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S7-400

大量功能可支持用戶對(duì) S7-400 進(jìn)行編程、調(diào)試和維護(hù)：

• 高速指令執(zhí)行。
• 用戶友好的參數(shù)分配
• 人機(jī)界面：
  S7-400 的操作系統(tǒng)中集成了用戶友好的 OCM 。
• 診斷功能和自檢：
  CPU 的智能診斷系統(tǒng)可連續(xù)檢查系統(tǒng)功能并記錄錯(cuò)誤和特定系統(tǒng)事件。
• 密碼保護(hù)。
• 模式選擇開(kāi)關(guān)
• 系統(tǒng)功能

SIMATIC S7-400 符合以下國(guó)內(nèi)和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)：

• CE 標(biāo)志
• UL
• CSA 或 cULus
• FM
• ATEX
• C-Tick、EMC 標(biāo)記，適用于澳大利亞和新西蘭
• IEC 61131-2
• 船級(jí)社的船用
  • ABS（美國(guó)船級(jí)社）
  • BV（法國(guó)船級(jí)社）
  • DNV（挪威船級(jí)社）
  • GL（德國(guó)勞氏船級(jí)社）
  • LRS（英國(guó)勞氏船級(jí)社）
  • Class NK（日本船級(jí)社）

有關(guān)詳細(xì)信息，請(qǐng)參見(jiàn)手冊(cè)《S7-400 自動(dòng)化系統(tǒng) S7-400 模塊技術(shù)規(guī)格》。

設(shè)計(jì)

S7-400 系統(tǒng)可方便地構(gòu)建為模塊化系統(tǒng)。S7-400 的突出特點(diǎn)是不帶風(fēng)扇，運(yùn)行可靠，支持信號(hào)模塊的熱插拔。

S7-400 設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔，使用靈活，操作極為方便：

• 模塊安裝十分簡(jiǎn)單。
• 背板總線集成在安裝機(jī)架中。
• 模塊更換簡(jiǎn)單，不會(huì)將模塊相互混淆
• 成熟可靠的連接技術(shù)
• TOP Connect 連接方式：
  通過(guò) 1 芯到 3 芯接頭和螺釘型或彈簧型端子進(jìn)行預(yù)接線。
• 規(guī)定的安裝深度：
  所有接頭和連接器都應(yīng)該嵌入到模塊內(nèi)并通過(guò)蓋板來(lái)保護(hù)。
• 最小限度的插槽規(guī)則

通信

CPU 和通信處理器支持以下通信類型：

• 過(guò)程通信；
  通過(guò)總線（AS-Interface、PROFIBUS DP 或 PROFINET）對(duì) I/O 模塊進(jìn)行循環(huán)尋址（交換過(guò)程映像）。從循環(huán)執(zhí)行級(jí)調(diào)用過(guò)程通信
• 數(shù)據(jù)通信；
  在自動(dòng)化系統(tǒng)之間或 HMI 與多個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)之間
  進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。數(shù)據(jù)通信可循環(huán)進(jìn)行，或在發(fā)生特定事件時(shí)通過(guò)塊從用戶程序調(diào)用。

數(shù)據(jù)通信

SIMATIC S7-400 擁有不同的數(shù)據(jù)通信機(jī)制：

• 通過(guò)全局?jǐn)?shù)據(jù)通信 (GD) 實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)的 CPU 之間的數(shù)據(jù)包循環(huán)交換。
• 通過(guò)通信功能進(jìn)行事件驅(qū)動(dòng)型通信。

通過(guò) MPI、PROFIBUS 或 PROFINET 實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接。

全局?jǐn)?shù)據(jù) (GD)

通過(guò) MPI 以及“全局?jǐn)?shù)據(jù)通信”，聯(lián)網(wǎng)的 CPU 可以相互循環(huán)交換數(shù)據(jù)（最多可達(dá) 16 個(gè) GD 數(shù)據(jù)包，每個(gè)循環(huán)的最大 GD 數(shù)據(jù)包大小為 64 字節(jié)）。例如，CPU 可以訪問(wèn)另一個(gè) CPU 的數(shù)據(jù)/位存儲(chǔ)器/過(guò)程映像。若網(wǎng)絡(luò)上連接有 S7-300，則數(shù)據(jù)交換限制為最大 22 字節(jié)。全局?jǐn)?shù)據(jù)通信可通過(guò) MPI 來(lái)實(shí)現(xiàn)�？墒褂� STEP 7 來(lái)執(zhí)行組態(tài)。在分段式 CR2 安裝機(jī)架中，兩個(gè) CPU 可以使用 GD 并通過(guò) C 總線通信。

通信功能

通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)集成的塊，可以建立與 S7/C7 伙伴之間的通信。

這些包括：

• 通過(guò) MPI 和 PROFIBUS S7 進(jìn)行的 S7 通信。
• 通過(guò) MPI、C 總線、PROFIBUS 和 PROFINET/工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行的 S7 通信。

通過(guò)可加載的塊，可以建立與 S5 通信伙伴和西門子設(shè)備之間的通信。

這些包括：

• 通過(guò) PROFIBUS 和工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行的 S5 兼容通信。
• 通過(guò) PROFIBUS 和工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行的標(biāo)準(zhǔn)通信（通過(guò) PROFIBUS/工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行的開(kāi)放式用戶通信）。

與全局?jǐn)?shù)據(jù)不同的是，必須建立通信連接才能實(shí)現(xiàn)通信功能。

集成到 IT 環(huán)境中

通過(guò) S7-400，可方便地將現(xiàn)代 IT 環(huán)境與自動(dòng)化環(huán)境鏈接。使用插入式 CP 443-1 Advanced，可以實(shí)現(xiàn)下列功能：

• 使用任何 HTML 工具創(chuàng)建自己的 Web 頁(yè)面。方便地將 S7-400 的過(guò)程變量分配給 HTML 對(duì)象。
• 使用標(biāo)準(zhǔn)瀏覽器并通過(guò)這些 Web 頁(yè)面監(jiān)控 S7-400。
• 通過(guò) FC 調(diào)用，從S7-400 的用戶程序發(fā)送電子郵件。
• 由于 TCP/IP 具有的 WAN 特性，可進(jìn)行遠(yuǎn)程編程，甚至可通過(guò)電話網(wǎng)（如ISDN）。

帶有 PROFINET 接口的 S7-400-H CPU 配有集成式 Web 器。因此，可以使用標(biāo)準(zhǔn) Web 瀏覽器讀出 S7-400 站的信息：

• CPU 常規(guī)信息
• 診斷緩沖區(qū)的內(nèi)容
• 變量表
• 變量狀態(tài)
• 模塊狀態(tài)
• 消息
• 有關(guān)工業(yè)以太網(wǎng)的信息
• OUC 連接診斷
• PROFINET 節(jié)點(diǎn)拓?fù)?
• 通過(guò)用戶定義的 Web 頁(yè)面顯示過(guò)程數(shù)據(jù)和用戶數(shù)據(jù)

可通過(guò)使用用戶權(quán)限并支持 HTTPS 協(xié)議在 Web 器內(nèi)提供安全機(jī)制。

等時(shí)同步模式

通過(guò)等時(shí)同步模式系統(tǒng)功能，可通過(guò)連接到等時(shí)同步 PROFIBUS 和 PROFINET 的循環(huán)，以實(shí)現(xiàn)：

• 分布式信號(hào)采集
• 信號(hào)傳輸
• 程序執(zhí)行

創(chuàng)建自動(dòng)化解決方案，以恒定間隔時(shí)間（恒定總線周期時(shí)間）來(lái)捕捉并處理輸入和輸出信號(hào)。同時(shí)創(chuàng)建一致的部分過(guò)程圖像。

借助于恒定總線周期時(shí)間和分布式 I/O 同步信號(hào)處理，S7-400 可確保精確重現(xiàn)定義的的過(guò)程響應(yīng)時(shí)間。

提供了大量支持等時(shí)同步模式系統(tǒng)功能的組件，可用來(lái)處理運(yùn)動(dòng)控制、測(cè)量值采集和高速控制等領(lǐng)域內(nèi)的要求苛刻的任務(wù)。

在分布式自動(dòng)化解決方案中，SIMATIC S7-400 還將開(kāi)辟高速處理操作的重要領(lǐng)用領(lǐng)域，并可實(shí)現(xiàn)最高精度和可重現(xiàn)性。這意味著可在提供最佳且恒定的質(zhì)量的同時(shí)提高產(chǎn)量。

在運(yùn)行模式下更改硬件組態(tài)（運(yùn)行時(shí)組態(tài)，CiR）

通過(guò) SIMATIC S7-400，在工廠運(yùn)轉(zhuǎn)期間可以實(shí)現(xiàn)硬件組態(tài)的更改，不會(huì)影響生產(chǎn)的進(jìn)行。選項(xiàng)包括：

• 增加分布式 I/O 節(jié)點(diǎn)（PROFIBUS DP 或 PA 從站）
• 在 ET 200M I/O 系統(tǒng)中增加模塊并重新設(shè)置參數(shù)。

CiR（即運(yùn)行時(shí)組態(tài)）功能可在設(shè)備運(yùn)行期間實(shí)現(xiàn)設(shè)備擴(kuò)展和轉(zhuǎn)換，從而降低設(shè)備調(diào)試和重新裝備的時(shí)間。此外，通過(guò)該系統(tǒng)功能，還可以靈活響應(yīng)工藝的變化（例如，工藝的），因?yàn)椴槐匾蛴布M態(tài)發(fā)生改變而將設(shè)備初始化或同步。

模塊的診斷和過(guò)程監(jiān)控

SIMATIC S7-400 的眾多輸入/輸出模塊具有智能功能：

• 監(jiān)控信號(hào)采集（診斷）
• 監(jiān)控來(lái)自過(guò)程的信號(hào)（硬件中斷）

診斷

智能診斷系統(tǒng)可用來(lái)確定模塊的信號(hào)采集（對(duì)于數(shù)字量模塊）或者模擬量處理（對(duì)于模擬量模塊）是否正常工作。在診斷分析中，必須區(qū)分可參數(shù)化和不可參數(shù)化的診斷消息：

• 可參數(shù)化的診斷消息：
  僅當(dāng)通過(guò)適當(dāng)參數(shù)設(shè)置啟用之后，才會(huì)發(fā)送診斷消息。
• 不可參數(shù)化的診斷消息：
  這些消息是自動(dòng)發(fā)送的，即與參數(shù)設(shè)置無(wú)關(guān)。

如果某個(gè)診斷消息處于激活狀態(tài)（例如，“無(wú)傳感器輸入”），則該模塊會(huì)觸發(fā)一個(gè)診斷中斷（如果已為該診斷消息設(shè)置了參數(shù)，則僅在相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置之后才會(huì)觸發(fā)中斷）。CPU 將中斷用戶程序或低優(yōu)先級(jí)任務(wù)的處理，并處理相關(guān)診斷中斷塊 (OB 82)。通過(guò)硬件中斷可以監(jiān)控過(guò)程信號(hào)，并且可以觸發(fā)對(duì)信號(hào)變化的響應(yīng)。

根據(jù)模塊類型的不同，提供了各種不同診斷消息：

硬件中斷

可以監(jiān)控過(guò)程信號(hào)，并且可通過(guò)過(guò)程中斷觸發(fā)對(duì)信號(hào)變化的響應(yīng)。

• 數(shù)字量輸入模塊：
  根據(jù)具體參數(shù)設(shè)置，該模塊可在信號(hào)狀態(tài)變化的上升沿、下降沿或上升沿和下降沿上為每個(gè)通道組觸發(fā)硬件中斷。CPU 中斷用戶程序或低優(yōu)先級(jí)任務(wù)的處理，并處理相關(guān)過(guò)程中斷塊（例如，OB 40）。信號(hào)模塊可以每個(gè)通道緩沖一個(gè)中斷。
• 模擬量輸入模塊：
  通過(guò)設(shè)置上限值和下限值，可以定義工作范圍。模塊將數(shù)字化測(cè)量值與這些限值進(jìn)行比較。若測(cè)量值違反其中任何一個(gè)限值，就會(huì)觸發(fā)硬件中斷。CPU 中斷用戶程序或低優(yōu)先級(jí)任務(wù)的處理，并處理相關(guān)過(guò)程中斷塊（例如，OB 40）。若限值高于/低于過(guò)量程/欠量程值，則不進(jìn)行進(jìn)行比較。

S7-400H

容錯(cuò)通信

進(jìn)行高可用性通信時(shí)，SIMATIC 將提供以下功能：

• 更高可用性：
  發(fā)生故障時(shí)，通信可通過(guò)最多 4 個(gè)冗余連接繼續(xù)進(jìn)行。
• 操作簡(jiǎn)便；
  高可用性對(duì)用戶來(lái)說(shuō)并不是透明的。可以并經(jīng)過(guò)任何改動(dòng)而采用標(biāo)準(zhǔn)通信的用戶程序。冗余功能僅在參數(shù)設(shè)置階段進(jìn)行定義。

S7-400H（冗余和非冗余配置）和 PC 目前支持容錯(cuò)通信。在 PC 上，需要安裝 Redconnect 程序包（參見(jiàn)“SIMATIC NET 通信系統(tǒng)”）。

根據(jù)具體可用性要求，可使用不同組態(tài)選項(xiàng)：

• 單一總線或冗余總線。
• 總線型拓?fù)浠颦h(huán)型拓?fù)淇偩�。

操作模式

CPU 417-5H/416-5H/414-5H/412-5H 的操作系統(tǒng)可自主執(zhí)行 S7-400H 的所有必要額外功能：

• 數(shù)據(jù)交換
• 故障響應(yīng)（故障轉(zhuǎn)移至備用設(shè)備）
• 兩個(gè)子單元的同步
• 自檢

冗余原理

S7-400H 按“熱備份”模式下的主動(dòng)冗余原理工作（發(fā)生故障時(shí)執(zhí)行無(wú)反應(yīng)的自動(dòng)切換）。根據(jù)該原理，在無(wú)故障運(yùn)行期間，兩個(gè)子單元都處于激活狀態(tài)。發(fā)生故障時(shí)，未發(fā)生故障的設(shè)備獨(dú)自接管過(guò)程控制。

為確保平穩(wěn)接管，必須通過(guò)中央控制器鏈路實(shí)現(xiàn)高速、可靠的數(shù)據(jù)交換。

在故障轉(zhuǎn)移期間，設(shè)備會(huì)自動(dòng)保留：

• 相同的用戶程序
• 相同的數(shù)據(jù)塊
• 相同的過(guò)程映像內(nèi)容
• 相同的內(nèi)部數(shù)據(jù)，如定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、位存儲(chǔ)器等

這意味著，這兩個(gè)設(shè)備始終保持在最新?tīng)顟B(tài)，并且可以在出現(xiàn)故障時(shí)獨(dú)立地繼續(xù)執(zhí)行控制。

采用冗余 I/O 操作時(shí)，這會(huì)帶來(lái)以下結(jié)果：

• 在無(wú)故障的運(yùn)行期間，兩個(gè)模塊均處于激活狀態(tài)，例如在采用冗余輸入時(shí)，將通過(guò)兩個(gè)模塊讀取共用傳感器（也可以是兩個(gè)傳感器）的信號(hào)，對(duì)結(jié)果進(jìn)行比較并提供給用戶以作為用于進(jìn)一步處理的統(tǒng)一值。采用冗余輸出時(shí)，由用戶程序計(jì)算的值通過(guò)兩個(gè)模塊進(jìn)行輸出。
• 發(fā)生故障時(shí)（例如，兩個(gè)輸入模塊之一出現(xiàn)故障），不再對(duì)有故障的模塊尋址，發(fā)生故障信號(hào)，僅未受影響的模塊繼續(xù)運(yùn)行。在線進(jìn)行修復(fù)之后，將再次對(duì)兩個(gè)模塊尋址。

同步

為了實(shí)現(xiàn)無(wú)反應(yīng)切換，需要對(duì)兩個(gè)子單元進(jìn)行同步。

S7-400H 遵循“時(shí)間驅(qū)動(dòng)的同步”工作原理。

每當(dāng)子單元中發(fā)生可能導(dǎo)致不同內(nèi)部狀態(tài)的事件時(shí)，都會(huì)執(zhí)行同步操作，例如在發(fā)生以下事件時(shí)：

• 直接訪問(wèn) I/O
• 中斷、報(bào)警
• 更新用戶時(shí)間
• 通過(guò)通信功能修改數(shù)據(jù)

同步是通過(guò)操作系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行的，可在編程階段將其忽略。

自檢

S7-400H 可執(zhí)行大量自檢。自檢涉及以下方面：

• 中央控制器的連接
• 中央處理單元
• 處理器/ASIC
• 存儲(chǔ)器

報(bào)告每個(gè)檢測(cè)到的故障。

啟動(dòng)時(shí)自檢

啟動(dòng)時(shí)，每個(gè)子單元都會(huì)完整執(zhí)行全部自檢功能。

循環(huán)操作期間的自檢

完整的自檢分布在多個(gè)循環(huán)中。每個(gè)循環(huán)僅執(zhí)行一小部分自檢，因此，實(shí)際控制器所承受的負(fù)荷不是很大。

組態(tài)、編程

S7-400H 的編程與 S7-400 類似。所有可用的 STEP 7 功能都可以使用。

對(duì) S7-400H 編程需要使用 STEP 7 V5.2。

I/O 模塊的組態(tài)

硬件組態(tài)時(shí)，用戶必須通過(guò) HW Config 指定相互形成冗余的模塊。只需指定要在冗余模式下運(yùn)行的模塊以及要作為“冗余伙伴”的第二個(gè)模塊。在用戶程序中，應(yīng)訪問(wèn)具有最低地址的模塊。第二個(gè)地址不向用戶顯示，并且含有冗余和非冗余 I/O 的控制部分的編程完全相同。與非冗余 I/O 之間的唯一差別是塊庫(kù)中的兩個(gè)函數(shù)塊（RED_IN 和 RED_OUT），需要在用戶程序的開(kāi)始處和結(jié)束處調(diào)用這兩個(gè)函數(shù)塊。

在 STEP 7 V5.3 或更高版本中，該庫(kù)已作為標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)集成到 STEP 7 中。

S7-400H

S7-400F/FH 滿足下列安全要求：

• 要求等級(jí) AK 1 至 AK 6，根據(jù) DIN V 19250/DIN V VDE 0801
• 安全要求等級(jí) SIL 1 至 SIL 3，根據(jù) IEC 61508
• Cat1 至 Cat4，根據(jù) EN 954-1

操作模式

S7-400F/FH 的安全功能包含在 CPU 的 F 程序中，并包含在故障安全信號(hào)模塊中。

信號(hào)模塊通過(guò)差異分析和測(cè)試信號(hào)注入來(lái)監(jiān)控輸出和輸入信號(hào)。

通過(guò)定期自檢、命令測(cè)試以及按時(shí)間順序執(zhí)行的邏輯程序執(zhí)行檢查，CPU 可檢查控制器的運(yùn)行是否正常。此外，通過(guò)狀態(tài)監(jiān)視 (sign-of-life) 請(qǐng)求，還可以檢查 I/O 狀況。

若在系統(tǒng)中診斷出故障，則將系統(tǒng)切換到安全狀態(tài)。

F-Runtime 許可證

必須將 F-Runtime 許可證加載到 CPU 上以運(yùn)行 S7-400F/FH。每個(gè) S7-400F/FH 都需要一份許可證。

編程

S7-400F/FH 的編程方式與其它 SIMATIC S7 系統(tǒng)的編程方式相同。非故障安全工廠部分的用戶程序可用成熟可靠的編程工具（如 STEP 7）來(lái)創(chuàng)建。

S7 F Systems 可選軟件包

編程安全相關(guān)的程序段時(shí)，需要使用可選軟件包“S7 F Systems”。該軟件中包括創(chuàng)建 F 程序所需的全部函數(shù)和塊。

對(duì)于包含安全功能的 F 程序，可使用 CFC 調(diào)用來(lái) F 庫(kù)中的專用函數(shù)塊并進(jìn)行互連。使用 CFC 可以簡(jiǎn)化工廠的組態(tài)和編程工作，由于工廠范圍內(nèi)具有統(tǒng)一的表示形式，也將簡(jiǎn)了驗(yàn)收測(cè)試。無(wú)需使用額外工具，程序員就可以完全專注于安全相關(guān)應(yīng)用程序。

西門子S7-200系列PLC數(shù)字量I/O擴(kuò)展模塊

常用的數(shù)字量輸入／輸出擴(kuò)展模塊有三類，即輸入擴(kuò)展模塊、輸出擴(kuò)展模塊、輸入/輸出擴(kuò)展模塊。S7-200系列PLC數(shù)字量I/O擴(kuò)展模塊如表1所列。

      表1 S7-200系列PLC數(shù)字量I/O擴(kuò)展模塊