西门子控制单元CPU417-4 量大从优

SIMATIC S7-400有多个型号：
S7-400：
Power PLC，用于中、性能应用，并采用模块化、免风扇设计。
S7-400H:
容错型自动化系统使用冗余设计，可以用于故障安全型应用。
S7-400F/FH:
故障安全自动化系统也使用冗余设计，同样具备容错能力。
S7-400
S7-400自动化系统采用模块化设计。它拥有丰富的模块，且这些模块均可以立地组合使用。
一个系统包含下列组件：
电源模块(PS)：
用于将120/230 V AC 或 24 V DC电源连接至SIMATIC S7-400。
CPU：
针对各种性能范围，都可以提供集成有PROFIBUS DP接口的不同CPU。视型号的不同，也可以为它们配供集成式PROFINET接口。使用PROFIBUS接口，多可以连接125个PROFIBUS DP从站。PROFINET接口多可以连接256个PROFINET IO设备。SIMATIC S7-400的所有CPU 可以处理较为大型的组态。此外，在单个控制器的多值计算模式下，多个CPU可以协同工作，据此，可以进一步提高系统的性能。这些CPU 处理速度较快，具备确定性的响应时间，因此，其机器周期时间较短。
信号模板（SM），用于数字量（DI/DO）和模拟量（AI/AO）的输入/输出。
用于连接总线和点对点连接的通讯处理器 (CP)。
功能模板（FM）：
用于诸如计数、定位和凸轮控制等高要求任务的级系统。
根据要求，也可使用下列模块：
接口模板(IM)：
用于连接控制器和扩展单元。SIMATIC S7-400的控制器工作时可支持多达21个扩展单元。
SIMATIC S5 模块：
在相关的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（借助适配器套接件）中都有可能使用SIMATIC S5的特定IP和WF模块。
扩展
当用户需要在应用中使用一个以上的控制器时，可以对S7-400进行扩展：
多 21 个扩展单元：
控制器（CC）上多可以连接21个扩展单元（EU）。
接口模块（IM）的连接：
控制器（CC）和扩展单元（EU）是通过发送接口模块（IM）和接收接口模块（IM）完成连接的。发送接口模块插在控制器（CC）上，相应的接收接口模块则插在串行连接的扩展单元（EU）上。控制器（CC）上多可以插接6个发送接口模块（IM）（其中多有2个配5-V传输器），扩展单元（EU）上则只能插接1个接收接口模块（IM）。每个发送接口模块均有2个接口，每个接口均用于连接1条线路。发送接口模块的每个接口均可以连接至多4个扩展单元（无5-V传输器）或者至多1个扩展单元（配5-V传输器）。
电源模块的固定插槽：
在控制器（CC）和扩展单元（EU）的左侧必须始终连接电源模块。
C总线受限数据交换：
C总线数据交换仅用于控制器（CC）和6个扩展单元（EU）
（EU 1 - EU 6）之间。
扩展：
推荐用于直接安装在机床旁边的小型装置或者小型控制柜。也可以选择提供5-V电源。
控制器（CC）和后一个扩展单元（EU）之间的大单线距离：
使用5 V传输器时为1.5 m；无5-V传输器时为3 m。
用EU进行分布式扩展：
推荐用于占地面积较大、在同一个位置安装多个扩展单元（EU）的工厂。甚至于可以使用S7-400 EU或者SIMATIC S5 EU。
技术发展动向
1. 产品规模向大、小两个方向发展
大：  I/O点数达14336点、32位为微处理器、多CPU并行工作、大容量存储器、扫描
速度高速化。
小：  由整体结构向小型模块化结构发展，增加了配置的灵活性，降低了成本。
2. PLC在闭环过程控制中应用日益广泛
3. 不断加强通讯功能
4. 新器件和模块不断推出用于数字量和模拟量输入/输出的信号模块。
工艺模块用于高速计数、位置检测或测量等功能。
通信模块和通信处理器可通过通信接口将控制器进行扩展
根据具体要求，也可使用下列模块：
在 CPU 向背板总线的输出对于所有连接的模块来说不够充分的情况下，电源模块 (PS) 通过背板总线为 S7-1500 模块的内部电路供电。
用于将 SIMATIC S7-1500 连接到 120/230 VAC 电源的负载电源模块 (PM)。
接口模块用于连接基于 S7-1500 的分布式 I/O。
设计
简单的设计使得 SIMATIC S7-1500 十分灵活，便于维护。
集成背板总线：
集成的背板总线；背板总线集成在模块上。模块通过 U 形连接器相连，总线连接器插在外壳的背面。可以节省安装时间。
模块组装在 S7-1500 安装导轨上：
具有各种长度，包括切割至定长的型号。由于具有集成式 DIN 导轨，可以卡装广泛的标准部件，如附加端子、小型断路器或小型继电器。
性能可靠，接线方便：
I/O 信号是通过统一的 40 针前连接器来连接的。信号模块和前连接器之间具**械编码，可防止因意外的错误插入而对电路造成破坏。
为了对前连接器进行简单接线，可将该连接器置于“预接线位置”。在此位置上，插头尚未与模块电路接触。此位置还可用于在运行过程中进行改动。用户可借助于前盖内侧的一个印制电缆连接图进行连接。
前连接器作为带螺钉型端子或推入式端子的型号提供。两个型号都可以连接线芯截面积为 0.252?~ 1.5 mm2（AWG 24 ~ AWG 16）的导线。
另外，数字量信号模块可通过 TOP Connect 进行系统接线。通过 TOP Connect，可以快速而清晰地连接到现场的传感器和执行器，并可在控制柜中进行简便接线。
对于模拟量模块，可以直接在模块上进行屏蔽；随模块提供了一个屏蔽连接套件，*工具即可进行安装。
设备特定标签：
标签条可用于 SIMATIC S7-1500 的信号模块。可使用标准激光打印机来打印这些 DIN A4 标签纸上的标签。可以从 TIA Portal 进行自动打印，而*重新输入符号或地址。通过这些标签条的设计形式，可为通道或诊断显示 1:1 分配标签。如果前盖打开，则诊断显示到端子的这种 1:1 分配会保留。
可变和可扩展的站配置：
信号模块和通信处理器可以不受限制地以任何方式连接。系统可自行组态。
大配置包括带有 31 个模块（30 个模块 + 1 个电源）的 CPU。在 CPU 向背板总线的输出对于所有连接的模块来说不够充分的情况下，需要由电源 (PS) 通过背板总线为 S7-1500 模块的内部电路供电。
尺寸紧凑：
的PLC除了主要采用CPU以提高处理速度外，还有带处理器的EPROM或RAM的智能I/O模块、高速计数模块、远程I/O模块等化模块。
5. 编程工具丰富多样，功能不断提高，编程语言趋向标准化
有各种简单或复杂的编程器及编程软件，采用梯形图、功能图、语句表等编程语言，亦有的PLC指令系统。
6. 发展容错技术
采用热备用或并行工作、多数表决的工作方式。
7.追求软硬件的标准化。

PLC及其程序设计
2.1 SIMATIC S5-115U硬件组成及编程概要
可编程序控制器SIMATIC S5-115U采用标准的模块式结构，电源、CPU、各种I/O模件都插在一块母板上，并可以根据不同的I/O点数增加扩展母板，输入、输出模件和存储器的精细分级，使得这种装置具有较强的配置适应能力；通过通讯处理器和局部网，可方便地实现PLC之间及与计算机的通讯。
SIMATIC S5-115U的编程语言是STEP5，有3种表达方法，即控制系统流程图CSF，梯形图LAD和语句表STL。其中语句表STL接近于机器内部的控制程序，功能也比前两种方法丰富得多，因此在本系统实际编程应用中全部采用语句表STL。
STEP5的大特点是采用了结构化编程方法，并提供大量标准功能块如乘功能块FB242、通讯功能块FB244等，使得编程工作大大简化，而且所编程序条理清晰，易于读懂、修改和测试，这一优点尤其在编制大型复杂程序时更能显现出来。
要完成复杂任务，可以把整个程序分成一个个立的程序块，STEP5有5种块类型，即组织块(OB)、程序块(PB)、顺序块(SB)、功能块(FB)和数据块(DB)，其中组织块(OB)用以管理用户程序，形成了操作系统和控制程序之间的接口，所有其它类型块在此被调用执行。功能块(FB)用于实现反复调用或者特别复杂的程序功能，这些功能块可以是系统以标准功能块的形式提供的，也可以由用户自己编制。例如标准功能块FB242就可以实现16位二进制乘功能、FB244可以实现CPU与通讯处理器之间的数据传送，用到这些功能时可以直接调用这些功能块。
将通过背板总线和基本连接器，由安装在机架左侧插槽中的电源模块为插入机架的模块
提供所需的工作电压(5 V 用于逻辑控制器，24 V 用于接口模块)。
对于本地连接，还可通过 IM 460-1/IM 461-1 接口模块为 ER 供电。
发送 IM 460-1 两个接口中的各个接口多可通过 5 A 的电流，即多可为本地连接中的
每个 ER 提供 5 A 的电流。
I/O 总线
I/O 总线是并行背板总线，设计用于快速交换 I/O 信号。 每个机架均有一条 I/O 总线，对
信号模块的过程数据进行时间要求严格的访问均通过 I/O 总线进行。)
通讯总线(C 总线)
通讯总线(C 总线)是串行背板总线，设计用于快速交换与 I/O 信号相应的大量数据。 除机
架 ER1 和 ER2 外，其余每个机架均有一条通讯总线。
带有 I/O 总线和通讯总线的机架
下图显示了带有 I/O 总线和通讯总线的机架。每个插槽中都有 I/O 总线和通讯总线连接
器。 交付机架时，这些连接器由外盖加以保护。
分段 CR
属性
“分段”特性与 CR 的组态相关。 在非分段 CR 中，I/O 总线是连续的，且所有 18 个或 9 个
插槽互连在一起；而在分段 CR 中，I/O 总线由两个 I/O 总线段组成。
分段 CR 具有以下重要特性：
● 通讯总线是连续的(全局)，而 I/O 总线分为两个 I/O 总线区段，分别有 10 个和 8 个插
槽。
使用电源装置时，要确保次级线圈不与保护接地导线连接。
24 VDC 电源过滤
在使用未接地组态的电池为 S7-400 供电时，必须为 24 VDC 电源提供干扰抑制。 请使用
西门子电源电缆过滤器，例如 B84102-K40。
隔离监视
如果双重故障可导致安装进入危险状态，则必须提供隔离监视。
未接地操作实例
只有已组态带本地连接的 S7-400，并且在 CR 中将整个安装接地，才可在未接地组态中
操作 ER。

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。

插入的一个CPU315-2DP，作为主站；一个CUP317-2作为从站，并且使用317-2的*个端口MPI/DP端口配置成DP口来实现和315-2DP的通讯。然后分别对每个站进行硬件组态：先对从站CPU317-2进行组态：将317的*个端口MPI/DP端口组态为PROFIBUS类型，并且创建一个不同于CPU自带DP口的PROFIBUS网络，设定地址。在操作模式页面中，将其设置为DPSLAVE模式，并且选择“Test,commissioning,routing”，是将此端口设置为可以通过PG/PC在这个端口上对CPU进行，以便于我们在通讯链路上进行程序。下面的地址用默认值即可。
然后选择Configuration页面，创建数据交换映射区。这里我们创建了2个映射区，图中的红色框选区域在创建时是灰色的，包括上面的图中的Partner部分创建时也是空的，在主站组态完毕并编译后，才会出现图中所示的状态。由于我们这里只是演示程序，所以创建的交换区域较小。组态从站之后，再组态主站。插入CPU时，不需要创建新的PROFIBUS网络，选择从站建立的*二条（也就是准备用来进行通讯的MPI/DP端口创建的那条）PROFIBUS网络即可。组态好其它硬件，确认CPU的DP口处于主站模式，从窗口右侧的硬件列表中的已组态的站点中选择CPU31X，拖放到主站的PROFIBUS总线上，
这时会弹出链接窗口，选择以组态的从站，点击Connect按钮，然后进入Configuration页面，可以看到前面在从站中设定的映射区域，逐条进行编辑（Edit…），确认主从站之间的对应关系。主站的输入对应从站的输出，主站的输出对应从站的输入。至此，硬件的组态完成，将各个站的组态信息下载到各自的CPU中
在程序中插入数据区DB1，前面我们只建立了2个字（2Word）的映射区，于是我们建立如下内容的DB1，为了查看的方便，DB1的前半部分作为接收数据的存储区，后半部分用作发送数据的存储区。在317和315中我们插入同样的DB1，然后分别在OB1中编写通讯程序。其中，程序的LADDR地址，对应的是硬件的映射区组态时本站的LocalAddr中的地址，从站的LocalAddr我们组态的是0，对应的PartnerAddr也就是主站的地址是4。需要注意的是这里的地址是需要用16进制的格式来表示的，我们组态时是用10进制表示的。
完成之后，我们在各站中插入OB82、OB86、OB122等程序块，这些是为了保证当通讯的一方掉电时，不会导致另一方的停机。完成之后，将所有的程序分别下载到各自的CPU中，个站切换到运行状态，通过PLC功能，设定数据之后，我们的结果如下：上面的表格内容为主站315的数据，下面的是从站317的数据。可以看到，两个站都分别将各自的DBB4—DBB7数据发送出去并被另一方成功接收后存储在各自的DBB0—DBB3中。验证中，我们将一个站的CPU切换到STOP状态，可以看到，另一个站的CPU硬件SF指示灯报警，但PLC正常运行不停机。待该站恢复之后，报警自动消失。
SNMP（简单网络管理协议）是用于以太网网络基础结构诊断的标准化协议。 在办公设置和自动化工程中，许多不同制造商的设备均支持以太网上的 SNMP。 基于 SNMP 的应用程序和使用 PROFINET 的应用程序可同时在同一网络上运行。
SNMP OPC 服务器的组态集成在 STEP 7 硬件组态应用程序中。 可以直接传输 STEP 7 项目中已完成组态的 S7 模块。 作为 STEP 7 的替代，也可使用 NCM PC（包含在 SIMATIC NET CD 上）来执行组态。 所有以太网设备均可通过它们的 IP 地址和/或 SNMP 协议 (SNMP V1) 进行检测并传送到组态。
使用配置文件 MIB_II_V10。
基于 SNMP 的应用程序与使用 PROFINET 的应用程序可同时在同一网络上运行。
提示
MAC 地址
在 SNMP 诊断期间，从 FW V5.1 开始 ifPhysAddress 参数将显示下列 MAC 地址：
接口 1（PN 接口）= MAC 地址（在 CPU 的前面板上）
接口 2（端口 1）= MAC 地址 + 1
接口 3（端口 2）= MAC 地址 + 2
plc组合 若干个模块，如cpu模块、输入模块、输出模块、电源模块等等。其中各模块功能比较单一，模块的种类却日趋丰富。比如，一些可编程序控制器，除了－些基本的i/o模块外，还有一些功能模块，像温度检测模块、位置检测模块、pid控制模块、通讯模块等等。组合式结构的plc特点是cpu、输入、输出均为立的模块。模块尺寸统一、安装整齐、i/o点选型自由、安装调试、扩展、维修方便。叠装式 叠装式结构集整体式结构的紧凑、体积小、安装方便和组合式结构的i/o点搭配灵话、安装整齐的优点于一身。它也是由各个单元的组合构成。其特点是cpu自成立的基本单元（由cpu和一定的i/o点组成），其它i/o模块为扩展单元。在安装时不用基板，仅用电缆进行单元间的联接，各个单元可以一个个地叠装。使系统达到配置灵活、体积小巧。 输出刷新 当扫描用户程序结束后，plc就进入输出刷新阶段。在此期间，cpu按照i/o映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是plc的真正输出。同样的若干条梯形图，其排列次序不同，执行的结果也不同。另外，采用扫描用户程序的运行结果与继电器控制装置的硬逻辑并行运行的结果有所区别。当然，如果扫描周期所占用的时间对整个运行来说可以忽略，那么二者之间就没有什么区别了。编辑 设备定期测试、调整 （1） 每半年或季度检查plc柜中接线端子的连接情况，若发现松动的地方及时重新坚固连接；（2） 对柜中给主机供电的电源每月重新测量工作电压； 设备定期清扫 （1） 每六个月或季度对plc进行清扫，切断给plc供电的电源把电源机架、cpu主板及输入/输出板依次拆下，进行吹扫、清扫后再依次原位安装好，将全部连接恢复后送电并启动plc主机。认真清扫plc箱内卫生；（2） 每三个月更换电源机架下方过滤网； 检修前准备 （1） 检修前准备好工具；（2） 为**元件的功能不出故障及模板不损坏，必须用保护装置及认真作防静电准备工作；（3） 检修前与调度和操作工联系好，需挂检修牌处挂好检修牌； 设备拆装顺序及方法 （1） 停机检修，必须两个人以上监护操作；（2） 把cpu前面板上的方式选择开关从“运行”转到“停”位置；（3） 关闭plc供电的总电源，然后关闭其它给模坂供电的电源；（4） 把与电源架相连的电源线记清线号及连接位置后拆下，然后拆下电源机架与机柜相连的螺丝，电源机架就可拆下；（5） cpu主板及i/0板可在旋转模板下方的螺丝后拆下；（6） 安装时以相反顺序进行； 检修工艺及技术要求 （1） 测量电压时，要用数字电压表或精度为1%的表测量（2）电源机架，cpu主板都只能在主电源切断时取下；（3） 在ram模块从cpu取下或插入cpu之前，要断开pc的电源，这样才能保证数据不混乱；（4） 在取下ram模块之前，检查一下模块电池是否正常工作，如果电池故障灯亮时取下模块ram内容将丢失；（5） 输入/输出板取下前也应先关掉总电源，但如果生产需要时i/0板也可在可编程控制器运行时取下，但cpu板上的qvz（**时）灯亮；（6） 拨插模板时，要格外小心，轻拿轻放，并运离产生静电的物品；（7） 更换元件不得带电操作； 可靠 plc不需要大量的活动元件和连线电子元件。它的连线大大减少。与此同时，系统的维修简单，维修时间短。plc采用了一系列可靠性设计的方法进行设计。例如：冗余的设计。断电保护，故障诊断和信息保护及恢复。plc是为工业生产过程控制而设计的控制装置，它具有比通用计算机控制更简单的编程语言和更可靠的硬件。采用了精简化的编程语言。编程出错率大大降低。 易操作 plc有较高的易操作性。它具有编程简单，操作方便，维修容易等特点，一般不容易发生操作的错误。对plc的操作包括程序输入和程序更改的操作。程序的输入直接可接显示，更改程序的操作也可以直接根据所需要的地址编号或接点号进行搜索或程序寻找，然后进行更改。plc有多种程序设计语言可供使用。用于梯形图与电气原理图较为接近。容易掌握和理解。plc具有的自诊断功能对维修人员维修技能的要求降低。当系统发生故障时，通过硬件和软件的自诊断，维修人员可以很快找到故障的部位。 灵活 plc采用的编程语言有梯形图、布尔助记符、功能表图、功能模块和语句描述编程语言。编程方法的多样性使编程简单、应用面拓展。操作十分灵活方便，监视和控制变量十分容易。西门子plc s7-300系列plc安装及注意事项：一、电源功率较小，只能带动小功率的设备(光电传感器等);二、 一般plc均有一定数量的占有点数(即空地址接线端子)，不要将线接上;三、 plc存在i/o响应延迟问题，尤其在快速响应设备中应加以注意。
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