了保证可编程控制器在工作状态下其温度保持在规定环境温度范围内，安装机器应有足够的通风空间，基本单元和扩展单元之间要有30mm以上间隔。如果周围环境**过55C，要安装电风扇，强迫通风。
为了避免其他设备的电干扰，可编程控制器应尽可能远离高压电源线和高压设备，可编程控制器与高压设备和电源线之间应留出至少200mm的距离。
当可编程控制器垂直安装时，要严防导线头、铁屑等从通风窗掉入可编程控制器内部，造成印刷电路板短路，使其不能正常工作甚至损坏。
2.电源接线PLC供电电源为50Hz、220V±10%的交流电。FX系列可编程控制器有直流24V输出接线端。该接线端可为输入传感（如光电开关或接近开关）提供直流24V电源。如果电源发生故障，中断时间少于10ms，PLC工作不受影响。若电源中断**过10ms或电源下降**过允许值，则PLC停止工作，所有的输出点均同时断开。当电源恢复时，若RUN输入接通，则操作自动进行。对于电源线来的干扰，PLC本身具有足够的能力。如果电源干扰特别严重，可以安装一个变比为1:1的隔离变压器，以减少设备与地之间的干扰。
3.接地良好的接地是保证PLC可*工作的重要条件，可以避免偶然发生的电压冲击危害。接地线与机器的接地端相接，基本单元接地。如果要用扩展单元，其接地点应与基本单元的接地点接在一起。为了抑制加在电源及输入端、输出端的干扰，应给可编程控制器接上地线，接地点应与动力设备（如电机）的接地点分开。若达不到这种要求，也必须做到与其他设备公共接地，禁止与其他设备串联接地。接地点应尽可能*近PLC
4.直流24V接线端使用无源触点的输入器件时，PLC内部24V电源通过输入器件向输入端提供每点7mA的电流。PLC上的24V接线端子，还可以向外部传感器（如接近开关或光电开关）提供电流。24V端子作传感器电源时，COM端子是直流24V地端。如果采用扩展船员，则应将基本单元和扩展单元的24V端连接起来。另外，任何外部电源不能接到这个端子。如果发生过载现象，电压将自动跌落，该点输入对可编程控制器不起作用。
每种型号的PLC的输入点数量是有规定的。对每一个尚未使用的输入点，它不耗电，因此在这种情况下，24V电源端子向外供电流的能力可以增加。FX系列PLC的空位端子，在任何情况下都不能使用。
5.输入接线PLC一般接受行程开关、限位开关等输入的开关量信号。输入接线端子是PLC与外部传感器负载转换信号的端口。输入接线，一般指外部传感器与输入端口的接线。输入器件可以是任何无源的触点或集电极开路的NPN管。输入器件接通时，输入端接通，输入线路闭合，同时输入指示的发光二极管亮。输入端的一次电路与二次电路之间，采用光电耦合隔离。二次电路带RC滤波器，以防止由于输入触点抖动或从输入线路串入的电噪声引起PLC误动作。若在输入触点电路串联二极管，在串联二极管上的电压应小于4V。若使用带发光二极管的舌簧开关，串联二极管的数目不能**过两只。另外，输入接线还应特别注意以下几点：
（1）输入接线一般不要**过30m。但如果环境干扰较小，电压降不大时，输入接线可适当长些。
（2）输入、输出线不能用同一根电缆，输入、输出线要分开。
（3）可编程控制器所能接受的脉冲信号的宽度，应大于扫描周期的时间。
6.输出接线
（1）可编程控制器有继电器输出、晶闸管输出、晶体管输出3种形式。
（2）输出端接线分为立输出和公共输出。当PLC的输出继电器或晶闸管动作时，同一号码的两个输出端接通。在不同组中，可采用不同类型和电压等级的输出电压。但在同一组中的输出只能用同一类型、同一电压等级的电源。
（3）由于PLC的输出元件被封装在印制电路板上，并且连接至端子板，若将连接输出元件的负载短路，将烧毁印制电路板，因此，应用熔丝保护输出元件。

电源接线PLC供电电源为50Hz、220V±10%的交流电。FX系列可编程控制器有直流24V输出接线端。该接线端可为输入传感（如光电开关或接近开关）提供直流24V电源。如果电源发生故障，中断时间少于10ms，PLC工作不受影响。若电源中断**过10ms或电源下降**过允许值，则PLC停止工作，所有的输出点均同时断开。当电源恢复时，若RUN输入接通，则操作自动进行。对于电源线来的干扰，PLC本身具有足够的能力。如果电源干扰特别严重，可以安装一个变比为1:1的隔离变压器，以减少设备与地之间的干扰。
3.接地良好的接地是保证PLC可*工作的重要条件，可以避免偶然发生的电压冲击危害。接地线与机器的接地端相接，基本单元接地。如果要用扩展单元，其接地点应与基本单元的接地点接在一起。为了抑制加在电源及输入端、输出端的干扰，应给可编程控制器接上地线，接地点应与动力设备（如电机）的接地点分开。若达不到这种要求，也必须做到与其他设备公共接地，禁止与其他设备串联接地。接地点应尽可能*近PLC
4.直流24V接线端使用无源触点的输入器件时，PLC内部24V电源通过输入器件向输入端提供每点7mA的电流。PLC上的24V接线端子，还可以向外部传感器（如接近开关或光电开关）提供电流。24V端子作传感器电源时，COM端子是直流24V地端。如果采用扩展船员，则应将基本单元和扩展单元的24V端连接起来。另外，任何外部电源不能接到这个端子。如果发生过载现象，电压将自动跌落，该点输入对可编程控制器不起作用。
每种型号的PLC的输入点数量是有规定的。对每一个尚未使用的输入点，它不耗电，因此在这种情况下，24V电源端子向外供电流的能力可以增加。FX系列PLC的空位端子，在任何情况下都不能使用。
5.输入接线PLC一般接受行程开关、限位开关等输入的开关量信号。输入接线端子是PLC与外部传感器负载转换信号的端口。输入接线，一般指外部传感器与输入端口的接线。输入器件可以是任何无源的触点或集电极开路的NPN管。输入器件接通时，输入端接通，输入线路闭合，同时输入指示的发光二极管亮。输入端的一次电路与二次电路之间，采用光电耦合隔离。二次电路带RC滤波器，以防止由于输入触点抖动或从输入线路串入的电噪声引起PLC误动作。若在输入触点电路串联二极管，在串联二极管上的电压应小于4V。若使用带发光二极管的舌簧开关，串联二极管的数目不能**过两只。另外，输入接线还应特别注意以下几点：
（1）输入接线一般不要**过30m。但如果环境干扰较小，电压降不大时，输入接线可适当长些。
（2）输入、输出线不能用同一根电缆，输入、输出线要分开。
（3）可编程控制器所能接受的脉冲信号的宽度，应大于扫描周期的时间。
6.输出接线
（1）可编程控制器有继电器输出、晶闸管输出、晶体管输出3种形式。
（2）输出端接线分为立输出和公共输出。当PLC的输出继电器或晶闸管动作时，同一号码的两个输出端接通。在不同组中，可采用不同类型和电压等级的输出电压。但在同一组中的输出只能用同一类型、同一电压等级的电源。
（3）由于PLC的输出元件被封装在印制电路板上，并且连接至端子板，若将连接输出元件的负载短路，将烧毁印制电路板，因此，应用熔丝保护输出元件。
（4）采用继电器输出时，承受的电感性负载大小影响到继电器的工作寿命，因此继电器工作寿命要求长。
（5）PLC的输出负载可能产生噪声干扰，因此要采取措施加以控制。此外，对于能使用户造成伤害的危险负载，除了在控制程序中加以考虑之外，还应设计外部紧急停车电路，使得可编程控制器发生故障时，能将引起伤害的负载电源切断。交流输出线和直流输出线不要用同一本电缆，输出线应尽量远离高压线和动力线，避免并行。

国内发展及应用概况
我国的PLC产品的研制和生产经历了三个阶段：顺序控制器（1973～1979）——一位处理器为主的工业控制器（1979～1985）——8位微处理器为主的可编程序控制器（1985以后）。在对外开放政策的推动下，国外PLC产品大量进入我国市场，一部分随成套设备进口。如宝钢一、二期工程就引进了500多套，还有咸阳显象管厂、秦皇岛煤码头、汽车厂等。现在，PLC在国内的各行各业也有了较大的应用，技术含量也越来越高。
这种类型的RTU装置直接使用A／D转换元件对交流电量进行采集计算，*变送器之类的转换设备，但需要快速的数字处理单元进行配合，以对采集到的数据进行分析、综合。它不仅可以反映电量的瞬时变化，而且可以进行谐波分析，计算频率，简单地实现电能量总加功能。它们多使用微型计算机（如8 X86等）配合多个单片机（如8051、8098等）、并加上大量的A／D转换电路，来实现开关量、模拟量的采集。
当前在数字技术得到充分发展和应用的情况下，交流采样方案是配网自动化的一个合理选择。它以数字电路为主，辅以少量的模拟电路，功能强大，扩充容易，可靠性较直流采样方案有较大提高，综合成本低。
2．2 中低压配网自动化的应用特点
中低压配网自动化系统由主站、远方终端单元（RTU）、线路传感器、远方控制SF6 或真空开关、通信电缆等五个部分组成。中低压配电网自动化的应用有自己不同的特点：
a）传统的变电站RTU在功能上偏重遥信、遥测，但中低压配电网的自动化对象（开关房、开闭所和配电房）数目繁多，开关操作频繁，更注重遥信、遥控功能。
b）中低压配电网的自动化对象遍布城市、农村等各种不同环境，被不同层次的用电管理人员（包括农村电工）所操作。更要求其具有安装灵活、易操作、免维护、抗恶劣环境等特点。
c）应用于中低压配电网的RTU，在功能上应具有模块化结构，在硬件上要越简单、越可靠越好。好是同一套简单硬件，只要简单进行一下设置，就可以满足不同场合、不同规模的要求。
由此可见，有必要开发新型的、不同于传统结构的RTU，以适合中低压配电网自动化的特点和需要。
2．3 中低压配电网自动化RTU的PLC实现
可编程序控制器（programmable logic con－troller，PLC）技术经过几十年的发展，已经相当成熟。其品种齐全，功能繁多，已被广泛应用于工业控制的各个领域。用PLC来实现中低压配电网自动化的RTU功能，能够很好地满足RTU的特有的要求。在国内市场，有来自许多厂家的PLC产品。这些产品从简单到复杂，都自成系列，可以满足不同应用的要求。大多数中低档次的PLC产品，都包含有离散点输入和输出（点数的多少可以依据应用情况增减）、模拟采样输入、时钟、通信等功能。利用这类PLC的现成功能，可以方便地实现中低压配电网自动化的 RTU功能。使用PLC的离散输入点来实现遥信、用PLC的离散输出点来实现遥控、用PLC的模拟采样输入来实现遥测、用PLC的通信功能来实现和主机的通信。完成这些功能，都*额外的硬件，只需根据开关房的实际情况，对PLC进行简单编程即可。不仅如此，利用PLC的模拟输出功能，甚至还可以实现配电网的遥调。例如调节调压变压器的变比，调节静止无功补偿设备的电压、电流相角等。
这样一种基于PLC的中低压配电网自动化的RTU实现方案，完全可以满足中低压配网自动化的要求。它具有以下特点和优势：硬件结构简单，完全免维护；规模可大可小，只需将 PLC的扩展模块连接在一起，就可以实现遥控点、遥信点、遥测点的增加；抗恶劣环境；高可靠性；编程实现各种功能，免硬件调试；费用低廉。
CPU 412-1满足中等控制规模的低成本解决方案。 可用于具有少量I/O配置的较小型系统中。 具有组合的MPI/DP接口，可在PROFIBUS DP网络中运行。
CPU 412-2 适用于中等性能范围的应用，它具有两个PROFIBUS DP主站系统。
CPU 412-1 和 CPU 412-2 的特点:
功能强大的处理器：
CPU 对每个二进制指令的执行时间可短到 0.75 μs。
CPU 412-1:288 KB RAM (其中，程序和数据各使用 144 KB);
CPU 412-2:512 KB RAM (其中，程序和数据各使用 256 KB);
快速 RAM 用于执行部分用户程序
灵活扩展：
*高 65536 个数字量以及 4096 个模拟量输入/输出。
MPI多点接口：
通过 MPI，可将*多 32 个站连成简单网络，数据传输速率高达 12 Mbit/s。CPU 可与通讯总线（C 总线）和 MPI 的站之间建立*多 16 个连接。
模式选择开关：
波动开关设计。
诊断缓冲区：
*后的120个故障和中断事件保存在一个环形缓冲器中，用于进行诊断。可以对输入数目进行设定。
实时时钟：
日期和时间附加在 CPU 的诊断消息后面。
存储卡：
用于扩展内置的装载存储器。存储在装载存储器中的信息包括S7-400参数数据以及程序，因此需要2倍的存储空间。其结果是：
内置装载存储器的容量显著提高，因此，基本上不需要存储器卡。
CPU 412-2 还具有：
PROFIBUS-DP 接口和组合的MPI/DP 接口：
通过 PROFIBUS DP 主站接口，可以实现分布式自动化组态，从而提高了速度，便于使用。对用户来说,分布式I/O单元可作为一个集中式单元来处理(相同的组态、编址和编程).
组合式配置：
SIMATIC S5和SIMATIC S7可以作为PROFIBUS主站符合EN 50 170规范。
块保护：
通过密码来防止非法访问用户程序
集成的 HMI 服务:
用户只需为HMI设备定义数据源和目的地。 这些数据通过系统周期地以及自动地进行传输。
集成的通讯功能：
PG/OP 通讯
全局数据通讯
S7 标准通讯
S7 通讯
可编程属性
多点MPI接口：
定义节点地址
启动/循环行为
*大循环时间和通讯负荷的规定
地址分配：
I/O 模块的编址
保持区域：
定义保持性位存储器、计数器、定时器和时钟存储器。
过程映像、局部数据的大小
诊断缓存区的长度
保护级：
设置访问程序和数据的权限
系统诊断：
确定诊断信息的处理方法和范围
实时中断:
设定周期
显示功能与信息功能
状态和故障指示灯：
LED 指示内部和外部故障和运行模式（如 RUN、STOP、重启、测试功能等）
测试功能：
编程器可用于显示程序执行过程中的信号状态，立于用户程序而修改过程变量，读取堆栈存储器的内容，运行各个程序步，并禁止程序组件。
信息功能：
编程器可为用户提供存储器容量、CPU 的运行模式以及工作存储器及装载存储器的当前利用率等信息。
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