西门子PLC模块512KB CPU412-1 品质保证

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。
通过插槽数量和连接数量进行限制CP，点对点参见S7-400H高可用性自动化系统操作手册。通过插槽数量和连接数量进行限制PROFIBUS和EthernetCP14;其中大10CP，作为DP主站插槽所需插槽2时间时钟硬件时钟（实时时钟）是可缓冲和同步是分辨率1ms每日偏差（缓存），大值1.7s;断开电源每日偏差（不缓存），大值8.6s;接通电源运行时间计数器数量8数字/数字条0至7值域0至32767小时间隔尺寸1小时剩余是时间同步提供支持是在MPI上，主站是在MPI上，从站是在DP上，主站是在DP上，从站是在AS中，主站是在AS中，从站是通过以下方式同步系统中的时间差MPI，大值200ms数字输出集成通道(DO)0接口并行接口数量020mA接口数量(TTY)0RS232接口数量0RS422接口数量0其他接口数量01.接口接口类型集成物理组成RS485/PROFIBUS+MPI电位隔离是接口处的电源供应（15至30VDC），大值150mA连接源数量MPI：16,DP：16功能性MPI是DP主站是DP从站否MPI连接数量16传输速率，大值12Mbit/s服务PG/OP通讯是路由是**数据通讯否S7基础通讯否S7通讯是DP主站连接数量，大值16传输速率，大值12Mbit/sDP从站数量，大值32服务PG/OP通讯是路由是**数据通讯否S7基础通讯否S7通讯是等距离支持否SYNC/FREEZE否激活/禁用DP从站否直接数据交换（横向连接）否地址范围输入端，大值2kbyte输出端，大值2kbyte每个DP从站的有效数据每个DP从站的有效数据，大值244byte输入端，大值244byte输出端，大值244byte插槽数，大值244每个插槽，大值128byteDP从站连接数量没有作为DP从站的CPU组态3.接口接口类型插入式同步模块(LWL)插拔式接口模块同步模块IF9606ES7960-1AA04-0xA04.接口接口类型插入式同步模块(LWL)插拔式接口模块同步模块IF9606ES7960-1AA04-0xA0等时模式节拍同步运行（应用程序至端口同步）否等距离否通讯功能PG/OP通讯是无消息处理的可连接OP数量15有消息处理的可连接OP数量8**数据通讯提供支持否S7基础通讯提供支持否S7通讯提供支持是作为服务器是作为客户端是每个任务的有效数据，大值64kbyte每个任务的有效数据（一致性），大值462byte;1个变量S5兼容通讯提供支持是;（大关于10CP和FCAG_SEND和FCAG_RECV）每个任务的有效数据，大值8kbyte每个任务的有效数据（一致性），大值240byte每个CPU同时完成的AG-SEND/AG-RECV任务数量，大值24/24标准通讯(FMS)提供支持是;通过CP和可装载FB连接数量全部16可应用于PG通讯为PG通讯预留1可调整用于PG通讯，大值0可用于OP通讯为OP通讯预留1可调整用于OP通讯，大值0可应用于S7基本通讯为S7Basis通讯预留0可调整用于S7基本通讯，大值0可应用于S7通讯预留用于S7通讯0可调整的S7通讯，大值0可用于路由预留用于路由0可调整路由，大值0S7消息功能消息功能的可注册站点数量，大值8与符号相关的消息否与组件相关的消息是同时间活动的报警S组件，大值100报警8组件是报警8和S7通讯组件的实例数量，大值600预设，大值300传导技术消息是可同时注册的档案

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。

S7-400H 容错自动化系统中使用
可通过 F 运行版授权作为具有 F 功能的 CPU 在 S7-400F/FH 安全相关系统中使用
组合了 MPI/PROFIBUS DP-主接口，
带有 2 个用于同步模块的连接插槽
Area of application
CPU 412–3H 可用于 SIMATIC S7-400H 和 S7-400 F/FH。 它可建立故障容错 S7-400H 系统。 也可结合 F 运行授权一起用于 S7-400F/FH 故障安全自动化系统。 内置的PROFIBUS-DP接口使它能够作为主站直接连接到PROFIBUS-DP现场总线。
Design
CPU 412-5H 拥有：
功能强大的处理器：
CPU 处理每条二进制指令的时间小于 31.25 ns。
1 MB RAM（512 KB 用于程序，512 KB 用于数据）；
装载存储器用于存储 S7-400H F/FH 自动化系统的用户程序和参数设置数据；高速 RAM 用于用户程序的顺控相关部分
存储卡：
用于扩展内置装载存储器。除程序本身之外，装载存储器中所含的信息还包括 S7-400H F/FH 的组态数据，这就是要在存储器中占据双倍空间的原因。其结果是：
内置的装载存储器不能满足大程序量的要求，因此需要存储卡。
提供有 RAM 和 FEPROM 卡（FEPROM 用于在断开电源时保存数据）。
灵活的扩展选件：
多达 131,072 点数字量和 81,932 点模拟量输入/输出。
组合 MPI/PROFIBUS DP 接口：
MPI 可用来建立一个 32 个节点的简单网络，数据传输速率 187.5 Kbit/s。CPU 可以与通信总线（C 总线）上的节点和 MPI 上的节点建立多 64 个连接。
PROFIBUS-DP主站接口能够被用来建立一个高速的分布式自动化系统，并且使得操作大大简化。对用户来说，分布式 I/O 作为集中式 I/O 来处理（相同的组态、编址和编程）。
PROFIBUS DP 接口：
通过 PROFIBUS DP 接口，可以实现冗余、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 作为集中式 I/O 来处理（相同的组态、编址和编程）。
PROFINET 接口，带 2 个端口（交换机）：
支持系统冗余和 MRP（介质冗余协议）
模式选择开关：
拨动开关设计。
诊断缓冲区：
后的 120 个报警和中断事件保存在一个环形缓冲区中，用于进行诊断。
实时时钟：
CPU 提供带日期和时间的诊断报告。
CPU 416-5H 可用于 SIMATIC S7-400H 和 S7-400F/FH。它可建立故障容错 S7-400H 系统。也可结合 F 运行授权一起用于 S7-400F/FH 故障安全自动化系统。
内置的 PROFIBUS-DP 接口使它能够作为主站直接连接到 PROFIBUS-DP 现场总线。
基于带交换机功能的内置 PROFINET 接口，提供 2 个可外部访问的 PROFINET 端口。这样，可实现线性或环形结构。
CPU 用于 SIMATIC S7-400H 和 S7-400F/FH
可在高可用性 S7-400H 系统中使用
可结合故障安全 S7-400F/FH 系统中的 F-Runtime 授权和 F 兼容 CPU 使用
带有集成 PROFIBUS DP 主站接口
带有 2 个用于同步模块的插槽
CPU 417-5H 是用于 SIMATIC S7-400H 和 S7-400 F/FH 的功能**强大的 CPU， 可以用于实现 S7-400H 高可用性系统。也可结合 F 运行授权一起用于 S7-400F/FH 故障安全自动化系统。
通过内置 PROFIBUS-DP 接口，还可使它作为主站，直接连接到 PROFIBUS-DP 现场总线。
基于带交换机功能的内置 PROFINET 接口，提供 2 个可外部访问的 PROFINET 端口。这样，可实现总线性或环形结构。

PLC的发展趋势
1、功能向增强化和化的方向发展，针对不**业的应用特点，开发出化的PLC产品。以此来提高产品的性能和降低产品的成本，提高产品的易用性和化水平。
2、规模向小型化和大型化的方向发展，小型化是指提高系统可靠性基础上，产品的体积越来越小，功能越来越强；大型化是指应用在工业过程控制领域较大的应用市场，应用的规模从几十点扩展到上千点，应用功能从单一的逻辑运算扩展几乎能满足所有的用户要求。
3、系统向标准化和开放化方向发展，以个人计算机为基础，在WINOOWs平台上开发符合全新一体化开放体系结构的PLC。
通过提供标准化和开放化的接口，可以很方便地将PLC接入其它系统[2]。
PLC的功能特点
PLC的功能  随着自动化技术、计算机技术及网络通信技术的迅速发展，PLC的功能日益增多。它不仅能实现单机控制，而且能实现多机制；不仅能实现逻辑控制，还能实现过程控制、运动控制和数据处理等，其主要功能如下：
1、开关量逻辑控制
这是PLC的基本的功能。PLC具有强大的逻辑运算能力，它提供了与、或、非等各种逻辑指令，可实现继电器触点的串联、并联和串并联等各种连接的开关控制，常用于取代传统的继电器控制系统。使用PLC提供的定时、计数指令，可实现定时、计数功能，其定时值和计数值既可由用户在编程时设定，也可用数字拨码开关来设定，其值可进行在线修改，操作十分灵活方便。
2、模拟量控制
在工业生产过程中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。PLC提供了各种智能模块，如模拟量输入模块、模拟量输出模块、模拟量输入输出模块、热电阻用模拟量输入模块、热电阻用模拟量输出模块等，通过使用这些模块，把现场输入的模拟量经A/D转换后送CPU处理；而CPU处理的数字结果，经D/A转换成模拟量去控制被控设备，以完成对连续量的控制。
3、闭环过程控制
使用PLC不仅可以对模拟量进行开环控制，而且还可以进行闭环控制。配置PID控制单元或模块，对控制过程中某一变量（如速度、温度、电流、电压等）进行PID控制。
4、定时、定位、计数控制
PLC具有定时控制的功能，它为用户提供了若干个定时器，定时器的时间可以由用户在编写程序时设定，也可以用拨盘开关在外部设定，实现定时或延时控制。定位控制是PLC不可缺少的控制功能之一。PLC提供了定位模块、脉冲输出模块等智能模块，以实现各种需求的定位控制。PLC具有计数控制的功能，它为用户提供了若干个计数器或高速计数模块。计数器的计数值可以由用户在编写程序时设定，也可以用拨盘开关在外部设定，实现计数控制。、 5、顺序（步进）控制
在工业控制中，选用PLC实现顺序控制，可以采用IEC规定的用于顺序控制的标准化语言——顺序功能图进行设计，可以用移位寄存器和顺序控制指令编写程序。
6、网络通信
现代PLC具有网络通信的功能，它既可以对远程I/O进行控制，又能实现PLC与计算机之间的通信，从而构成“集中管理，分散控制”的分布式控制系统，实现工厂自动化。PLC通过RS232接口可与各种RS232设备进行通信。PLC还可与其它智能控制设备（如变频器、数控装置）实现通信。PLC与变频器组成联合控制系统，可提高交流电动机的自动化控制水平。
7、数据处理
现代PLC具有数算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。 这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表[2]。
方便用户接线
装置单元通过连接器连接。当连接模块时，编码设备锁定在连接器中，这样该连接器只能适合于同样类型的模块。更换模块时，对于新的同类型模块，可原封不动保持前连接器的接线状态。这样可以避免在更换模块已接线的前连接器到错误模块中。
数字量输入/输出
灵活地适应控制器，以各自任务需要
用于连接数字传感器和执行机构
Area of application
数字量输入/输出模块用于处理自动化中的数字量输入/输出任务。 可通过这些模块连接数字量传感器和执行器。
使用数字量输入/输出模块给用户提供以下优点：
适应性;
采用的模块组合，可以匹配控制任务所需的输入/输出的点数。 不需要过多的投资
灵活的连接;
可使用各种不同的数字量执行器和传感器，将自动化连接到控制中。
Design
数字量输入/输出模块具有下列机械特性：
紧凑型设计
坚固的塑料机壳里包括：
绿色 LED，用于指示输入/输出的状态
前连接器插座，通过前门保护
前门上的标签区。
连接器针脚分配，用于在前门内部进行配线。
安装方便
模块安装在 DIN 导轨上并通过总线连接器连接到相邻模块。没有插槽规则；输入地址由插槽决定。
当在 ET 200M 分布式 I/O 中与有源总线模块一起使用时，可以对数字量输入/输出模块进行热插拔，而不会有任何反应。其它模块继续工作。
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。
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