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S7-400自动化系统采用模块化设计。它所具有的模板的扩展和配置功
能使其能够按照每个不同的需求灵活组合。
一个系统包括:
? 电源模板;
将SIMATIC S7-400连接到120/230 V AC或24 V DC电源上。
? 中央处理单元(CPU)
有多种CPU可供用户选择,有些带有内置的PROFIBUS-DP接口,
用于各种性能范围。一个中央控制器可包括多个CPU,以加强性能。
? 各种信号模板(SM)用于数字量输入和输出(DI/DO)以及模拟量的输入和输出(AI/A0)
? 通讯模板(CP)用于总线连接和点到点的连接。
? 功能模板(FM):专门用于计数、定位、凸轮控制等任务。
简单的设计系统使S7-400用途广泛、灵活、适用性强:
? 模板安装非常简便
? 背板总线集成在机架内
? 方便、机械码式的模板更换
? 经过现场考验的连接系统
? TOP连接用螺钉或弹簧端子的1到3线系统的预装配接线
? 规定的安装深度
所有端子和接线器都放置在模板凹槽内并有盖板保护
? 没有槽位规则
如果用户需要比中央控制器更多的功能,S7-400还可以扩展:
? 最多21个扩展单元(EU)21个扩展单元(EU)都可以连接到中央控制器(CC)。
? 通过接口模板<IM)连接:中央控制器CC和扩展单元EU通过发送IM和接收IM连接。
中央控制器(CC)可插入最多6个发送IM,每个EU可容纳1个接收IM。每个发送IM有2个接口,
每个接口都能连接一条扩展线路。
? 集中式扩展:这种扩展方式适用于小型配置或控制柜直接在机器上的场合。每个发送IM
接口可支持4个EU,如有必要,还可同时提供5V电源。中央控制器和最后一个EU的最大距离是.5
m(带5 V电源);3 m(不带5 V电源)。 ? 用EU进行分布式扩展: 这种方式适用于分布范围广,
并在一个地方有几个
EU的场合。发送IM的每个接口最多可支持4个EU。可以使用S7-400 EU,或SIMATIC S5 EU。
中央控制器和最后一个EU的最大距离为100 m(S7 EU) ;600 m(S5 EU)。采用扩展方案时应遵守以下原则:
任一中央控制器的扩展单元(EU)数量最多不应超过21个。- 连接到任一中央控制器的发送IM不能超过6个,并且最多只有
2个IM可提供5 V电源- 中央控制器器和7 EU的最大距离为100 m。 - 通过C总线的数据交换,仅限
中央控器和6个EU(EU1~EU6)之间。 - 电源模板总是安装在中央控制器和EU的最左边。 ? ET 200
进行远程扩展;这种方式适用于分布范围很广的系统。通过CPU中的–DP接口最多可连接125个总线结点。中
央控制器和最后一个结点的最大距离为
23 km
CPU 启动(暖启动),冷启动和热启动的区别是什么?
通电后,西门子S7-400 CPU 或 CPU 318-2 开始执行用户程序之前,启动程序已开始工作。在启动程序中,用户可以对循环程序通过编程启动 OB 来进行相应地定义预设置。
如下有三种启动方式:
启动模式 | 描述 |
启动(暖启动) | 程序处理重新启动,数据继续保持。 |
冷启动 | 当前数据丢失,程序处理以初始值再次启动。 |
热启动 | 一旦供电恢复,程序从断电时的值开始继续工作。 |
在操作模式“STARTUP”中:
- 程序在启动 OB 中运行( OB 100 为启动(暖启动),OB101 为热启动,OB102 为冷启动) 。
- 不可用时间和报警控制程序运行。
- 时间保持更新。
- 运行时间表在运行。
- 信号模块上的数字输出被锁定,但可以通过直接存储来设置。
启动(暖启动):

图 01
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最后的有效数值。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最后的有效数值。
- 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。
- 重新启动超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)
冷启动:

图 02
- 冷启动时,主存储器中 SFC 生成的数据块都被删除,其他数据块从装载存储器中获取默认值。
- 无论是否设置数据保持,过程映像区,定时器,计数器,指示器都将在程序(装载存储器)中重新设置到初始值。
- 输入的过程映像区被读入,STEP 7 用户程序开始重新启动 (OB102 或 OB1).
冷启动的操作命令:
- 只能从 PG 触发手动冷启动。
- 如果参数已相应地定义于 STEP 7 中,某些 S7-400 CPU 可通过模式选择开关和启动模式转换 (CRST/WRST) 来执行冷启动。
热启动:

图 03
在 RUN 状态下电源中断后再次供电,S7-400 CPU 通过初始化路径然后自动执行热启动。重新热启动后,用户程序在中断点继续运行 (定时器,计数器,指示器不被重新设置,当前数值保存在 DB 块中)。在断电前未执行的用户程序被称为剩余循环程序。剩余循环程序同时包括时间和报警控制程序部分。
- 热启动中,所有数据包括过程映像区都执行它们最后的有效数值。
- 程序在中断点继续执行命令。
- 在当前周期完成之前,输出不会改变。
- 如果供电中断,热启动只可适用于缓冲模式。
原则上来说,如果用户程序在 STOP 状态下没有改变 (例如装载一个修改过的块) 或者因为某些原因而不需要进行启动 (暖启动),那么,热启动是允许的。
热启动的操作命令:
如果相关参数已设定于 CPU 中,并且是如下原因造成 STOP, 那么手动热启动是可行的:
- 模式选择器从 RUN 转换到 STOP。
- STOP 已被用户编程,STOP 在调用 OB 后未被载入。
- STOP 状态包含于 PG 或某个通讯功能。
用户可以触发热启动:
- 通过模式选择开关来选择。
- CRST/WRST 需设置在 WRST。
- 通过 PG 菜单命令或通过通讯功能 (模式选择开关设置到 RUN 或 RUN-P)
- 手动热启动已在 CPU 中参数化。
自动热启动可在 POWER ON 状态下被触发,如果:
- 在 POWER OFF 状态下,CPU 不在 STOP 或 HALT。
- 模式选择开关设置到 RUN 或 RUN-P。
- 自动热启动已为 POWER ON 在 CPU 内参数化。
- 在自动热启动中,CRST/WRST 的转换是无效的。
SIMATIC ET 200 为所有应用提供完美解决方案
SIMATIC ET 200 有丰富的分布式 I/O 系统可供选用,既可以用在控制柜中,也可以直接用在不带控制柜的机器上,还可在危险区域中使用域。模块化的设计让您能够轻松、快速地调整和扩展 ET200 系统。已集成的附加模块可以降低成本,同时拓宽了应用范围。您可以从多种不同的组合方案中进行选择:数字量和模拟量输入/输出、带 CPU 的智能模块、安全系统、电机启动器、气动装置、变频器以及各种不同的技术模块(例如,计数、定位等)。
通过 PROFIBUS 和 PROFINET 进行通讯、统一的工程规范、透明的诊断以及 SIMATIC 控制器和 HMI 单元的完美交互,都彰显着全集成自动化无与伦比的综合优势。
PROFIBUS
PROFIBUS 是工业现场级的国际标准 (IEC 61158/61784)。它是唯一经认可的在加工制造和过程工业两种领域均可进行通讯的现场总线。
PROFIBUS 用于将现场设备(如分布式 I/O 设备或驱动器)连接到自动化系统(如 SIMATIC S7、SIMOTION、SINUMERIK 或 PC 机)。
PROFIBUS 是标准化的现场总线,符合 IEC 61158 规范,是功能强、开放式、坚固耐用、响应时间短的现场总线系统。PROFIBUS 有多种规格,可用于各种应用环境。
PROFIBUS DP(分布式 I/O)
PROFIBUS DP 用于连接分布式现场设备(如 SIMATIC ET 200)或响应时间极快的驱动器。PROFIBUS DP 用在传感器/执行器分布在机器或厂房内的情况(如,现场级别)。
PROFINET
PROFINET 是自动化领域的开放式、跨供应商的工业以太网标准 (IEC 61158/61784)。
PROFINET 基于工业以太网,实现了现场设备(IO 设备)和控制器(IO 控制器)之间的直接通讯,甚至能够用于运动控制领域的同步驱动控制解决方案。
按照 IEEE 802.3 标准,PROFINET 基于标准以太网技术,从现场级到管理级的任何设备都能够连接。
因此,PROFINET 支持系统范围内的通讯、工厂范围内的统一工程和 IT 标准,如上至 Web 服务器或 FTP,下至现场级设备。经过测试和试用的现场总线系统,如 PROFIBUS 或 AS-Interface,无需对现有设备进行任何更改即可轻松集成。
AS 接口
AS-Interface 符合国际标准 (IEC 62026/EN 50295),可代替电缆束,只需一条双股线即可极其经济可靠地将传感器和执行器连接起来。这条双股线还用于为各个工作站提供电力。这使 AS-Interface 成为 PROFIBUS DP 现场总线的理想伙伴。
- 3 英寸至 15 英寸理想的入门级系列,用于操作和监控紧凑型机器和系统
- 由于使用像素图形显示屏,可以清晰地显示过程
- 使用触摸屏和触觉功能键实现直观的操作
- 配备所有必需的基本功能,如警报记录、配方管理、绘图、矢量图形和语言切换
- 通过集成的以太网接口或带有 RS485/422 的单独版本可以简单地连接到控制器
- 全集成自动化 (TIA) 的集成组件:
提高生产率,最小化工程费用,减少生存周期成本 - 由于采用垂直组态(4" 和 6" 设备),即使在安装空间受限时也可使用
- 缩短组态和调试时间
- 由于免维护型设计和背光显示器使用寿命较长,维修十分方便
- 由于具有输入/输出字段、矢量图形、趋势曲线、条形图、文本和位图等要素,可以简单、轻松地显示过程值
- 图片库,带有现成的图形对象
- 可全球使用:
- 可组态 32 种语言(包括亚洲和西里尔字符集)
- 在线可在多达 5 种语言间切换
- 相关语言文本和图形
- 模块化、可扩展通用系统,IP20 防护等级
- 适用于离散自动化领域中各种自动化应用的系统解决方案
- 具有极高性能和可用性
- 可专门通过 Totally Integrated Automation Portal 平台中的 STEP 7 Professional V12 及更高的型号进行组态
性能
- 提高性能
- 高速指令执行:
- 语言扩展
- 新数据类型
- 更快速的背板总线
- 经过优化的代码生成
- 功能强大的通信:
- PROFINET IO(2 端口交换机)标准接口;
从 CPU 1515-2 PN 起,具有一个更多额外的集成 PROFINET 接口,例如,用于网络分离 - 可针对总线系统和点到点连接,通过通信模块进行扩展
集成技术
- 无需附加模块就可集成运动控制功能:
- 通过标准化的块 (PLCopen) 来连接模拟驱动器和 PROFIdrive 驱动器
- 运动控制功能支持转速控制轴和定位轴以及外部编码器
- 全面跟踪所有 CPU 变量,以进行实时诊断和间歇错误检测;
拥有有效调试和快速优化驱动器和控制装置 - 广泛的控制功能:
例如,可轻松组态的块可进行控制参数的自动优化以实现最优控制质量 - 通过提供的工艺模块获得附加功能:
例如,高速计数、位置检测或高达 1 MHz 信号的测量
安全集成
保证人身安全和机器安全 – 在集成式完整系统框架内
- 故障安全 SIMATIC S7-1500F 控制器可在同一控制器上处理标准程序和安全程序。
在 TIA 博途中,使用相同的编辑器生成故障安全和标准用户程序;例如,这样就能向评估标准用户程序中的标准数据那样,评估故障安全数据。由于这种软件集成,故障安全应用也可利用 SIMATIC 的系统有点和全面功能。
集成安全功能
- 通过密码进行知识保护,防止未经授权读取和修改程序块
- 通过复制保护来提高保护程度,防止未经授权而复制程序块:
通过复制保护,可将 SIMATIC 存储卡上的程序块与其序列号绑定,以便只有在将配置的存储卡插到 CPU 中时,该程序块才可运行。 - 具有四个不同授权级别的权限:
可向各个用户组分配不同访问权限。通过新的保护级别 4,还可以限制与 HMI 设备之间的通信。 - 改进了操作保护:
控制器将会检测到组态数据的更改或未授权传输。 - 用于以太网通信处理器 (CP 1543-1):
- 通过防火墙提供附加访问保护
- 建立安全 VPN 连接(V12 SP1 或更高版本)
设计与操作
- CPU 带有用于显示普通文本信息的显示屏:
- 可显示所有连接模块的订货号、固件版本和序列号信息
- 直接在现场设置 CPU 的 IP 地址以及进行其它网络设置,无需使用编程设备
- 直接以普通文本形式显示错误消息,可缩短停机时间
- 所有模块采用统一的前连接器,并具有用于灵活形成电压组的集成式电压桥接件,从而简化了库存,降低了接线成本
- S7-1500 安装导轨上集成有 DIN 导轨:
快速、方便地安装小型断路器、继电器等附加组件 - 通过信号模块进行集中扩展:
可根据任何应用的要求进行灵活调整 - 数字量信号模块的系统电缆连接:
可快速、清晰地进行安排,以连接至现场的传感器和执行器并在控制柜中进行简便接线 - 电源:
- 负载电源模块(电源模块)可为模块提供 24 V 电源
- 电源模块可通过背板总线向模块内部电路供电
- 分布式扩展:
- 通过 PROFINET 接口模块 IM 155-5,可针对 ET 200MP I/O 系统使用最多 30 个信号模块、通信模块和工艺模块
- 在集中和分布式运行的操作和系统功能方面没有差别
集成式系统诊断
- CPU 的集成系统诊断,默认情况下已激活:
- 在显示屏上以及 TIA Portal、HMI 和 Web 服务器中以普通文本形式一致地显示系统诊断信息,甚至可显示变频器消息。即使 CPU 处于停止状态,也会更新消息。
- 系统诊断功能集成在 CPU 固件中。无需由用户进行组态。组态发生改变时,会自动对诊断信息进行更新。
数据记录(归档)和配方
- SIMATIC 存储卡:
- 插入式装载存储器
- 可进行固件更新
- STEP 7 项目(包括注释和符号)、附加文档或 csv 文件(用于配方和归档)的存储选项
- 通过 SD 读卡器并使用 Office 工具,可方便地访问与设备相关的运行数据和组态数据(与控制器之间的双向数据交换)
- 集成 Web 服务器
- 通过 Web 浏览器,可方便地访问与设备相关的运行数据和组态数据
认证
在交付时,SIMATIC S7-1500 符合以下国家和国际标准:
- CE
- cULus
- C-TICK
- CFMus
- ATEX
- EN 61000-6-4
- EN 60068-2-1/ -2/ -6/ -14/ -27/ -30/ -32
- EN 61131-2;