S7-400 是 SIMATIC 控制器家族中功能最為強(qiáng)大的 PLC。它可以成功實(shí)現(xiàn)全集成自動化 (TIA) 解決方案。S7-400 是一個用于制造業(yè)和過程工業(yè)系統(tǒng)解決方案的自動化平臺，其主要特點(diǎn)是具有模塊化的結(jié)構(gòu)并擁有性能儲備。

S7-400

· 中端到高端性能范圍內(nèi)功能強(qiáng)大的 PLC

· 可滿足要求極為苛刻的任務(wù)的解決方案

· 全面的模塊和各種性能等級 CPU 可針對具體自動化任務(wù)進(jìn)行最佳調(diào)整

· 可實(shí)現(xiàn)分布式結(jié)構(gòu)，適用十分靈活

· 連接方便

· 最優(yōu)通信和聯(lián)網(wǎng)功能

· 操作方便，設(shè)計(jì)簡單，不含風(fēng)扇

· 任務(wù)增加時可順利擴(kuò)展

· 多重計(jì)算：
多個 CPU 在一個 S7-400 中央控制器中同時運(yùn)行。
多重計(jì)算功能可對 S7-400 的總體性能進(jìn)行分配。例如，可將復(fù)雜的技術(shù)任務(wù)（如開環(huán)控制、計(jì)算或通信）進(jìn)行拆分并分配給不同的 CPU。可以為每個 CPU 分配自己的 I/O。

· 模塊化：
通過功能強(qiáng)大的 S7-400 背板總線和可直接連接到 CPU 的通信接口，可實(shí)現(xiàn)許多大量通信線路的高性能操作。例如，這樣可以擁有一條用于 HMI 和編程任務(wù)的通信線路、一條用于高性能等距運(yùn)動控制組件的通信線路和一條“正常”I/O 現(xiàn)場總線。另外，還可以實(shí)現(xiàn)額外需要的與 MES/ERP 系統(tǒng)或 Internet 的連接。

· 工程組態(tài)和診斷：
結(jié)合使用 SIMATIC 工程組態(tài)工具，可極為高效地對 S7-400 進(jìn)行組態(tài)和編程，尤其對于采用高性能工程組件的廣泛自動化任務(wù)。為此，可以使用高級語言（如 SCL）以及用于順序控制、狀態(tài)圖和工藝圖的圖形化組態(tài)工具。

 

S7-400H

· 具有冗余設(shè)計(jì)的高可用性自動化系統(tǒng)。

· 用于具有很高故障安全要求的應(yīng)用：
重新啟動成本很高、停產(chǎn)代價高昂、幾乎不需要監(jiān)視且維護(hù)選項(xiàng)較少的過程。

· 冗余設(shè)計(jì)的集中功能

· 提高 I/O 的可用性：切換式 I/O 配置

· 也可使用具有標(biāo)準(zhǔn)可用性的 I/O：單側(cè)配置

· 熱后備：發(fā)生故障時，自動切換到備用設(shè)備。

· 包含 2 個單獨(dú)機(jī)架或一個分隔式中央機(jī)架的配置

· 通過冗余 PROFIBUS DP 或系統(tǒng)冗余 PROFINET I/O 來連接切換式 I/O。

S7-400F/FH

· 故障安全型自動化系統(tǒng)，適用于具有很高安全要求的工廠

· 符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的安全要求（IEC 61508 的 SIL 3、DIN V 19250 的 AK6 以及EN 954-1 的 Cat.4）

· 如果需要，也可通過冗余設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)容錯

· 不對安全相關(guān) I/O 進(jìn)行額外接線

· 通過采用 PROFIsafe 行規(guī)的 PROFIBUS DP 實(shí)現(xiàn)安全通信

· 基于帶有故障安全模塊的 S7-400H 和分布式 ET 200 I/O

· 適用于非安全相關(guān)應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)模塊也可以在自動化系統(tǒng)中使用

· 隔離模塊用于在一個 ET 200M 的安全模式下組合使用故障安全模塊和標(biāo)準(zhǔn)模塊。

Area of application

S7-400

SIMATIC S7-400 是中端到高端性能范圍內(nèi)功能強(qiáng)大的 PLC。

SIMATIC S7-400 具有模塊化、無風(fēng)扇設(shè)計(jì)和較高擴(kuò)展能力，并具有全面的通信和網(wǎng)絡(luò)功能，可以簡便實(shí)現(xiàn)分布式結(jié)構(gòu)，用戶操作十分方便，因此成為中端到高端性能范圍內(nèi)要求極為苛刻的任務(wù)的理想解決方案。

SIMATIC S7-400 的應(yīng)用領(lǐng)域包括：

· 汽車工業(yè)，如裝配線

· 機(jī)械設(shè)備制造，包括專用機(jī)械設(shè)備制造

· 倉儲技術(shù)

· 鋼鐵工業(yè)

· 樓宇管理系統(tǒng)

· 發(fā)電和配電

· 造紙和印刷領(lǐng)域

· 木材加工

· 食品和飲料領(lǐng)域

· 過程工程，如水務(wù)和污水處理

· 化工和石化領(lǐng)域

· 儀表和控制

· 包裝機(jī)械

· 制藥工業(yè)

由于具有多種性能等級的 CPU，并有具備大量用戶友好的功能的廣泛模塊，用戶可以根據(jù)具體情況執(zhí)行其自動化任務(wù)。

任務(wù)擴(kuò)展時，可通過附加模塊隨時對控制器進(jìn)行擴(kuò)展，成本不會很高。

SIMATIC S7-400 是一種通用控制器：

· 具有很高電磁兼容性以及抗沖擊性和抗振性，因此擁有極高的工業(yè)適用性。

· 可以帶電連接和斷開各模塊。

S7-400H

在自動化技術(shù)的許多領(lǐng)域中，對自動化系統(tǒng)的可用性（從而故障安全性）的需求在不斷提高。在許多領(lǐng)域中，設(shè)備停機(jī)會產(chǎn)生極高的成本。此時，只有冗余系統(tǒng)才能滿足可用性要求。

容錯型 SIMATIC S7-400H 即能滿足這些要求。即使在一個或多個故障導(dǎo)致控制器的部件出現(xiàn)故障時，也能繼續(xù)運(yùn)行。通過以這種方式實(shí)現(xiàn)的可用性讓 SIMATIC S7-400H 尤其適用于以下應(yīng)用領(lǐng)域：

· 控制器發(fā)生故障后重啟會產(chǎn)生很高費(fèi)用的過程（通常在過程工業(yè)中）。

· 停產(chǎn)的代價十分高昂的過程。

· 涉及貴重材料的過程（例如在制藥工業(yè)中）。

· 無人監(jiān)視的應(yīng)用

· 涉及較少維護(hù)人員的應(yīng)用

訂貨數(shù)據(jù)

關(guān)于 S7-400H 組件的訂貨數(shù)據(jù)，請參見在“S7-400/S7-400H/S7-400F/FH”下的相應(yīng)模塊。

S7-400F/FH

SIMATIC S7-400F/FH 故障安全自動化系統(tǒng)可在安全要求較高的工廠中使用。它可對立即停機(jī)不會給人員或環(huán)境帶來危險的過程進(jìn)行控制。S7-400F/FH 具有兩種基本設(shè)計(jì)：

· S7-400F：
故障安全自動化系統(tǒng)。在控制系統(tǒng)中發(fā)生故障的情況下，生產(chǎn)過程會切換到安全狀態(tài)并中斷。

· S7-400FH：
故障安全和高可用性自動化系統(tǒng)。在控制系統(tǒng)中發(fā)生故障的情況下，冗余控制部分將發(fā)揮作用，繼續(xù)控制生產(chǎn)過程。

通過另外使用標(biāo)準(zhǔn)模塊，可以建立一個全集成控制系統(tǒng)，可在非安全相關(guān)和安全相關(guān)任務(wù)共存的工廠環(huán)境中使用。可以使用相同的標(biāo)準(zhǔn)工具對整個工廠進(jìn)行組態(tài)和編程。

 

Design

SIMATIC S7-400 有多個型號：

· S7-400：
中、高端性能的功能強(qiáng)大的 PLC，具有模塊化結(jié)構(gòu)和免風(fēng)扇的設(shè)計(jì)。

· S7-400H：
采用冗余設(shè)計(jì)的容錯自動化系統(tǒng)，適用于故障安全型應(yīng)用。

· S7-400F/FH：
采用冗余設(shè)計(jì)的故障安全自動化系統(tǒng)，也具備高可用性。

S7-400

S7-400 自動化系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)。它擁有豐富的模塊，這些模塊可進(jìn)行各種組合。

系統(tǒng)包含下列組件：

· 電源模塊 (PS)：
用于將 SIMATIC S7-400 連接到 120/230 V AC 或 24 V DC 電源電壓。

· CPU：
配有集成 PROFIBUS DP 接口的不同 CPU 具有不同性能范圍。根據(jù)具體型號，這些 CPU 也可以帶有集成 PROFINET 接口。使用 PROFIBUS接口，最多可以連接 125 個PROFIBUS DP 從站。可以將最多 256 個 PROFINET IO 設(shè)備連接到 PROFINET 接口。SIMATIC S7-400 的所有 CPU 均可處理極大型的配置。此外，在一個中央控制器中的多重計(jì)算模式下，多個 CPU 可以協(xié)同工作以提高性能。這些 CPU 處理速度快且具有確定性響應(yīng)時間，可實(shí)現(xiàn)較短機(jī)器循環(huán)時間。

· 用于數(shù)字量 (DI/DO) 和模擬量 (AI/AO) 輸入/輸出的信號模塊 (SM)

· 通信處理器 (CP)，例如，用于總線連接和端到點(diǎn)連接

· 功能模塊 (FM)：
用于完成計(jì)數(shù)、定位和凸輪控制等要求苛刻的任務(wù)的專業(yè)模塊。

根據(jù)具體要求，也可使用下列模塊：

· 接口模塊 (IM)：
用于連接中央控制器和擴(kuò)展單元。SIMATIC S7-400 的中央控制器可帶有最多 21 個擴(kuò)展單元運(yùn)行。

· SIMATIC S5 模塊：
在相關(guān) SIMATIC S5 擴(kuò)展單元中，可以尋址 SIMATIC S5-115U/-135U/-155U 的所有輸入/輸出模塊。此外，在 S5 EU 或者直接在 CC 中（使用適配器）都可以使用 SIMATIC S5 的特定 IP 和 WF 模塊。

擴(kuò)展

若用戶需要在應(yīng)用中使用一個以上中央控制器時，則可以對 S7-400 進(jìn)行擴(kuò)展：

· 最多 21 個擴(kuò)展單元：
可將最多 21 個擴(kuò)展單元 (EU) 連接到中央控制器 (CC)。

· 接口模塊 (IM) 的連接：
通過發(fā)送和接收 IM 來連接 CC 和 EU。發(fā)送 IM 插到 CC 中，相關(guān)的接收 IM 插到下游 EU 中可將最多 6 個發(fā)送 IM 插到 CC 中（其中最多 2 個帶 5-V 電源），并可將最多 1 個 IM 插到 EU 中。每個發(fā)送 IM 均有 2 個接口，每個接口用于連接 1 條線路。可將最多 4 個 EU（不帶 5-V 電源）或 1 個 EU（帶 5-V 電源）連接到發(fā)送 IM 的每個接口。

· 電源模塊的固定插槽：
必須始終將電源模塊插在 CC 和 EU 中的最左側(cè)。

· 通過 C 總線進(jìn)行的數(shù)據(jù)交換受限制：
通過 C 總線進(jìn)行的數(shù)據(jù)交換只能在 CC 和 6 個 EU（EU 1 至 EU 6）之間進(jìn)行。

· 集中擴(kuò)展：
建議用于小型配置和機(jī)器上的控制柜。也可以提供 5-V 電源。

o CC 和最后一個 EU 之間的最大線路距離：1.5 m（帶 5 V 電源）、3 m（不帶 5 V 電源）。

· 通過 EU 進(jìn)行分布式擴(kuò)展：
建議在面積很大工廠內(nèi)采用，其中，多個 EU 位于各個位置。可以使用 S7-400 EU 或 SIMATIC S5 EU。

o CC 和最后一個 EU 之間的最大線路距離：對于 S7 EU，約 100 m；對于 S5 EU 約 600 m。

· 注意 將 S5 擴(kuò)展單元分布式連接到：
IM 463-2 可在 S7-400 的 CC 中使用，IM 314 在 S5 EU 中使用。可將以下S5 EU 連接到 S7-400：

o EG 183U

o EG 185U

o EG 186U

o ER 701-2

o ER 701-3

連接類型	最大（總）電纜長度
本地鏈路，具有 5-V 電源，通過 IM 460-1 和 IM 461-1 實(shí)現(xiàn)	1.5 m
本地鏈路，無 5-V 電源，通過 IM 460-0 和 IM 461-0 實(shí)現(xiàn)	5 m
遠(yuǎn)程鏈路，通過 IM 460-3 和 IM 461-3 實(shí)現(xiàn)	102.25 m
遠(yuǎn)程鏈路，通過 IM 460-4 和 IM 461-4 實(shí)現(xiàn)	605 m

· ET 200 的分布式擴(kuò)展：
建議用于面積很大的工廠。通過 CPU 的 PROFIBUS DP 接口，可以連接含有最多 125 個總線節(jié)點(diǎn)的總線。CC 與總線上最后一個節(jié)點(diǎn)之間的最大距離：23 km（使用光纜）。

S7-400 通信

SIMATIC S7-400 具有不同的通信選項(xiàng)：

· 組合了多點(diǎn)接口和 DP 主站，集成在所有CPU 中：
用于同時連接編程器/PC、HMI 系統(tǒng)、S7-200 和 S7-300 系統(tǒng)以及其它 S7-400 系統(tǒng)。

· 附加 PROFIBUS DP 接口，集成在多個 CPU 中，用于經(jīng)濟(jì)實(shí)用連接分布式 I/O 系統(tǒng)（例如，ET 200）。

· PROFINET CPU 上的集成式 PROFINET 接口，用于連接到分布式 I/O 系統(tǒng)或與其它控制器和 PC 系統(tǒng)通信。

· 通信處理器，用于連接到 PROFIBUS 總線系統(tǒng)和工業(yè)以太網(wǎng)。

· 通信處理器，用于功能強(qiáng)大的點(diǎn)到點(diǎn)連接。

通過 PROFIBUS DP 進(jìn)行過程通信

通過 S7-400-CPU 的集成式 PROFIBUS DP接口（可選），可將 SIMATIC S7-400 作為主站連接到 PROFIBUS DP。

以下設(shè)備均可作為 PROFIBUS DP 上的主站進(jìn)行連接：

· SIMATIC S7-400（CPU、CP 443-5）

· SIMATIC S7-300 （CPU、CP 342-5 DP 或 CP 343-5）

· SIMATIC C7（通過配有 PROFIBUS DP 接口的 C7，或通過 PROFIBUS DP CP）

雖然配有 STEP 7 的編程器/PC 或 OP 是總線上的主站，但它們僅使用也部分通過PROFIBUS DP 運(yùn)行的 PG 和 OP 功能。

以下設(shè)備可作為從站連接：

· 分布式 I/O 設(shè)備，例如ET 200

· 現(xiàn)場設(shè)備

· SIMATIC S7-200、S7-300

· C7-633/P DP、C7-633 DP、C7-634/P DP、C7-634 DP、C7-626 DP

· SIMATIC S7-400（僅通過 CP 443-5）

通過多點(diǎn)接口 (MPI) 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信

多點(diǎn)接口 (MPI) 是集成在 SIMATIC S7-400的 CPU 中的通信接口。

它用于：

· 編程和參數(shù)設(shè)置

· HMI

· 建立涉及對等通信伙伴的簡單網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/span>

· 可選擇的連接選項(xiàng)：
MPI 可以實(shí)現(xiàn)最多 32 個節(jié)點(diǎn)的同時連接：

o 編程器/PC

o HMI 系統(tǒng)

o S7-200（作為從站）

o S7-300

o S7-400

o C7

· 內(nèi)部通信總線（C 總線）；
通過 S7-400 的 C 總線以及 CPU 的 MPI 或 DP 接口，可以尋址帶有 C 總線接口的通信處理器和功能模塊。這樣就可以從編程器直接訪問 C 總線上連接的模塊。通過接口模塊，可將最多 6 個擴(kuò)展單元連接到 C 總線。

· MPI 的性能數(shù)據(jù)：

o 最多 32 個 MPI 節(jié)點(diǎn)

o 數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá) 12 Mbps

· 靈活的安裝選件：
使用性能可靠的組件建立 MPI 通信：PROFIBUS 和“分布式 I/O”產(chǎn)品系列中的總線電纜、總線連接器和 RS 485 中繼器 (12 Mbps)。
可通過組件實(shí)現(xiàn)最佳調(diào)整以滿足具體要求。例如，任意兩個 MPI 節(jié)點(diǎn)之間最多可以串入 9 個中繼器以連接更大距離。

· DP 主站：
也可將 S7-400 的 MPI 配置為 DP 主站。隨后可以連接最多 32 個最大傳輸速率為 12 Mbps 的 DP 從站。從而保留編程功能和人機(jī)界面功能。

通過 CP 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信（點(diǎn)到點(diǎn)）

通過 CP 441 通信處理器，可以實(shí)現(xiàn)功能強(qiáng)大的點(diǎn)到點(diǎn)連接。

· 可連接各種設(shè)備，例如：

o PC

o SIMATIC S5/S7

o 工業(yè) PC

o 其它廠商的 PLC

o 掃描儀、條形碼閱讀器、識別系統(tǒng)

o 機(jī)械手控制裝置

o 打印機(jī)

· 可變接口：
通過可更換的接口模塊，可以使用不同傳輸介質(zhì)進(jìn)行通信：

o 20 mA (TTY)

o RS 232C (V.24)

o RS 422/485

通過 CP（PROFIBUS 或工業(yè)以太網(wǎng)）實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信

通過 CP 443-x 通信處理器，可以將 SIMATIC S7-400 連接至 PROFIBUS 和工業(yè)以太網(wǎng)總線系統(tǒng)。

例如包括：

· SIMATIC S7-200（通過 PROFIBUS）

· SIMATIC S7-300

· SIMATIC S7-400

· SIMATIC S5-115U/H、S5-135U、S5-155U/H

· 編程設(shè)備

· PC

· SIMATIC HMI 人機(jī)界面系統(tǒng)

· 數(shù)控裝置

· 機(jī)械手控制裝置

· 工業(yè) PC

· 驅(qū)動控制裝置

· 其它廠商的設(shè)備

S7-400H

SIMATIC S7-400H 包括以下組件：

· 2 個中央控制器：
2 個單獨(dú)的 UR1/UR2 中央控制器，或一個分隔式中央控制器 (UR2-H) 上的 2 個區(qū)域。

· 每個中央控制器有兩個同步模塊，用于通過光纜連接兩個設(shè)備。

· 每個中央控制器 1 個 CPU 412-5H、1 個 CPU 414-5H、1 個 CPU 416-5H 或 1 個 CPU 417-5H。

· 中央控制器中具有 S7-400 I/O 模塊。

· UR1/UR2/ER1/ER2 擴(kuò)展單元和/或帶有 I/O 模塊的 ET 200M 分布式 I/O 設(shè)備。

中央功能采用冗余設(shè)計(jì)。可將 I/O 組態(tài)為常規(guī)可用性型和切換型。

通常可用的 I/O（單側(cè)配置）

在單側(cè)配置中，I/O 模塊具有單通道設(shè)計(jì)，僅由兩個中央控制器中的一個來尋址。單側(cè) I/O 模塊可插到中央控制器和/或擴(kuò)展單元/分布式 I/O 設(shè)備中。

在 I/O 尋址設(shè)備工作正常的情況下，從單側(cè)讀入的信息始終提供給兩個中央控制器。發(fā)生故障時，受影響的中央控制器的 I/O 模塊將停止工作。

單側(cè)配置用于：

· 不需要很高可用性的工廠部分。

· 連接基于用戶程序的冗余I/O。此時，必須對系統(tǒng)進(jìn)行對稱設(shè)置。

高可用性（切換式配置）

在切換式配置中，I/O 模塊采用單通道設(shè)計(jì)，但它們將由兩個中央控制器通過冗余 PROFIBUS DP 來尋址。在切換式配置中運(yùn)行的 I/O 模塊只能插到 ET 200M 分布式 I/O 設(shè)備中。

通過 PROFIBUS DP 連接到中央控制器。

I/O 冗余

冗余 I/O 模塊以冗余方式成對配置。使用冗余 I/O 可以實(shí)現(xiàn)最高程度的可用性，因?yàn)橥ㄟ^這種方式，可以承受 CPU、PROFIBUS 或信號模塊出現(xiàn)故障。

可進(jìn)行實(shí)現(xiàn)以下配置：

· 單側(cè) DP 從站采中采用冗余 I/O

· 切換式 DP 從站采用冗余 I/O

適宜的 I/O 模塊

相互冗余的模塊必須為同一類型和設(shè)計(jì)形式（例如，均為集中式或均為分布式）。不對插槽進(jìn)行規(guī)定。不過，出于可用性原因，建議在不同的站中使用。關(guān)于可以使用的模塊，請咨詢系門子客戶支持部門或參閱相關(guān)手冊。

FM 和 CP 冗余

功能模塊 (FM) 和通信處理器 (CP) 可在兩種不同配置中使用：

· 切換式冗余配置：
可以雙重連接 FM/CP 以將 ET 200M 或一個交換式 ET 200M 分離。

· 雙通道冗余配置：
可將 FM/CP 插到兩個子單元中或插到與子單元相連的擴(kuò)展單元中（參見單側(cè)配置）。

此時可以不同方式實(shí)現(xiàn)模塊冗余：

· 由用戶編程：
在功能模塊和 SIMATIC 通信處理器上，通常可由用戶對冗余功能進(jìn)行編程。將會確定主動模塊并檢測可能的故障以執(zhí)行切換。所需的程序與配有冗余 FM/CP 的單個 CPU 的程序一致。

· 由操作系統(tǒng)直接提供支持。
對于 SIMATIC NET-CP 443-1，操作系統(tǒng)直接支持冗余。有關(guān)詳細(xì)信息，請參見“通信”下面的內(nèi)容。

S7-400F/FH

故障安全型 S7-400F/FH 自動化系統(tǒng)可根據(jù)需求進(jìn)行不同配置：

單通道、單側(cè) I/O，用于 S7-400F

工廠需要使用故障安全型控制器。無需容錯。需要下列部件：

· 1 個 CPU 414-4H/417-4H，含 F-Runtime 許可證。

· 1 條 PROFIBUS DP 總線。

· 帶有 IM 153-2 的 ET 200M。

· 故障安全信號模塊，采用非冗余設(shè)計(jì)。

發(fā)生故障時，I/O 不再可用。故障安全信號模塊被禁用。

單通道、切換式 I/O，用于 S7-400FH

工廠需要使用故障安全型控制器。CPU 側(cè)需要有容錯功能。需要下列部件：

· 2 個 CPU 414-4H/417-4H，含 F-Runtime 許可證。

· 2 條 PROFIBUS DP 總線。

· 1 個 ET 200M ，帶 2 個 IM 153-2（冗余）。

· 故障安全信號模塊，采用非冗余設(shè)計(jì)。

若 CPU、IM 153-2 或 PROFIBUS DP 總線出現(xiàn)故障，控制器仍保持可用。在故障安全信號模塊或 ET 200M 出現(xiàn)故障時，I/O 不再可用。故障安全信號模塊被禁用。

冗余、切換式 I/O，用于 S7-400FH

工廠需要使用故障安全型控制器。CPU 側(cè)和 I/O 側(cè)需要容錯功能。需要下列部件：

· 2 個 CPU 414-4H/417-4H，含 F-Runtime 許可證。

· 2 條 PROFIBUS DP 總線。

· 2 個 ET 200M，帶 2 個 IM 153-2（冗余）。

· 故障安全信號模塊，冗余設(shè)計(jì)。

在 CPU、IM 153-2 或 PROFIBUS DP 總線、故障安全信號模塊或 ET 200M 出現(xiàn)故障時，控制器仍保持可用。

在 S7-400F/FH 自動化系統(tǒng)中，也可以使用標(biāo)準(zhǔn)模塊。這些設(shè)備不能與故障安全模塊在同一個 ET 200M 中一起使用。

通信

中央控制器和 ET 200M 之間的安全相關(guān)通信和標(biāo)準(zhǔn)通信是通過 PROFIBUS DP 實(shí)現(xiàn)的。通過專門開發(fā)的 PROFIBUS 行規(guī)PROFIsafe，可在標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)報文中傳輸與安全功能相關(guān)的用戶數(shù)據(jù)。無需附加的硬件組件，如專用安全總線。所需的軟件既可以作為操作系統(tǒng)的擴(kuò)展功能集成在硬件組件中，也可作為經(jīng)過認(rèn)證的軟件塊裝載到 CPU 中。

帶有隔離模塊的安全等級

在 ET 200M 中隔離模塊具有以下優(yōu)點(diǎn)：

· 可以使用銅質(zhì)總線電纜來建立 PROFIBUS DP 總線。沒有必要使用光纖電纜。

· 每個 IM 153-x 都可以使用。

· 在一個 ET 200M 中，可以混合使用安全模式下的故障安全信號模塊和 S7-300 標(biāo)準(zhǔn)模塊。

若需要取得安全等級 SIL 2，則無需使用隔離模塊。

 

Functions

S7-400

大量功能可支持用戶對 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 服務(wù)。

· 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)功能并記錄錯誤和特定系統(tǒng)事件。

· 密碼保護(hù)。

· 模式選擇開關(guān)

· 系統(tǒng)功能

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

· CE 標(biāo)志

· UL 認(rèn)證

· CSA 認(rèn)證 或 cULus 認(rèn)證

· FM 認(rèn)證

· ATEX 認(rèn)證

· C-Tick、EMC 標(biāo)記，適用于澳大利亞和新西蘭

· IEC 61131-2

· 船級社的船用認(rèn)證

o ABS（美國船級社）

o BV（法國船級社）

o DNV（挪威船級社）

o GL（德國勞氏船級社）

o LRS（英國勞氏船級社）

o Class NK（日本船級社）

有關(guān)詳細(xì)信息，請參見手冊《S7-400 自動化系統(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，支持信號模塊的熱插拔。

S7-400 設(shè)計(jì)簡潔，使用靈活，操作極為方便：

· 模塊安裝十分簡單。

· 背板總線集成在安裝機(jī)架中。

· 模塊更換簡單，不會將模塊相互混淆

· 成熟可靠的連接技術(shù)

· TOP Connect 連接方式：
通過 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)并通過蓋板來保護(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：

· 過程通信；
通過總線（AS-Interface、PROFIBUS DP 或 PROFINET）對 I/O 模塊進(jìn)行循環(huán)尋址（交換過程映像）。從循環(huán)執(zhí)行級調(diào)用過程通信

· 數(shù)據(jù)通信；
在自動化系統(tǒng)之間或 HMI 與多個自動化系統(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)生特定事件時通過塊從用戶程序調(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。

· 通過通信功能進(jìn)行事件驅(qū)動型通信。

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

全局?jǐn)?shù)據(jù) (GD)

通過 MPI 以及“全局?jǐn)?shù)據(jù)通信”服務(wù)，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 GD 數(shù)據(jù)包，每個循環(huán)的最大 GD 數(shù)據(jù)包大小為 64 字節(jié)）。例如，CPU 可以訪問另一個 CPU 的數(shù)據(jù)/位存儲器/過程映像。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 MPI 來實(shí)現(xiàn)。可使用 STEP 7 來執(zhí)行組態(tài)。在分段式 CR2 安裝機(jī)架中，兩個 CPU 可以使用 GD 并通過 C 總線通信。

通信功能

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

這些服務(wù)包括：

· 通過 MPI 和 PROFIBUS S7 進(jìn)行的 S7 通信。

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

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

這些服務(wù)包括：

· 通過 PROFIBUS 和工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行的 S5 兼容通信。

· 通過 PROFIBUS 和工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行的標(biāo)準(zhǔn)通信（通過 PROFIBUS/工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行的開放式用戶通信）。

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 S7-400，可方便地將現(xiàn)代 IT 環(huán)境與自動化環(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 頁面。方便地將 S7-400 的過程變量分配給 HTML 對象。

· 使用標(biāo)準(zhǔn)瀏覽器并通過這些 Web 頁面監(jiān)控 S7-400。

· 通過 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，甚至可通過電話網(wǎng)（如ISDN）。

帶有 PROFINET 接口的 S7-400-H CPU 配有集成式 Web 服務(wù)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)?/span>

· 通過用戶定義的 Web 頁面顯示過程數(shù)據(jù)和用戶數(shù)據(jù)

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

等時同步模式

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

· 分布式信號采集

· 信號傳輸

· 程序執(zhí)行

創(chuàng)建自動化解決方案，以恒定間隔時間（恒定總線周期時間）來捕捉并處理輸入和輸出信號。同時創(chuàng)建一致的部分過程圖像。

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

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

在分布式自動化解決方案中，SIMATIC S7-400 還將開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)量的同時提高產(chǎn)量。

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

通過 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)試和重新裝備的時間。此外，通過該系統(tǒng)功能，還可以靈活響應(yīng)工藝的變化（例如，工藝的優(yōu)化），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)控信號采集（診斷）

· 監(jiān)控來自過程的信號（硬件中斷）

診斷

智能診斷系統(tǒng)可用來確定模塊的信號采集（對于數(shù)字量模塊）或者模擬量處理（對于模擬量模塊）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)通過適當(dāng)參數(shù)設(shè)置啟用之后，才會發(fā)送診斷消息。

· 不可參數(shù)化的診斷消息：
這些消息是自動發(fā)送的，即與參數(shù)設(shè)置無關(guān)。

如果某個診斷消息處于激活狀態(tài)（例如，“無傳感器輸入”），則該模塊會觸發(fā)一個診斷中斷（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)置之后才會觸發(fā)中斷）。CPU 將中斷用戶程序或低優(yōu)先級任務(wù)的處理，并處理相關(guān)診斷中斷塊 (OB 82)。通過硬件中斷可以監(jiān)控過程信號，并且可以觸發(fā)對信號變化的響應(yīng)。

根據(jù)模塊類型的不同，提供了各種不同診斷消息：

數(shù)字量輸入/輸出模塊
診斷消息	可能的故障原因
無傳感器電源	· 傳感器電源過載 · 傳感器電源對 M 短路
無外部輔助電壓	· 模塊無電源電壓 L+
無內(nèi)部輔助電壓	· 模塊無電源電壓 L+ · 內(nèi)部模塊熔斷器有故障
熔斷器燒斷	· 內(nèi)部模塊熔斷器有故障
模塊中的參數(shù)不正確	· 傳輸?shù)侥K的參數(shù)不正確
時間看門夠脫落	· 定期出現(xiàn)高電磁干擾 · 模塊有故障
EPROM 故障	· 定期出現(xiàn)高電磁干擾 · 模塊有故障
RAM 故障	· 定期出現(xiàn)高電磁干擾 · 模塊有故障
硬件中斷丟失	· 硬件中斷到來的速度超過 CPU 的處理能力

模擬量輸入模塊
診斷消息	可能的故障原因
無外部負(fù)載電壓	· 模塊無負(fù)載電壓 L+
組態(tài)/參數(shù)設(shè)置錯誤	· 傳輸?shù)侥K的參數(shù)不正確
共模錯誤	· 輸入 (M-) 和測量電路的參考電位 (MANA) 之間的電位差 UCM 過高
斷線	· 傳感器電路的電阻過高 · 模塊和傳感器之間的線路中斷 · 通道未切換（斷開）
低于量程下限	· 輸入值低于前量程值，此故障的可能原因是 o 量程 4 - 20 mA、1 - 5 V： 傳感器極性接反； 選擇的量程不正確 o 其它量程： 選擇的量程不正確
高于量程上限	· 輸入值超出過量程值

模擬量輸出模塊
診斷消息	可能的故障原因
無外部負(fù)載電壓	· 模塊無負(fù)載電壓 L+
組態(tài)/參數(shù)設(shè)置錯誤	· 傳輸?shù)侥K的參數(shù)不正確
對 M 短路	· 輸出過載 · 輸出 QV 對 MANA 短路
斷線	· 執(zhí)行器電阻過高 · 模塊和執(zhí)行器之間的線路中斷 · 通道未使用（斷開）

硬件中斷

可以監(jiān)控過程信號，并且可通過過程中斷觸發(fā)對信號變化的響應(yīng)。

· 數(shù)字量輸入模塊：
根據(jù)具體參數(shù)設(shè)置，該模塊可在信號狀態(tài)變化的上升沿、下降沿或上升沿和下降沿上為每個通道組觸發(fā)硬件中斷。CPU 中斷用戶程序或低優(yōu)先級任務(wù)的處理，并處理相關(guān)過程中斷塊（例如，OB 40）。信號模塊可以每個通道緩沖一個中斷。

· 模擬量輸入模塊：
通過設(shè)置上限值和下限值，可以定義工作范圍。模塊將數(shù)字化測量值與這些限值進(jìn)行比較。若測量值違反其中任何一個限值，就會觸發(fā)硬件中斷。CPU 中斷用戶程序或低優(yōu)先級任務(wù)的處理，并處理相關(guān)過程中斷塊（例如，OB 40）。若限值高于/低于過量程/欠量程值，則不進(jìn)行進(jìn)行比較。

S7-400H

容錯通信

進(jìn)行高可用性通信時，SIMATIC 將提供以下功能：

· 更高可用性：
發(fā)生故障時，通信可通過最多 4 個冗余連接繼續(xù)進(jìn)行。

· 操作簡便；
高可用性對用戶來說并不是透明的。可以并經(jīng)過任何改動而采用標(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 目前支持容錯通信。在 PC 上，需要安裝 Redconnect 程序包（參見“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）

· 兩個子單元的同步

· 自檢

冗余原理

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

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

在故障轉(zhuǎn)移期間，設(shè)備會自動保留：

· 相同的用戶程序

· 相同的數(shù)據(jù)塊

· 相同的過程映像內(nèi)容

· 相同的內(nèi)部數(shù)據(jù)，如定時器、計(jì)數(shù)器、位存儲器等

這意味著，這兩個設(shè)備始終保持在最新狀態(tài)，并且可以在出現(xiàn)故障時獨(dú)立地繼續(xù)執(zhí)行控制。

采用冗余 I/O 操作時，這會帶來以下結(jié)果：

· 在無故障的運(yùn)行期間，兩個模塊均處于激活狀態(tài)，例如在采用冗余輸入時，將通過兩個模塊讀取共用傳感器（也可以是兩個傳感器）的信號，對結(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，由用戶程序計(jì)算的值通過兩個模塊進(jìn)行輸出。

· 發(fā)生故障時（例如，兩個輸入模塊之一出現(xiàn)故障），不再對有故障的模塊尋址，發(fā)生故障信號，僅未受影響的模塊繼續(xù)運(yùn)行。在線進(jìn)行修復(fù)之后，將再次對兩個模塊尋址。

同步

為了實(shí)現(xiàn)無反應(yīng)切換，需要對兩個子單元進(jìn)行同步。

S7-400H 遵循“時間驅(qū)動的同步”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，都會執(zhí)行同步操作，例如在發(fā)生以下事件時：

· 直接訪問 I/O

· 中斷、報警

· 更新用戶時間

· 通過通信功能修改數(shù)據(jù)

同步是通過操作系統(tǒng)自動進(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

· 存儲器

報告每個檢測到的故障。

啟動時自檢

啟動時，每個子單元都會完整執(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循環(huán)中。每個循環(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 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，用戶必須通過 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”的第二個模塊。在用戶程序中，應(yīng)訪問具有最低地址的模塊。第二個地址不向用戶顯示，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中的兩個函數(shù)塊（RED_IN 和 RED_OUT），需要在用戶程序的開始處和結(jié)束處調(diào)用這兩個函數(shù)塊。

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

S7-400H

S7-400F/FH 滿足下列安全要求：

· 要求等級 AK 1 至 AK 6，根據(jù) DIN V 19250/DIN V VDE 0801

· 安全要求等級 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模塊中。

信號模塊通過差異分析和測試信號注入來監(jiān)控輸出和輸入信號。

通過定期自檢、命令測試以及按時間順序執(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，通過狀態(tài)監(jiān)視 (sign-of-life) 請求，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 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）來創(chuàng)建。

S7 F Systems 可選軟件包

編程安全相關(guān)的程序段時，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。

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

 

Technical Specifications

通用技術(shù)數(shù)據(jù)
防護(hù)等級	IP20
環(huán)境溫度	0－60 °C
相對濕度	5 ~ 95%，無凝露
氣壓	1080 ~ 795 hPa（對應(yīng)于 -1000 至 +2000 m 高度）
電磁兼容性
· 抗干擾性	符合 EN 61000-6-2
· 輻射干擾	符合 EN 61000-6-4
機(jī)械負(fù)載
· 抗振性，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)	IEC 60068-2-6（正弦波） 10 ~ 58 Hz；恒定幅度 0.075 mm； 58 ~ 500 Hz；恒定加速度 1 g；振蕩持續(xù)時間：在 X、Y、Z 三個方向上各 10 次
· 抗沖擊性，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)	IEC 60068-2-27 沖擊類型： 半正弦； 沖擊強(qiáng)度 10g（峰值），持續(xù)時間 6 ms 沖擊方向：在X、Y、Z 三個方向上各 100 次。

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