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                        上海庆惜自动化设备有限公司

                               详细简介

CPU 416-2和CPU 416-3是功能强大的SIMATIC S7-400系列PLC的CPU。集成的PRO-FIBUS-DP接口，使它能作为主站直接连接到PROFIBUS-DP现场总线。CPU 416-3，有一条额外的DP线，可用IF 964-DP接口子模块进行连接。

CPU 417-4是SIMATIC S7-400*处理单元中功能较强大的。集成的PROFIBUS-DP接口，使它能作为主站直接连接到PROFIBUS-DP现场总线。通过IF 964-DP接口子模块进一步连接两条DP线。

CPU 414-4H用于SIMATIC S7-400H和S7-400F/FH可配置为容错式S7-400H系统。连接上运行许可证后，可以作为安全型S7-400F/FH自动化系统使用。集成的PROFIBUS-DP接口能作为主站直接连接到PROFIBUS-DP现场总线。

CPU 417-4H是SIMATIC S7-400H和S7-400F/FH中功能较强的CUP，可配置为容错式S7-400H系统。连接上运行许可证后，可以作为S7-400F/FH容错自动化系统使用。集成的PROFIBUS-DP接口能作为主站直接连接到PROFIBUS-DP现场总线。

                               详细信息

2.S7-400 CPU模块的共同特性

下面是S7-400 CPU模块的一些共同的特性。

1）S7-400有一个*机架，可扩展21个扩展机架。使用URI或UR2机架的多CPU处理较多安装4个CPU。每个*机架较多使用6个IM，通过适配器在*机架上可以连接6块S5模块。

2）实时钟功能：CPU有后备时钟、8个小时计数器和8个时钟存储器位，有日期时间同步功能，同步时在PLC内和MPI上可以作为主站和从站。

3）S7-400有IEC定时器/计数器（SFB类型），每一**级嵌套深度24级，在错误OB中附加2级。S7指令功能可以处理诊断报文。

4）测试功能：可以测试I/O、位操作、DB（数据块）、分布式I/O、定时器和计数器；可以强制I/O、位操作和分布式I/0。有状态块和单步执行功能，调试程序可以设置断点。

5）FM和CP的块数只受槽的数量和通信的连接量的限制。S7-400可以与编程器和OP（操作员面板）通信，有全局数据通信功能。在S7通信中，可以作服务器和客户机，分别为PG（编程器）和OP保留了一个连接。

6）CPU模块内置的**个通信接口的功能

**个通信接口可以作为MPI和DP的主站。

作为MPI接口时，可以与编程器和OP通信，可以用作路由器。全局通信的GD数据包较大为64KB。S7标准通信每个作业的用户数据较大为76B,S7通信每个作业的用户数据较大为64B,S5兼容通信每个作业的用户数据较大为8KB。内置各通信接口较大传输速率为12Mbit/s。

作为DP主站时，可以与编程器和OP通信，支持点对点通信功能，除了S7-412外，都具有全局通信，S7基本通信功能。较多支持32个DP从站，较多支持512个插槽。较大地址区为2KB，每个DP从站较大可用数据为244B输入和244B输出。

7）CPU模块内置的*二个通信接口的功能

*二个通信模块接口可以用作DP主站和点对点连接。作为DP主站时，可以与编程器和OP通信，支持内部节点通信。每个DP从站较大可用数据为244B输入和244B输出。

3.S7-400 CPU模块技术参数

S7-400 CPU模块技术参数如表5-14所示。

电源模块

S7-400的电源模块的任务是通过背板总线，向机架上的其他模块提供工作电压。它们不为信号模块提供负载电压。

S7-400的电源模块用于S7-400系统安装基板的封装设计，它通过自然对流冷却，带AC-DC编码的电源电压的插入式连接，具有短路保护功能。具有两个输出电压的监视，且两个输出电压（5VDC和24VDC）共地。如果其中一个电压故障，则向CPU发送故障信号。S7-400的电源模块通过背板总线对CPU及可编程模块的参数设置和存储器内容（RAM）进行后备。此外，后备电池可以对CPU热启动。电源模块和后备模块都能监视电池电压。

1.技术指标

电源模块技术参数如表5-15所示。

2.冗余电源模块

如果使用两个型号为PS 407 10A R（6ES7 407-0KR00-0AA0，输入电压85～264VAC或88～300VDC，输出电压5VDC/10A和24VDC/1A）或PS 405 10A R（6ES7 405-0KR00-0AA0，输入电压19.2～72VDC，输出电压5VDC/10A和24VDC/1A）的电源模块，可以在安装基板上安装冗余电源。如果需要提高PLC的可靠性，特别是工作在一个不可靠的电源系统中时，应进行冗余设计。建立一个冗余的电源时，可以将一个电源模块插在机架的插槽1和插槽3。可以插入尽量多的模块，但所有这些模块只能由一个电源模块供电，换句话说，在冗余运行状态下，所有模块只能消耗10A电流。

S7-400的冗余电源具有以下特性。

·电源模块提供一个符合NAMUR的接通闭合限制器。

·当一个电源模块故障时，其他的每个电源模块均能向整个基板供电，因此不会停止工作。

·整个系统工作时可以更换每个电源模块，当插拔模块时不会影响系统运行。

·每个电源模块均具有监视功能，当发生故障时将发送故障信息。

·一个电源模块的故障不会影响其他正常工作的电源模块的电压输出。

·当每个电源模块有两个电池时，其中一个必须是冗余电池。如果每个电源模块只有一个电池，则不能进行冗余后备，因为冗余时需要两个电池都工作。

·通过插拔中断登记电源模块的故障（默认值为STOP），如果只在CR2的*二个段中使用，当电源模块故障时，不发送任何报告。

·如果插入两个电源模块但只有一个上电，则上电时将发生1分钟的启动延时。

3.后备电池

S7-400的电源模块有一个电池盒，可以装1～2个后备电池。这些电池是选件。

如果已经装入后备电池，则在电源发生故障时，参数设置和存储器内容将通过背板总线备份到CPU和可编程模块中。电池电压必须在允许的范围内。此外，在上电后，后备电池可以对CPU执行重启动。电源模块和后备模块均可监视电池电压。

一些电源模块有容纳两个电池的电池盒。如果用两个电池，并将开关拨到2BATT，则电源模块将两个电池中的一个定义为后备电池。当电池充足时该设置始终有效；当后备电池放完电后，则系统将另一个电池切换到后备方式。后备电池的状态也存储在电源故障的事件中。

后备电池的较长后备时间取决于后备电池的容量以及在基板上的后备电流。后备电流是指当电源关闭时，所插入的后备模块的电流及电源模块所需要的电流的总和。

【例5-1】计算对于一个具有PS 407 4A和CPU 417-4的*机架的后备时间

后备电池容量为1.9Ah，电源的较大后备电流（包括电源关闭时自己所需的电流）为100μA,CPU 417-4典型的后备电流为75μA，当计算后备时间时，由于在电源打开时后备电池也会受影响，所以额定能力将低于**。

一个具有63%额定容量的电池具有：后备时间=1.9Ah×0.63/（100+75）μA=（1.197/175）×1000000=6840h，得出较大后备时间为285天。

4.指示灯和开关

S7-400电源模块的指示灯定义如下。

·NTF：红色，内部故障时点亮。

·5VDC：绿色，只要5V电压在容许的电压范围内就点亮。

·24VDC：绿色，只要24V电压在容许的电压范围内就点亮。

·IBAF：红色，如果背板总线上的电池电压太低，并且BATT INDIC开关置于1 BATT或2 BATT位置时就点亮。

·BATT1F：黄色，如果电池1用完、极性倒置或未装电池，并且BATT INDIC开关置于1 BATT或2 BATT位置时就点亮。

·BATT2F：黄色，如果电池2用完、极性倒置或未装电池，并且BATT INDIC开关置于1 BATT或2 BATT位置时就点亮。

S7-400电源模块的开关定义如下。

·FMR瞬时接触按钮：消除故障后用来确认和复位故障指示器。

·备用开关：通过干预控制回路，将输出电压（5/24VDC）切换到0V（电源不断开）。

·BATT INDIC开关：用来设定LED和电池监视；当可以使用1个电池时（PS 407 4A,PS 405 4A），如果选择OFF则为LED和监视信号不起作用，如果选择BATT则为BAF/BAT-TF指示灯和监视信号激活；当可以使用2个电池时（PS 407 10A,PS 407 20A,PS 405 10A,PS 405 20A），如果选择OFF则为LED和监视信号不起作用，如果选择1BATT则为只有BAF/BATT1F指示灯（用于电池1）激活，如果选择2BATT则为只有BAF/BATT1F/BATT2F指示灯（用于电池1和电池2）激活。

·电压选择开关：用来选择主要的工作电压（120VAC或230VAC），由其自身的外壳保护。

5.2.4　数字量模块

数字量模块将二进制过程信号连接到S7-400，通过这些模块，能将数字传感器和执行器连接到SIMATIC S7-400。使用数字量输入/输出模块可提供用户优化的适配性能，模块的任意组合使任务恰如其分地适配输入/输出模块的数量，以避免多余的投资。

数字量模块的机械结构有以下特点。

·紧凑的设计。坚固的塑料外壳包括有绿色LED指示输出信号状态；一个红色LED指示内部和外部故障或出错；有内装的诊断能力；指示的故障如保险丝熔断和负载电压掉电等；标签条插入到前盖板内（增加标签条数量包括在供货内，根据使用手册复制）；覆盖薄膜可单独订购。

·*安装。将模块挂在机架上，拧紧螺钉即可安装，非常方便。

·接线方便。模块通过插入前连接器接线，初次插入前连接器时，应嵌入一个编码元件，这样前连接器只能插入到有相同电压范围的模块中；更换模块时，前连接器能保持完整的接线状态，因此能用于相同类型的新模块。

1.数字量输入模块

数字量输入模块将外部过程发送的数字信号电平转换成S7-400内部的信号电平。模块适合于连接开关或2线BERO接近开关。

数字量输入模块的技术参数如表5-16所示

模拟量模块

模拟量输入/输出模块包括用于S7-400的模拟量输入/输出。通过这些模块，能将模拟量传感器和执行器连接到SIMATIC S7-400。使用模拟量输入/输出模块能给用户提供优化的适配性能，因此能连接各种不同类型的模拟量传感器和执行器。

模拟量输入/输出模块的机械结构有以下特点。

·紧凑的设计。坚固的塑料外壳包括标签条可插入到前盖板内（根据使用手册复制），复盖薄膜可单独订购。

·*安装。将模块挂在机架上，拧紧螺钉即可，安装方便。

·接线方便。模块通过前连接器接线。初次插入前连接器时，应嵌入一个编码元件，这样前连接器只能插入到有相同电压范围的模块中。更换模块时，前连接器能保持完整的接线状态，因此能用于相同类型的新模块。

1.模拟量输入模块

模拟量输入模块将从过程来的模拟量信号转换成S7-400内部处理用的数字量信号。电压/电流传感器、热电偶、电阻器和热电阻可作为传感器连接到S7-200。

模拟量输入模块的技术参数如表5-18所示

拟量输出模块

模拟量输出模块SM 432只有一个型号（6ES7 432-1HF00-0AB0）。输出点数为8，额定负载电压24VDC，输出电压范围为-10～10V，0～10V和1～5V；输出电流范围为-20～20mA。

5.2.6　其他模块

1.FM 453定位模块

FM 453可以控制3个独立的伺服电动机或步进电动机，以高时钟频率控制机械运动，用于简单的点到点定位到对响应、精度和速度又较高要求的复杂运动控制。从增量式或**式编码器输入位置信号，步进电动机作为执行器时可以不用编码器。每个通道有6点数字量输入和4点数字量输出。FM 453具有长度测量、变化率限制、运行中设置实际值、通过高速输入使定位运动起动或停止等特殊功能。

2.FM 458-1DP应用模块

FM 458-lDP是自由组态闭环控制设计的，包含有300个功能块的库函数和CFC连续功能图图形化组态软件，带有PROFIBUS-DP接口。FM458-lDP的基本模块可以执行计算、开环和闭环控制，通过扩展模块可以对I/O和通信进行扩展。

3.S5智能I/O模块S5智能I/O模块可以用于S7-400，配置专门设计的适配器后，可以直接插入S7-400。可以使用IP 242B计数器模块，IP 244温度控制模块，WF 705位置解码器模块，WF 706定位及位置测量和计数器模块，WF 707凸轮控制器模块，WF 721和WF 723A、WF T23B、WF T23C定位模块。

智能I/O模块的优点是能完全独立地执行实时任务，减轻了CPU的负担，使CUP能将精力完全集中于更高级的开环或闭环控制任务上。

5.3　ET 200分布式I/O硬件组成

本节介绍了分布式I/O概念以及西门子的分布式I/O的解决方案，即ET 200的功能、分类和用途。

5.3.1　ET 200分布式I/O概述

1.分布式I/O概念

当一个控制系统搭建完毕后，系统的过程控制量会频繁地要么输入到控制器，要么从控制器输出。如果系统的过程控制量远离系统控制器，过长的输入/输出过程量传输线很难保证信号不被干扰。

分布式I/O的引入则可以很好解决这问题，所谓的分布式I/O就是系统的控制器位于系统核心位置，输入/输出系统独立运行并分布在系统的远距离外围，而高传输速率的PROFI-BUS-DP总线保证了控制器与输入/输出系统间的顺畅通信。

西门子的ET 200是基于PROFIBUS-DP现场总线的分布式I/O，可以与经过认证的非西门子公司生产的PROFIBUS-DP主站协同运行。

PROFIBUS是为全集成自动化定制的开放的现场总线系统，它将现场设备连接到控制装置，并保证在各个部件之间的高速通信，从I/O传送信号到PLC的CPU模块只需毫秒级的时间。

全集成自动化概念和STEP 7使ET 200能与西门子的其他自动化系统协同运行，实现了从硬件配置到共享数据库等所有层次上的集成。所有的I/O均在一个软件的控制之上，因此用户在增加程序时不需要额外的培训。

由于ET 200只需要很小的空间，因此能使用体积更小的控制柜。集成的连接器代替了过去密密麻麻、杂乱无章的电缆，加快了安装过程，紧凑的结构也使成本大幅度降低。

ET 200可以在非常严酷的环境（如酷热、严寒、强压、潮湿或多粉尘等）中使用，能提供连接光纤PROFIBUS网络的接口，可以减少采取费用昂贵的抗电磁干扰措施。

3.ET 200的集成功能

（1）电动机起动器

集成的电动机起动器用于异步电动机的单向或可逆起动，可以直接控制7.5kW以下的电动机，节省了动力电缆，馈电电缆较大电流达40A，一个站可以带6个电动机起动器。

（1）电动机起动器

集成的电动机起动器用于异步电动机的单向或可逆起动，可以直接控制7.5kW以下的电动机，节省了动力电缆，馈电电缆较大电流达40A，一个站可以带6个电动机起动器。

（2）气动系统

经过适当的配置，ET 200能用于阀门控制。ET 200X很*安装上这种阀门，直接由PROFIBUS总线控制，并由STEP 7软件包组态。

（3）变频器

ET 200X用于为电气传动工程的模块提供变频器的所有功能。

（4）智能传感器

光电式编码器或光电开关等可以与使用IQ Sense智能传感器的ET 200S进行通信。可以直接在控制器上进行所有设置，然后将数据传送到传感器。传感器出现故障时，系统诊断功能自动发出报警信号。

（5）安全技术

ET 200可以在冗余设计的容错控制系统或安全自动化系统中使用。集成的安全技术能显着地降低接线费用。安全技术包括紧急断开开关、安全门的监控以及众多与安全有关的电路。通过ET 200S故障防止模块、故障防止CPU和PROFISafe协议，与故障有关的信号亦能同标准功能一样在PROFIBUS网络上进行传送。

（6）分布式智能

ET 200S中的IM 15I/CPU类似于大型S7控制器的功能，可以用STEP 7对其编程。它用分布式智能传送I/O子任务，因而减轻了中央控制器的负担，能对时间要求很高的信号快速响应和简化对部件的管理。

（7）功能模块

它们是用于ET 200M和ET 200S的附加模块，例如计数器、步进电动机或定位模块，以模块化的方法扩展分布式I/O的功能。

5.3.2　ET 200的分类

ET 200分为以下几个子系列。

1）ET 200S是分布式I/O系统，特别适用于需要电动机起动器和安全装置的开关柜，一个站较多可接64个子模块。

2）ET 200M是多通道模块化的分布式I/O，采用S7-300全系列模块，较多可扩展8个模块，可以连接256个I/O通道，适用于大点数、高性能的应用场合。ET 200M户外型是为野外应用设计的，其温度范围可达-25～+600℃。

3）ET 200iS是本质安全系统，通过紧固和本质安全的设计，适用于有爆炸危险的区域。

4）ET 200X是具有高保护等级IP65/67（NEMA4）的分布式I/O设备，其功能相当于S7-300的CPU 314，较多7个具有多种功能的模块连接在一块基板上。它封装在一个坚固的玻璃纤维的塑料外壳中，可以直接安装在机器上，用于有粉末和水流喷溅的场合。

5）ET 200eco是经济实用的I/O，具有很高的保护等级（IP67），能在运行时更换模块。6）ET 200R适用于机器人，用于恶劣的工业环境，能抗焊接火花的飞溅。

7）ET 200L是小巧经济的分布式I/O，像明信片大小的I/O模块适用于小规模的任务，十分方便地安装在DIN导轨上。

8）ET 200B整体式的一体化分布式I/O。有交流或直流的数字量I/O模块和模拟量I/O模块，具有模块诊断功能。

5.3.3　ET 200S简介

ET 200S是模块化分布式I/O机架，它以按“位”模块化设计，能精确地适配自动化任务的要求。如图5-17所示，ET 200S由输入/输出模块、功能模板（较大支持63个模块）和电机起动器等组成。

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于数字量逻辑控制。有时梯形图称为电路或程序。

梯形图由触点、线圈和用方框表示的指令框组成。触点代表逻辑输入条件，例如外部的开关、按钮和内部条件等；线圈通常代表逻辑运算的结果，常用来控制外部的负载和内部的标志位等；指令框用来表示定时器、计数器或数学运算等指令。

使用编程软件可以直接生成和编辑梯形图，并将其下载到PLC。

触点和线圈等组成的独立电路称为网络，编程软件自动为网络编号。梯形图中的触点和线圈可以使用物理地址，也可以在符号表中对某些地址定义符号，使程序易于阅读和理解。用户可以在网络号的右边加上网络的标题，在网络号的下面为网络加上注释。还可以选择在梯形图下面自动加上该网络中使用的符号信息（symbol information）。如果将两块独立电路放在同一个网络内，将会出错。本书为了节约篇幅，在插图中一般没有标出梯形图的网络号，但是相邻网络左边的垂直线是断开的，以此来表示网络的分界点。

在分析梯形图中的逻辑关系时，为了借用继电器电路图的分析方法，可以想象在梯形图的左右两侧垂直“电源线”之间有一个左正右负的直流电源电压，当网络中的触点同时接通，有一个假想的“能流”（power flow）流过线圈。能流这一概念可以帮助我们更好地理解和分析梯形图，能流只能从左向右流动。

如果没有跳转指令，在网络中，程序中的逻辑运算按从左往右的方向执行，与能流的方向一致。网络之间按从上到下的顺序执行，执行完所有的网络后，下一次循环返回较上面的网络（网络1）重新开始执行。

2.语句表

S7系列PLC将指令表称为语句表（STL），它是一种类似于微机的汇编语言的文本语言，多条语句组成一个程序段。语句表可以实现某些不能用梯形图或功能块图表示的功能。

3.功能块图

功能块图（FBD）使用类似于布尔代数的图形逻辑符号来表示控制逻辑。一些复杂的功能（如数学运算功能）用指令框来表示，有数字电路基础的人很*掌握。功能块图用类似于与门、或门的方框来表示逻辑运算关系，方框的左侧为逻辑运算的输入变量，右侧为输出变量，输入、输出端的小圆圈表示“非”运算，方框被“导线”连接在一起，信号自左向右流动。

4.编程语言的相互转换与选用

在STEP 7编程软件中，如果程序块没有错误，并且被正确地划分为网络，在梯形图、功能块图和语句表之间可以转换。用语句表编写的程序不一定能转换为梯形图，不能转换的网络仍然保留语句表的形式，但是并不表示该网络有错误

在STEP 7编程软件中，如果程序块没有错误，并且被正确地划分为网络，在梯形图、功能块图和语句表之间可以转换。用语句表编写的程序不一定能转换为梯形图，不能转换的网络仍然保留语句表的形式，但是并不表示该网络有错误。

语句表可供习惯用汇编语言编程的经验丰富的程序员使用，在运行时间和存储空间方面较优。语句表的输入方便快捷，还可以在每条语句的后面加上注释，便于复杂程序的阅读和理解。在设计通信、数学运算等高级应用程序时建议使用语句表。

梯形图与继电器电路图的表达方式较为相似，适合于熟悉继电器电路的用户使用。语句表程序较难阅读，其中的逻辑关系很难一眼看出，在设计和阅读复杂的触点电路的程序时较好使用梯形图语言。功能块图适合于熟悉数字电路的用户使用。

6.2　S7-300/400的存储区

S7-300/400系列PLC的存储区用于存储系统程序和用户程序。根据使用功能的不同，存储区通常还被分为若干个区域，了解这些区域的作用是进行PLC编程的基础。

6.2.1　数制

1.二进制数

二进制数

二进制数的1位（bit）只能取0和1这两个不同的值，可以用来表示开关量（或称数字量）的两种不同的状态，例如触点的断开和接通、线圈的通电和断电等。如果该位为1，表示梯形图中对应的位编程元件（例如位存储器M和输出过程映像Q）的线圈“通电”，其常开触点接通，常闭触点断开，以后称该编程元件为1状态，或称该编程元件ON（接通）。如果该位为0，对应的编程元件的线圈和触点的状态与上述的相反，称该编程元件为0状态，或称该编程元件OFF（断开）。二进制常数用2#表示，例如2#1111 0110 1001 000l是16位二进制常数。

2.十六进制数

十六进制的16个数字是0～9和A～F（对应于十进制数10～15），每个数字占二进制数的4位。B#16#、W#16#、DW#16#分别用来表示十六进制字节、字和双字常数，例如W#16#13AF。在数字后面加“H”也可以表示十六进制数，例如16#13AF可以表示为13AFH。

十六进制数的运算规则为逢16进l，例如B#16#3C=3×16+12=60。

3.BCD码

BCD码用4位二进制数表示一位十进制数，例如十进制数9对应的二进制数为1001。4位二进制数共有16种组合，有6种（1010～1111）没有在BCD码中使用

BCD码实际上是十六进制数，但是各位之间的关系是逢十进一。十进制数可以很方便地转换为BCD码，例如十进制数296对应的BCD码为W#16#296，或2#0000 0010 1001 0110。

二进制整数2#0000 0001 0010 1000对应的十进制数也是296，因为它的*3位、*5位和*8位为1，对应的十进制数为256+32+8=296。

6.2.2　数据类型

STEP 7有3种数据类型：基本数据类型、用户通过组合基本数据类型生成的复合数据类型和用来定义传送FB（功能块）和FC（功能）参数的参数类型。

1.西门子CPU模块基本数据类型

（1）位

位（bit）数据的数据类型为BOOL（布尔）型，在编程软件中BOOL变量的值1和0常用英语单词TURE（真）和FALSE（假）来表示。

位存储单元的地址由字节地址和位地址组成，例如I3.2中的区域标示符“I”表示输入（Input），字节地址为3，位地址为2。这种存取方式称为“字节.位”寻址方式。

（2）字节

位二进制数组成1个字节（BYTE），其中的*0位为较低位（LSB），*7位为较高位（MSB）。

（3）字

相邻的两个字节组成一个字（WORD），字用来表示无符号数。MWl00是由MBl00和MBl01组成的1个字，MBl00为高位字节。MWl00中的M为区域标示符，W表示字，100为字的起始字节MBl00的地址。字的取值范围为W#16#0000～W#16#FFFF。

（4）双字

两个字组成1个双字（Double Word），双字用来表示无符号数。MDl00是由MBl00～MBl03组成的1个双字，MBl00为高位字节，D表示双字，100为双字的起始字节MB100的地址。双字的取值范围为DW#16#0000 0000～DW#16#FFFF FFFF。

（5）16位整数

整数（Integer,INT）是有符号整数，其较高位为符号位，较高位为0时为正数，为1时为负数，取值范围为-32768～32767。用补码来表示，正数的补码就是它的本身，将一个正数对应的二进制数的各位求反后加1，可以得到**值与它相同的负数的补码。