西门子CPU模块6ES74163ER050AB0 质量保障

工作数据是PLC运行过程中经常变化、经常存取的一些数据。存放在RAM中，以适应随机存取的要求。在PLC的工作数据存储器中，设有存放输入输出继电器、继电器、定时器、计数器等逻辑器件的存储区，这些器件的状态都是由用户程序的初始设置和运行情况而确定的。根据需要，部分数据在掉电时用后备电池维持其现有的状态，这部分在掉电时可保存数据的存储区域称为保持数据区。
通常情况下，机械、设备生产线等的负载指恒转矩（G型）负载；一般风机、水泵类负载指平方转矩（P型）负载。
由于系统程序及工作数据与用户无直接联系，所以在PLC 产品样本或使用手册中所列存储器的形式及容量是指用户程序存储器。当PLC提供的用户存储器容量不够用，许LC还提供有存储器扩展功能。 PLC存储器所用的种类主要有：可读/写操作的随机存储器RAM；只读存储器或可擦除可编程的只读存储器ROM、PROM 、EPROM 和EEPROM。
1. 组诊断； 2. CPU/主站停机时输出的状态：可以选择继续工作、使用替代值等模式； 3. 通道编号 0； 4. DO 诊断：可以诊断输出断线、短路等； 5. 替代值：配合参数 2 使用； 6. 运行模式：更改 2 PULSE 输出模式，包括脉冲输出，脉宽调制(PWM)，脉冲串，On/Off 延时等模式； 7. PWM(脉宽调制)的输出模式：可以使用千分数或者S7 模拟量格式的值； 8. 时基：后面所有跟时间相关的参数都以该参数为时间单位； 9. DI 数字量输入的功能：可作为普通输入和硬件使能使用； 10. 接通延时； 11. 小/脉冲时间； 12. 周期时间； 13. 通道编号 1； 将项目配置好后，存盘编译并下载，参数配置随即生效。
PLC的CPU内有指示程序步存储地址的程序计数器，在程序运行过程中，每执行一步该计数器自动加1，程序从起始步（步序号为零）起依次执行到终步（通常为END指令），然后再返回起始步循环运算。PLC每完成一次循环操作所需的时间称为一个扫描周期。不同型号的PLC，循环扫描周期在1微秒到几十微秒之间。PLC用梯形图编程，在解算逻辑方面，表现出快速的优点，在微秒量级，解算1K逻辑程序不到1毫秒。它把所有的输入都当成开关量来处理，16位（也有32位的）为一个模拟量。大型PLC使用另外一个CPU来完成模拟量的运算。把计算结果送给PLC的控制器。 相同I/O点数的系统，用PLC比用DCS，其成本要低一些（大约能省40%左右）。PLC没有操作站，它用的软件和硬件都是通用的，所以维护成本比DCS要低很多。一个PLC的控制器，可以接收几千个I/O点（多可达8000多个I/O）
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。
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。

连接 SIMATIC TOP 更加简单、快速（不是紧凑 CPU 的板载 I/O）。可使用预先装配的带有单个电缆芯的前端连接器，和带有前端连接器模块、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使 S7-300 实现了节省空间的设计。可使用每个模块中有 8 至 64 个通道（数字量）或 2 至 8 个通道（模拟量）的模块
简单参数化
使用 STEP 7 对这些模块进行组态和参数化，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，数据会自动传输到新的模块，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
许多不同的数字量和模拟量模块根据每一项任务的要求，准确提供输入/输出
使用 STEP 7 对这些模块进行组态和参数化，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，数据会自动传输到新的模块，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
许多不同的数字量和模拟量模块根据每一项任务的要求，准确提供输入/输出
数字量和模拟量模块在通道数量、电压和电流范围、电气隔离、诊断和警报功能等方面都存在着差别。在这里提到的所有模块范围中，SIPLUS 组件可用于扩展的温度范围 -25… 60°C 和有害的空气/冷凝
诊断、中断
许多模块还会信号采集（诊断）和从过程（过程中断）中传回的信号。这样便可对过程中出现的错误（例如断线或短路）以及任何过程事件（例如数字输入时的上升边或下降边）立刻做出反应。使用 STEP 7，即可轻松对控制器的响应进行编程
规定了 Modbus 保持寄存器区从 VB0 开始（HoldStart ＝ VB0），并且保持寄存器为1000个字（MaxHold＝1000）因保持寄存器以字（两个字节）为单位，实际上这个通信缓冲区占用了VB0～VB1999共2000个字节。因此分配库指令保留数据区时至少要从VB2000开始。当然保持区不一定要从VB0开始
设计和功能
模块化
S7 - 400的一个重要特点是它的模块化。S7- 400的高速通讯背板总线和允许直接插入CPU集成的DP接口，允许多条通讯线路的高性能运行。例如，把一根总线用于HMI通讯和编程任务，一根总线用于高性能运动控制，一根总线用于普通I / O现场总线通讯
此外，也可以实现另外连接到MES-/ERP系统或通过SIMATIC IT连接到互联网的需要。根据任务情况，可对S7 – 400进行集中扩展或分布式配置。附加设备和接口模块也可集中用于此目的。在CPU中集成的PROFIBUS或PROFINET接口上也可实现分布式扩展。如果需要，也可以使用通讯处理器CP
设计
设计一个S7 - 400系统基本上包括机架，电源，和处理单元。它可以以一个模块化的方式安装和扩展。所有的模块都可以自由地放置在左侧插入的电源旁边。S7- 400具有无风扇的坚固设计。信号模块可以热插拔。一个多层面的模块范围可用于扩展以及具有ET200的分布式拓扑结构的简单配置
在集中式扩展中，额外安装机架直接连接到控制器
除了标准的安装机架，也提供9槽和18槽铝合金安装机架。这些铝机架可以很高地耐受不利环境条件，紧固耐用，重量轻25％左右
多值计算
多值计算，也就是在一个S7- 400控制器中的几个CPU的同时操作，为用户提供不同的益处：
可通过多值计算共享的S7 - 400的整体性能。例如，在技术复杂的任务中，如开环控制，可以将计算机或通讯分割和分配给不同的CPU每个CPU分配给自己的，用于此目的本地输入/输出。
有些任务也可以从每个多值计算方式中断开，一个CPU处理关键时间的处理任务，另一个处理非关键时间的任务。
在多值计算操作中，所有的CPU的运行行为像一个CPU，也就是说，当一个CPU进入STOP状态，其他的也停止。几个CPU的动作可以通过同步指令选择性地协调调用。此外，CPU之间的数据交换通过高速的全局数据通讯机制。
数据/程序存储器
从精细分级的各种CPU中选择合适的CPU取决于集成工作存储区的大小。集成装载存储器RAM足以满足中小型企业方案。对于大型程序，通过插入RAM或FEPROM存储卡装载内存 64 KB到64 MB
功能
S7- 400 CPU有一些非常有用的功能：
从工程工作站通过网络更新固件实现更简单和快速的升级
通过一个系统功能实现额外的写保护（例如没有从PC器件下载到CPU）
通过读取存储卡的序列号获得保护，因此，保证了程序只与特定的存储卡一起运行
集成的路由功能允许在不同总线系统和网络问数据记录，例如控制级PC可以通过S7 -400控制器与连接在PROFINET或者PROFIBUS接口上的现场设备进行通讯

以下具有分级性能的 SIPLUS S7-400 标准 CPU 可用于恶劣环境条件下的各种应用：
SIPLUS S7-400 CPU 412-2
适用于中端性能小型工厂的标准 CPU。
SIPLUS S7-400 CPU 414-3
适用于在程序范围、处理速度和通信方面具有额外要求的中等规模工厂的标准 CPU。
SIPLUS S7-400 CPU 416-3
适用于具有性能要求的工厂的标准 CPU。
SIPLUS S7-400 CPU 417-4
适用于具有严格性能要求的工厂的标准 CPU。
SIPLUS S7-400 标准 CPU 适合在以下环境条件下使用：
宽环境温度范围：-25°C 至 +60/+70 °C
需要较高抗化学、机械和生物负荷的性能和抗盐雾性能的场合
安装海拔高度增加
总线连接器可直接插入到 PROFIBUS 站或 PROFIBUS 网络组件的 PROFIBUS 接口（9 针 Sub-D 接口）中。
可使用 4 个端子在插头中连接进入和离开的 PROFIBUS 电缆。
通过从外部清晰可见的便于接触的开关，可以连接总线连接器中集成的总线端接器（不适用于 6ES7 972-0BA30-0XA0）。在此过程中，连接器中的进线和出线总线电缆是分开的（隔离功能）。
必须在 PROFIBUS 网段的两端进行这种连接。
提供有各种类型的总线连接器，可优化用于连接的设备：
总线连接器具有轴向电缆引出线（180°），可用于如 PC 和 SIMATIC HMI OP，传输速率高达 12 Mbit/s，带集成的总线端接电阻
带垂直电缆引出线的总线连接器（90°）；
这种接头采用垂直电缆引出线（有或没有编程器接口），数据传输速率高达 12 Mbit/s，带集成的终端电阻。传输速率为 3、6 或12 Mbit/s 时，在带编程器接口的总线接头和编程器之间，需要使用 SIMATIC S5/S7 连接电缆。
有 30°电缆引出线的总线接头（经济型），无编程器接口，数据传输速率大为 1.5 Mbit/s，无集成的总线端接电阻。
PROFIBUS 快速连接 RS485 总线接头（90°或 180°电缆引出线），传输速率大为 12Mbit/s，采用绝缘刺破技术可实现快速简单安装（用于硬线和软线）。
PPI协议是为S7-400开发的通信协议。S7-400 CPU的通信口（Port 0、Port 1）均支持PPI通信协议。S7-400 CPU的PPI网络通信是建立在RS-485网络的硬件基础上，因此其连接属性和需要的网络硬件设备与其他RS-485网络*。
1 网络读写（NETR/NETW）指令介绍
网络读写指令一般用于S7-400 CPU之间的PPI网络通信。PPI通信前要保证PPI网络上的所有站点都应当有各自不同的网络地址，否则通信不会正常进行。另外，网络读写指令进行编程和应用时要注意以下几点：
1) 在程序中可以使用任意条网络读写指令，但是在同一时刻，多只能有8条网络读写指令被激活；
2) 每条网络读写指令可以从远程站点读取/写入多16个字节的信息；
3) 使用NETR/NETW指令向导可以编辑多24条网络读写指令，其核心是使用顺序控制指令，这样在任一时刻只有一条NETR/NETW指令有效；
4) 每个CPU的端口只能配置一个网络读写指令向导。
2 网络读写指令向导组态 2.1 硬件连接
电容的充放电直接影响着开关管的开关速度。R1过小，易引起振荡，电磁干扰也会很大；R1过大，会降低开关管的开关速度。Z1通常将MOS管的GS电压限制在18V以下，从而保护了MOS管。Q1的栅受控电压为锯形波，当其占空比越大时，Q1导通时间越长，变压器所储存的能量也就越多；当Q1截止时，变压器通过DDRRC3释放能量，同时也达到了磁场复位的目的，为变压器的下一次存储、传递能量做好了准备。IC根据输出电压和电流时刻调整着⑥脚锯形波占空比的大小，从而稳定了整机的输出电流和电压。C4和R6为尖峰电压吸收回路。推挽式功率变换电路：Q1和Q2将轮流导通。有驱动变压器的功率变换电路：T2为驱动变压器。

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。
运行模式
连接到 FM 458-1 DP
EXM 438-1 通过内部总线直接连接到 FM 458-1 DP 基本模块。这意味着 FM 458-1 DP 可以以快的速度访问 I/O。 SIMATIC 机架只提供电源, 不进行数据传输。 通过所组态的功能块进行 I/O 访问。
组态
用 CFC 进行组态而不是编程
FM 485-1 DP 使用的 STEP 7 和 CFC 软件工具进行组态，该组态工具也用于对 SIMATIC S7-400 控制器进行编程。
CFC 基于 Windows，易学易用。 CFC 可以通过 D7-SYS 扩展软件包进行扩展，该软件包含有功能块以及优化的操作系统。
用LED指示灯进行诊断:
LED说明
SF点亮情况:○1硬件故障;○2编程错误;○3参数赋值错误;○4计算错误;○5定时器错误;○6存储器错误○7电池故障或无后备电池;○8I/O故障/错误（*于外部I/O）;○9通讯故障
BATF点亮情况:当无后备电池,后备电池故障或没有充电时点亮.
注意:当连接充电电池时该灯点亮,其原因是充电电池不能对用户程序进行后备.
STOP当CPU不处理用户程序时点亮当CPU申请存储器复位时闪烁.
西门子PLCCPU复位
注意:CPU复位进行的活动:
1.CPURAM中和负载存储器中的整个用户程序（不包括EPROM负载存储器）。
2.CPU保持数据。
3.CPU测试本身的硬件。
4.如已插入存储器卡.则CPU将存储器中有关的内容复制到RAM。
步骤复位CPU存储器
1将钥匙开关拔至STOP位置
2将钥匙开关拔至MRES位置，直至STOP指示灯亮几秒并保持点亮（持续3秒）
3在3秒钟内，必须将开关拨回MRES位置并保持住，直至STOP指示灯闪烁（2HZ）。
当CPU完全复位，STOP指示灯停止闪烁并保持点亮。此时，CPU已对存储器复位
集成式 24 V 编码器/负载电源:
用于直接连接传感器和编码器。 用 180 mA 时，它也可用作负载电源。
2种型号：
带多种电源和控制电压
内置数字量输入/输出：
6个输入和 4 个输出。
1 个通讯接口:
可选
作为 PPI接口，用于编程功能、HMI 功能（TD 200、OP），S7-200 内部 CPU / CPU 通信（9.6/19.2/187.5 kbps），或作为 MPI从站，用于和 MPI 主站（S7-300 / -400、OP、TD、按钮板）进行数据交换。
用户可编程接口（FreePort），带中断能力，用于和非西门子设备进行串行数据交换，例如在 ASCII 协议下、波特率为 1.2/2.4/4.8/9.6/19.2/38.4/57.6/115.2 Kbit/s时，可将 PC / PPI 电缆用作为 RS 232/ RS 485 适配器。
中断输入：
对过程信号的上升沿或下降沿作出高速响应
高速计数器：
4 个高速计数器(30 kHz), 可通过参数设置使能和复位输入，具有2个单的输入端，可同时用作增/减计数器；或者可以连接2个具有90°相差的增量编码器。
仿真器（可选）：
用于集成输入的仿真和用户程序的检验。
模拟电位计:
1 个模拟电位计，可在日常工作中用作一个设定值计数器，例如设定时间。
脉冲输出：
2 个高频脉冲输出 ( 20 kHz)；
可用于定位任务，驱动变频电机和步进电机。
实时时钟（可作为可选模块连接）:
例如用于给报文加时间标记、纪录机器运行时间或用于基于时间的过程控制。
EEPROM 子模块(选件):
用于保存完整的 STEP 7-Micro/WIN 用户程序及其它文档。
用于支持数据记录功能和配方管理。
允许快速修改程序(即使没有编程器)和其它程序归档。
通过电池提供长时间后备：
可将存储时间提高到200天。无电池模块时，用户数据（如存储器位状态、数据块、定时器和计数器）通过内部的**级电容进行保护,大约 5 天。可以保存用户程序(免维护)。电池模块插入存储器子模块插槽中
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