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西門子PLC S7-400系列可編程控制器

西門子S7系列PLC的主要種類及應用軟件

德國西門子（SIEMENS）公司生產的可編程序控制器在我國的應用也相當廣泛，在冶金、化工、印刷生產線等領域都有應用。西門子（SIEMENS）公司的PLC產品包括LOGO，S7-200，S7-300，S7-400，工業(yè)網絡，HMI人機界面，工業(yè)軟件等。

西門子S7系列PLC體積小、速度快、標準化，具有網絡通信能力，功能更強，可靠性更高。S7系列PLC產品可分為微型PLC（如S7-200），小規(guī)模性能要求的PLC（如S7-300）和中、高性能要求的PLC（如S7-400）等。

1．SIMATIC S7-200 PLC

S7-200 PLC是超小型化的PLC，它適用于各行各業(yè)，各種場合中的自動檢測、監(jiān)測及控制等。S7-200 PLC的強大功能使其無論單機運行，或連成網絡都能實現(xiàn)復雜的控制功能。

    S7-200PLC可提供4個不同的基本型號與8種CPU可供選擇使用。

2．SIMATIC S7-300 PLC

    S7-300是模塊化小型PLC系統(tǒng)，能滿足中等性能要求的應用。各種單獨的模塊之間可進行廣泛組合構成不同要求的系統(tǒng)。與S7-200 PLC比較，S7-300 PLC采用模塊化結構，具備高速（0.6~0.1μs）的指令運算速度；用浮點數運算比較有效地實現(xiàn)了更為復雜的算術運算；一個帶標準用戶接口的軟件工具方便用戶給所有模塊進行參數賦值；方便的人機界面已經集成在S7-300操作系統(tǒng)內，人機對話的編程要求大大減少。SIMATIC人機界面（HMI）從S7-300中取得數據，S7-300按用戶指定的刷新速度傳送這些數據。S7-300操作系統(tǒng)自動地處理數據的傳送；CPU的智能化的診斷系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)的功能是否正常、記錄錯誤和特殊系統(tǒng)事件（例如：超時，模塊更換，等等）；多級口令保護可以使用戶高度、有效地保護其技術機密，防止未經允許的復制和修改；S7-300 PLC設有操作方式選擇開關，操作方式選擇開關像鑰匙一樣可以拔出，當鑰匙拔出時，就不能改變操作方式，這樣就可防止非法刪除或改寫用戶程序。具備強大的通信功能，S7-300 PLC可通過編程軟件Step 7的用戶界面提供通信組態(tài)功能，這使得組態(tài)非常容易、簡單。S7-300 PLC具有多種不同的通信接口，并通過多種通信處理器來連接AS-I總線接口和工業(yè)以太網總線系統(tǒng)；串行通信處理器用來連接點到點的通信系統(tǒng)；多點接口（MPI）集成在CPU中，用于同時連接編程器、PC機、人機界面系統(tǒng)及其他SIMATIC S7/M7/C7等自動化控制系統(tǒng)。

3． SIMATIC S7-400 PLC

S7-400 PLC是用于中、性能范圍的可編程序控制器。

S7-400 PLC采用模塊化無風扇的設計，可靠耐用，同時可以選用多種級別（功能逐步升級）的CPU，并配有多種通用功能的模板，這使用戶能根據需要組合成不同的專用系統(tǒng)。當控制系統(tǒng)規(guī)模擴大或升級時，只要適當地增加一些模板，便能使系統(tǒng)升級和充分滿足需要。

4． 工業(yè)通訊網絡

通訊網絡是自動化系統(tǒng)的支柱，西門子的全集成自動化網絡平臺提供了從控制級一直到現(xiàn)場級的一致性通訊，“SIMATIC NET”是全部網絡系列產品的總稱，他們能在工廠的不同部門，在不同的自動化站以及通過不同的級交換數據，有標準的接口并且相互之間完全兼容。

5． 人機界面（HMI）硬件

HMI硬件配合PLC使用，為用戶提供數據、圖形和事件顯示，主要有文本操作面板TD200（可顯示中文），OP3，OP7，OP17等；圖形/文本操作面板OP27，OP37等，觸摸屏操作面板TP7，TP27/37，TP170A/B等；SIMATIC面板型PC670等。個人計算機（PC）也可以作為HMI硬件使用。HMI硬件需要經過軟件（如ProTool）組態(tài)才能配合PLC使用。

6． SIMATIC S7工業(yè)軟件

西門子的工業(yè)軟件分為三個不同的種類：

（1）編程和工程工具  編程和工程工具包括所有基于PLC或PC用于編程、組態(tài)、模擬和維護等控制所需的工具。STEP 7標準軟件包SIMATIC S7是用于S7-300/400，C7 PLC和SIMATIC WinAC基于PC控制產品的組態(tài)編程和維護的項目管理工具，STEP 7-Micro/WIN是在Windows平臺上運行的S7-200系列PLC的編程、在線仿真軟件。

（2）基于PC的控制軟件  基于PC的控制系統(tǒng)WinAC允許使用個人計算機作為可編程序控制器（PLC）運行用戶的程序，運行在安裝了Windows NT4.0操作系統(tǒng)的SIMATIC工控機或其它任何商用機。WinAC提供兩種PLC，一種是軟件PLC，在用戶計算機上作為視窗任務運行。另一種是插槽PLC（在用戶計算機上安裝一個PC卡），它具有硬件PLC的全部功能。WinAC與SIMATIC S7系列處理器完全兼容，其編程采用統(tǒng)一的SIMATIC編程工具（如STEP 7），編制的程序既可運行在WinAC上，也可運行在S7系列處理器上。

（3）人機界面軟件  人機界面軟件為用戶自動化項目提供人機界面（HMI）或SCADA系統(tǒng)，支持大范圍的平臺。人機界面軟件有兩種，一種是應用于機器級的ProTool，另一種是應用于監(jiān)控級的WinCC。

ProTool適用于大部分HMI硬件的組態(tài)，從操作員面板到標準PC都可以用集成在STEP 7中的ProTool有效地完成組態(tài)。ProTool/lite用于文本顯示的組態(tài)，如：OP3，OP7，OP17，TD17等。ProTool/Pro用于組態(tài)標準PC和所有西門子HMI產品，ProTool/Pro不只是組態(tài)軟件，其運行版也用于Windows平臺的監(jiān)控系統(tǒng)。

WinCC是一個真正開放的，面向監(jiān)控與數據采集的SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）軟件，可在任何標準PC上運行。WinCC操作簡單，系統(tǒng)可靠性高，與STEP 7功能集成，可直接進入PLC的硬件故障系統(tǒng)，節(jié)省項目開發(fā)時間。它的設計適合于廣泛的應用，可以連接到已存在的自動化環(huán)境中，有大量的通信接口和全面的過程信息和數據處理能力，其新的WinCC5.0支持在辦公室通過IE瀏覽器動態(tài)監(jiān)控生產過程。

Overview

CBE30-2 通信板可用于為 SIMOTION D4x5-2 DP/PN 提供另一個 PROFINET 接口。

另一個 PROFINET 接口的應用如下：

• 兩個獨立網絡（例如，一個本地網絡和一個上層網絡）
• 地址空間可加倍為 2 × 4 KB
• 可連接的設備的大數量可加倍為 2 × 64
• 分離為高速和低速總線系統(tǒng)/執(zhí)行系統(tǒng)是為了高效利用控制器容量（僅適用于 SIMOTION D435-2 DP/PN、D445-2 DP/PN 和 D455-2 DP/PN）

CBE30-2 通信板具備以下功能：

• PROFINET IO 控制器、智能設備（也可同時支持控制器和設備）
• 100 Mbps 全雙工/自動交叉
• 支持 PROFINET IO 的實時類別：
  • RT（實時）
  • IRT（等時同步實時）
• 將分布式 I/O 作為 PROFINET IO 設備集成
• 按照 V4 規(guī)范，通過 PROFIdrive 將各變頻器作為 PROFINET IO 設備集成
• 支持標準以太網通信，例如
  • 與 SIMOTION SCOUT 接口
  • 連接 HMI 系統(tǒng)
  • 通過 TCP/IP 或 UDP 通信與任何其它設備通信
• 集成式 4 端口交換機，帶 4 個 RJ45 接口。因此，無需附加交換機即可組態(tài)佳拓撲（總線型、星型、樹型）。
• 支持介質冗余 (MRP/MRPD)。

CBE30-2 通信板插在 SIMOTION D4x5-2 DP/PN 的選件插槽中。

注意

CBE30-2 通信板只能與 SIMOTION D4x5-2 DP/PN 控制單元結合使用。

該通信板與 SIMOTION D425、D435、D445-1 和 D4x5-2 DP 不兼容。

CP 443-1 Advanced 是用于連接 SIMATIC S7-400 到工業(yè)以太網的通訊處理器。

由于其自身備有處理器，從而解除了 CPU 的通訊任務并有助于另加連接。

通過 CP 443-1 Advanced，SIMATIC S7-400 可與以下設備進行通訊：

• 編程器/PC
• 主機 PC
• HMI 設備
• SIMATIC S5/S7/C7 系統(tǒng)
• PROFINET CBA 部件
• PROFINET IO 設備

PROFINET CBA 用于創(chuàng)建可反復使用的技術功能模板。

注：
提供有經過升級的CP 443-1 Advanced（6GK7 443-1EX41-0XE0）。

并支持新型 SIMATIC S7 400 CPU 的增強型 PROFINET IO 接口。 已對此接口進行調整，以滿足當前及將來對 PROFINET I/O 控制器的各種要求。

CP 443-1 Advanced訂貨號：6GK7443-1EX41-0XE0，其所有功能均可與固件版本 V5.0 內的 SIMATIC S7-400 CPU 結合使用。

為了充分利用標準、CBA 和 IT 功能，此 CP 可以用在固件版本 V4.x 以內的 SIMATIC S7-400 CPU 上，在此情況下，不能將其用作 PN IO 控制器。

詳細信息可瀏覽網址：

CP 443-1 Advanced 提供了 SIMATIC S7-400 系統(tǒng)設計的全部優(yōu)點：

• 堅固的塑料外殼前面板，包括：
  • 4 個 RJ45 接口，用于連接到工業(yè)以太網
  • 用于每個交換機端口的診斷 LED
• 通過 IE FC RJ45 插頭 180°（帶 180°電纜引出線）或通過標準插線電纜連接
• 安裝簡單；
  CP 443-1 Advanced 安裝在 S7-400 子機架上，并經過背板總線連接到其它模板。
• CP 443-1 Advanced 可以不用風扇運行。
• 與 IM 460/461 一起，CP 443-1 Advanced 也可用于擴展機架（ER）內。
• 不需編程器即可更換模板。
• C-PLUG（組態(tài)插頭）作為交換介質包含在供貨范圍內（不能無 C-PLUG 運行）。

• 兩個獨立的接口（集成的網絡分離）：
  • 千兆以太網接口，帶有一個 RJ45 端口，10/100/1000 Mbps 全雙工/半雙工，具有自動檢測功能
  • PROFINET 接口，帶有 4 個 10/100 Mbps 全雙工/半雙工 RJ45 端口，帶自動檢測和自動交叉功能（通過集成式 4 端口交換機）
• 通過兩個接口提供通信：
  • 開放式通信（TCP/IP 和 UDP）：
    使用 UDP 實現(xiàn)多點傳送，包括兩個接口之間的路由
  • 編程器/OP 通信：通過 S7 路由實現(xiàn)網絡間通信
  • S7 通訊（客戶端、器、多路復用），包括兩個接口之間的路由
  • S7-400 H 系統(tǒng)的 S7 H 通信，現(xiàn)在還可以跨越網絡邊界 (ISO-on-TCP)
  • IT 通信：
    HTTP 通訊允許通過用戶自己的 web 頁面訪問過程數據；采用 CP 443-1 Advanced 也可以進行 HTTPS 通信¹⁾。
    采用電子郵件客戶端功能，可以直接從用戶程序發(fā)送電子郵件。
    FTP 通訊支持程序控制的 FTP 客戶端通信。
    通過 FTP 器訪問數據塊。
• 通過 PROFINET 接口進行通訊：
  • 經認證的 PROFINET IO 控制器，具有實時性能（RT 和 IRT）
  • PROFINET CBA
  • 通過 DHCP、簡單 PC 工具或通過用戶程序（如用于 HMI）進行 IP 地址分配
• 介質冗余 (MRP)：
  • 在采用環(huán)形拓撲結構的以太網網內，CP 支持 MRP 介質冗余程序。它用作 MRP 管理器和 MRP 客戶端。
• 診斷和網絡管理：
  • 豐富的診斷功能，可用于機架中的所有模板（包括圖形診斷，例如，拓撲結構）
  • 支持 SNMP V1/V3，可集成到網絡管理系統(tǒng)中
• 安全機制：
  • 通過可組態(tài)的 IP 訪問列表進行訪問保護
  • 防火墻用于基于其 IP/端口地址來過濾連接
  • 通過限制帶寬，可避免通信過載
  • VPN 器和 VPN 客戶端，用于以防的方式訪問控制器
  • 通過 SSL (HTTPS) 加密 HTML 頁
  • 安全文件傳輸（FTPs）
  • 可以防的方式將網絡分析信息傳輸到網絡管理系統(tǒng) (SNMP)
  • 專用和公共 IP 地址間的轉換 (NAT/NAPT)
  • 時間的安全傳輸 (NTP V3)
  • 安全固件更新
  • 剽竊檢測

數據在存儲器中存取的方式

1．位、字節(jié)、字和雙字

二進制數的1位（bit）只有0和1兩種不同的取值，可用來表示開關量（或稱數字量）的兩種不同的狀態(tài)，如觸點的斷開和接通，線圈的通電和斷電等。如果該位為1，則表示梯形圖中對應的編程元件的線圈“得電”，其常開觸點閉合、常閉觸點斷開，以后稱該編程元件為1狀態(tài)，或稱該編程元件ON。反之亦反。

8位二進制數組成1個字節(jié)（Byte），其中的第0位為低位（LSB），第7位為高位（MSB）。兩個字節(jié)組成1個字（Word），兩個字組成1個雙字。

2．數據的存取方式

（1）“位”存取方式：位存儲單元的地址由字節(jié)地址和位地址組成，如I3.2，其中的區(qū)域標識符“I”表示輸入（Input），字節(jié)地址為3，位地址為2。如圖：

這種存取方式稱為“字節(jié)·位”尋址方式。

（2）“字節(jié)”存取方式：輸入字節(jié)IB3（Byte）由I3.0~I3.7這8位組成。

（3）“字”存取方式：相鄰的兩個字節(jié)組成一個字，一個字中的兩個字節(jié)的地址必須連續(xù)，且低位字節(jié)在一個字中應該是高8位，高位字節(jié)在一個字中應該是低8位。IW14表示由IB14和IB15組成的1個字，IW14中的I為區(qū)域標識符，W表示字（Word），14為起始字節(jié)的地址。IW14中的IB14應該是高8位，IB15應該是低8位。

（4）“雙字”存取方式：相鄰的四個字節(jié)表示一個雙字，四個字節(jié)的地址必須連續(xù)。低位字節(jié)在一個雙字中應該是高8位。ID12表示由IB12~IB15組成的雙字，I為區(qū)域標識符，D表示存取雙字（Double Word），12為起始字節(jié)的地址。ID12中的IB12應該是高8位，IB15應該是低8位。

• 用于簡單、方便地連接傳感器和執(zhí)行器
• 當更換模塊時可保留接線
• 更換模塊時通過編碼避免發(fā)生模塊類型錯誤

SIMATIC S7 I/O 模塊與傳感器/執(zhí)行器之間的接線是關系成本高低、配置、控制柜加工、購置和維修方便性的關鍵因素。

通過 SIMATIC TOP connect 系統(tǒng)電纜連接技術，可簡便而快速地建立 SIMATIC S7-300/400 的可靠連接。

使用 TIA Selection Tool，只需點擊鼠標，即可組態(tài)從 SIMATIC S7 模塊到 I/O 的連接。程序會自動檢查合理性，并生成所選連接組件的部件列表，隨后就可以在西門子工業(yè)產品網上商城中進行訂購。

兩種布線形式可用于十分廣泛的控制柜設計：

模塊化連接

單獨插入每個組件。

該系統(tǒng)包括：

• 前連接器模塊
• 連接電纜
• 連接模塊，分為以下三種：基本模塊、信號模塊、功能模塊。

從而可以幾乎排除連接錯誤，并將安裝費用降到低�？上到y(tǒng)性地連接 SIMATIC 系統(tǒng)。電纜按米銷售，并且電纜經過預組裝或者可方便地進行組裝，從而顯著降低連接電纜的組裝開銷。

完全模塊化連接設計（以 16 通道為例）

柔性連接

包括：

• 前連接器采用螺釘式或壓接式觸點
• 單芯前連接器
• 單芯線符合 UL/CSA 標準。

藍色單芯線上有編號，分別連接到控制柜內的各個元件上。單芯線上的編號與前連接器的針腳編號對應。

與常規(guī)單一布線方式相比，組裝成本節(jié)約 50%，因為固定各個線芯時，已在接頭上對它們進行過檢查。

因此，無需對每個模塊多達兩倍的 46 個線芯進行復雜的預組裝。

MicroMaster430變頻器

MicroMaster430變頻器是全新一代標準變頻器中的風機和泵類變轉矩負載專家。功率范圍7.5kW至250kW。它按照專用要求設計，并使用內部功能互聯(lián)（BiCo）技術，具有高度可靠性和靈活性�？刂栖浖梢詫崿F(xiàn)專用功能：多泵切換、手動/自動切換、旁路功能、斷帶及缺水檢測、節(jié)能運行方式等。 
西門子MicroMaster430變頻器主要特征： 
380V-480V±10%，三相，交流，7.5kW-250kW； 
風機和泵類變轉矩負載專用； 
牢固的EMC（電磁兼容性）設計； 
控制信號的快速響應；
控制功能： 
線性v/f控制，并帶有增強電機動態(tài)響應和控制特性的磁通電流控制（FCC），多點 v/f控制； 
內置PID控制器； 
快速電流限制，防止運行中不應有的跳閘； 
數字量輸入6個，模擬量輸入2個，模擬量輸出2個，繼電器輸出3個； 
具有15個固定頻率，4個跳轉頻率，可編程； 
采用BiCo技術，實現(xiàn)I/O端口自由連接； 
集成RS485通訊接口，可選PROFIBUS-DP通訊模塊； 
靈活的斜坡函數發(fā)生器，可選平滑功能； 
三組參數切換功能：電機數據切換，命令數據切換； 
風機和泵類專用功能： 
多泵切換 ；
旁路功能 ；
手動/自動切換； 
斷帶及缺水檢測 ；
節(jié)能方式；
保護功能： 
過載能力為140％額定負載電流，持續(xù)時間3秒和110％額定負載電流，持續(xù)時間60秒; 
過電壓、欠電壓保護； 
變頻器過溫保護； 
接地故障保護，短路保護； 
I2t電動機過熱保護； 
PTC Y電機保護。 
MM420變頻器