西门子S7-400可编程控制器CPU414-3PN/DP 支持验货

介绍了针对西门子S7-300/400系统供电设计的一般原则，详细介绍了针对CPU电源、机架电源、模块工作电源、传感器电源的设计原则，给出了详细的处理措施，另外还对S7-300/400 110模块的接线的一些注意事项进行了汇总，希望通过本文档，能给用户以工程实施的帮助和。
工业现场严重的干扰，会通过工控机电源对工控系统造成严重危害，供电系统设计的好坏直接影响到控制系统的可靠性。对于应用PLC的工控系统，在设计供电系统时应考虑下列因素：供电与接地系统的合理设计；电源系统的抗干扰性；外部设备失电时不应影响P LC的供电，控制系统不允许断电的场合供电电源的冗余等．西门子S7-300/400系列可编程控制器是为工业控制设计的，对于S7-300/400来说，电源系统一般会设计到三种电源类型：CPU电源，模块工作电源，传感器电源，如何合理布局三种电源对系统的工作稳定性至关重要，合理的电源设计才能保证整个系统的可靠．
介绍了针对西门子S7-300/400系列可编程控制器的抗干扰措施，从系统设计阶段（包括硬件和软件方面）及系统安装阶段详细分析了抗干扰措施的方法和步骤，希望能给使用S7-300/400系列可编程控制器用户入门。
西门子S7-300/400系列可编程控制器是为工业控制设计的，在设计和制造过程中SIEMENS采取了多层次抗干扰措施，使系统能在恶劣的工业环境下与强电设备一起工作。运行的稳定性和可靠性很高，S7-300/400平均无故障工作时间高达几万小时。随着计算机技术的发展，S7-300/400的功能也越来越强，使用越来越方便，因此在工业控制系统中使用日益广泛。但是，产品的可靠性高只是保证系统可靠工作的前提，还必须在设计和安装S7-300/400系统过程中采用相应的措施，才能保证系统可靠工作．在S7-300/400使用现场的情况往往比较复杂，常常存在各种不同配电、控制及驱动设备，各个设备之间控制电缆的铺设也很接近，这就造成了干扰的产生。电网的波动、大功率用电设备电缆线及其本身产生的电磁斜波，另外一些自然环境如闪电等都会对S7-300/400的正常工作造成影响。
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。

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。

西门子CPU312C 安装有：
微处理器
处理器处理每个二进制指令的时间达到 200 - 400 ns。
扩展存储器;
与执行相关的程序组件的 32 KB 高速 RAM（相当于约 10 K 指令）可以为用户程序提供足够的空间；
SIMATIC 微型存储卡（ 4 MB）作为程序的装载存储器,还允许将项目（包括符号和注释）存储在 CPU 中。
灵活的扩展能力;
多达 8 个模块,（1排结构）
MPI多点接口：
集成的 MPI 接口多可以同时建立与 S7-300/400 或编程设备,PC,OP 的 6 条连接。在这些连接中,始终为编程器和 OP 分别预留一个连接。通过“全局数据通讯”,MPI可以用来建立多16个CPU组成的简单网络。
内置输入/输出;
10个数字量输入(均可用于报警处理)和6个数字量输出,用于将过程信号连接到 CPU 312C。
S7-400 PLC是用于中、性能范围的可编程序控制器。
编程和工程工具 编程和工程工具包括所有基于PLC或PC用于编程、组态、模拟和维护等控制所需的工具。STEP 7标准软件包SIMATIC S7是用于S7-300/400，C7 PLC和SIMATIC WinAC基于PC控制产品的组态编程和维护的项目管理工具，STEP 7-Micro/WIN是在Windows平台上运行的S7-200系列PLC的编程、在线仿真软件。
人机界面软件 人机界面软件为用户自动化项目提供人机界面（HMI）或SCADA系统，支持大范围的平台。人机界面软件有两种，一种是应用于机器级的ProTool，另一种是应用于级的WinCC。
SIMATIC 操作员面板正面的防护等级为 IP66/NEMA 4，具有较高的电磁兼容性 (EMC) 和的抗振性，适合在条件恶劣的工业环境中的机器设备级使用。由于其安装深度浅，设计紧凑，固定式操作面板设备可以安装在任何地方，即使在空间有限的地方也可照常安装。对于分布式组态，还可以提供防护等级为 IP65/NEMA 4 的设备。
移动型面板以其坚固、耐冲击的设计和防护等级 IP 65，尤其适用于工业应用。它们重量轻，具有人机工程学设计，因此操作简便、容易。
只需一套工程工具，即可胜任所有应用
SIMATIC WinCC（TIA 博途）是一种工具，用于统一组态所有 SIMATIC 人机界面面板以及基于 PC 的系统。如有要求可提供其它型号。使用 ProTool 进行组态，简单而又。*编程知识。
一旦生成了组态，可以简便地将它们用于整个产品系列键盘只需组态，*编程。
完全集成的自动化的元件
西门子通过全集成自动化理念，“一站式”提供全面、模块化且相互匹配的自动化解决方案组件，而全集成自动化是世界上为的自动化解决方案之一。SIMATIC WinCC (TIA Portal) 是全集成自动化概念不可分隔的一部分。这提供了性的优势。由于组态/编程、数据管理与通信具有上的统一性，对自动化解决方案进行组态的成本被大大降低。
各种自动化系统的开放性
尽管面板可被统一地集成到 SIMATIC 系统中，但它们也可用于连接到众多不同厂商的 PLC。标准供货范围内包含有综合系列驱动程序。
创新性的操作员控制和监视
SIMATIC 人机界面面板方便创新的操作员控制和监视，坚固耐用、稳定、简单。尤其是在舒适型面板上，标准硬件和软件接口（例如，MMC/SD 卡、USB、以太网、PROFINET、PROFIBUS DP、Visual Basic 脚本或客户特定的 ActiveX 控件）为办公环境提供了更大的灵活性和开放性。
S5的用户程序储存在PLC的RAM中，是掉电易失性的，当后备电池故障系统电源发生闪失时，程序丢失或紊乱的可能性就很大，当然强烈的电磁干扰也会引起程序出错。
有EPROM存储卡及插槽的PLC恢复程序就相当简单，将EPROM卡上的程序拷回PLC后一般都能解决问题;没有EPROM子卡的用户就要利用PG的联机功能将正确的程序发送到PLC上
当系统在上电状态下检测不到单元通讯时，报光纤故障。功率单元控制电源是否正常(正常时，绿色指示灯亮)，否则更换功率单元;功率单元以及控制器的光纤连接头是否脱落，光纤是否折断。 但是在光伏电站里，太阳能光伏电池组件，局部的阴影、不同的倾斜角度及面向方位、污垢、不同的老化程度、细小的裂缝以及不同光电板的不同温度等容易造成系统失配导致输出效率下降的弊端，进而导致整体的输出功率大幅降低，因此这也成为集中式逆变器难以解决的问题。为了解决这一问题，近年来出现即“微逆变器”及“微型转换器”新架构。既在每个太阳能电池模块配备微型逆变电源，通过对各模块的输出功率进行优化，使得整体的输出功率化。
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。
扩展
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。
注意将 S5 扩展单元分布式连接到：
IM 463-2 可在 S7-400 的 CC 中使用，IM 314 在 S5 EU 中使用。可将以下S5 EU 连接到 S7-400：
EG 183U
对于各种PLC的现场硬件组态和软件调试，通常有经验的应该先花一些时间对自己的现场工作进行一个简单的规划，通常应当采取如下的步骤：
（1） 系统的规划
先，必须深入了解系统所需求的功能，并调查可能的控制方法，同时与用户或设计院共同探讨序，根据所归纳之结论来拟定系统规划，决定所采行的PLC系统架构、所需之I/O点数与I/O模块型式。
（2） I/O模块选择与地址设定
当I/O模块选妥后，依据所规划之I/O点使用情形，由PLC的CPU系统自动设定I/O地址，或由使用者自定I/O模块的地址。
（3） 梯形图程序的编写与系统配线
在确定好实际的I/O地址之后，依据系统需求的功能，开始着手梯形图程序的编写。同时，I/O之地址已设定妥当，故系统之配线亦可着手进行。
（4） 梯形图程序的仿真与修改
在梯形图程序撰写完成后，将程序写入PLC，便可**在PC与OpenPLC系统做在线连接，以执行在线仿真作业。倘若程序执行功能有误，则必须进行除错，并修改梯形图程序。
（5） 系统试车与实际运转
在线上程序仿真作业下，若梯形图程序执行功能正确无误，且系统配线亦完成后，便可使系统纳入实际运转，项目计划亦告完成。
（6）程序注释和归档
为确保日后维修的便利，要将试车无误可供实际运转的梯形图程序做批注，并加以整理归档，方能缩短日后维修与查阅程序之时间。这是职业的良好习惯，无论对今后自己进行维护，或者移交用户，这都会带来大的便利，而且是你的职业水准的一个体现。
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