西门子S7-400系列PLC
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产品介绍：

S7-400 是 SIMATIC 控制器家族中功能强大的 PLC。通过它，可以使用全集成自动化 (TIA)，实现最佳的自动化解决方案。S7-400 是一个用于制造业和过程工业系统解决方案的自动化平台。它灵活的模块化结构和高度的性能裕量，使 S7-400 比所有其它的 PLC 远为优越。

S7-400

• 功能强大的PLC，满足中、高性能要求。
• 要求最苛刻的任务的解决方案。
• 品种齐全的模块和性能分级的 CPU，最佳适应自动化任务。
• 通过简单实施分布式结构可实现灵活的使用；操作简单的连接方法。
• 最佳的通讯和网络连接选件。
• 方便用户和简易的无风扇设计。
• 当控制任务增加时，可自由扩展。
• 多CPU运行：
  多个 CPU 在一个 S7-400 中央控制器中同时运行。
  通过多处理器计算扩大 S7-400 的整体性能。例如，复杂的任务可以分解为各种技术，如开环控制、计算或通讯，并分配给不同的 CPU。每个 CPU 可赋与其本地的 I/O。
• 模块化：
  功能强大的 S7-400 背板总线和可以直接连接到 CPU 的通讯接口可以实现许多通讯线路的高性能操作。例如，这允许把一条通讯线路用于 HMI 和编程任务，一条通讯线路用于高性能和等距运动控制组件，一条通讯线路用于普通 I/O 现场总线。还可以执行额外需要的与 MES/ERP 系统或 Internet 的连接。
• 工程和诊断：
  尤其是在使用采用高性能工程组件的大量自动化解决方案时，使用 SIMATIC 工程工具可以极为有效地组态和编程 S7-400。为此，提供有可高级语言（如 SCL）、用于顺序控制的图形工程工具、状态图和技术功能图。

S7-400H

• 采用冗余设计的容错自动化系统。
• 适合对故障安全要求很高的应用。
  满足重启动费用高、昂贵的停机、极少的监控以及很少的维护的过程应用。
• 冗余的集中功能。
• 提高 I/O 的可用性：网管型 I/O 配置。
• 也可作为标准 I/O 使用：单边配置。
• 热后备：发生故障时，可自动切换到备用设备。
• 采用 2 个独立机架或一个分开的中央机架进行配置
• 经过冗余 PROFIBUS-DP 来连接切换的 I/O。

S7-400F/FH

• 故障安全型自动化系统，大大提高了工厂生产过程的安全性
• 符合 IEC 61508 SIL3、DIN V 19250 AK6 和 EN 954-1 Cat.4 等安全要求。
• 如果需要，也可通过冗余设计而实现容错
• 安全相关的 I/O 不增加接线:
• 通过采用 PROFIsafe 行规的 PROFIBUS DP 进行安全通讯
• 基于带有故障安全模块的 S7-400H 和 ET 200M
• 标准模块可以使用在自动化系统的非故障安全型应用场合
• 隔离模块，用于在一个 ET 200M 的安全模式中组合使用故障安全型模块和标准模块。
  

ST 70 产品样本:

也可在产品目录 ST 70 中找到有关 SIMATIC S7-400 的信息：

http://www.siemens.com/automation/salesmaterial-as/catalog/en/simatic_st70_chap06_english_2011.pdf

Area of application

S7-400

拥有中端到高端性能的功能强大的 SIMATIC S7-400 PLC。

模块化、无风扇设计，高度的扩展能力，全面的通讯和网络能力，方便实施的分布式结构，以及用户友好的运行处理，使得SIMATIC S7-400是中、高性能应用中满足特别复杂的控制任务的理想的解决方案。

SIMATIC S7-400 的应用领域包括：

• 汽车工业（如生产线）
• 机械设备制造，包括专用机械设备制造
• 仓储技术
• 钢铁工业
• 楼宇管理系统
• 发电和配电
• 造纸和印刷工业
• 木材加工
• 食品和饮料工业
• 过程工程与组态，如：供水和污水处理
• 化工和石化
• 仪表和控制
• 包装机械

多种性能等级的 CPU，具有用户友好功能的全系列模板，可为用户定制实施自动化控制任务。

任务扩展时，可通过使用附加模块随时对控制器进行扩展，并且成本不会太高。

SIMATIC S7-400 是一个通用的控制器：

• 具有高电磁兼容性和抗震性，可最大限度地用于工业领域。
• 可带电连接、断开模块。
  

S7-400H

在自动化技术的许多领域中，有关可用性、自动化系统故障安全的要求一直在提高。在许多领域，设备停机可能造成极为高昂的费用。这里，只有冗余系统才能满足其可用性要求。

SIMATIC S7-400H 所具有的容错性可以满足这些要求。即使在一个或多个故障导致部分控制器失灵时也能继续运行。因此实现了其可用性，这样 SIMATIC S7-400H 及其适合用于以下应用领域：

• 控制器故障后，过程重新启动将会导致很高成本（通常在过程工业中）。
• 停机时间很宝贵的过程。
• 涉及贵重材料的过程（例如在制药工业中）。
• 无人监管的应用。
• 涉及减少维护人员的应用。

订货数据

S7-400H 部件订货数据可在“S7-400/S7-400H/S7-400F/FH”下的相应模块找到。 

S7-400F/FH

SIMATIC S7-400F/FH 故障安全自动化系统可使用在对安全要求较高的设备中。其可对立即停车过程进行控制，因此不会对人身、环境造成损害。S7-400F/FH 具有两种基本设计：

• S7-400F:
  故障安全自动化系统。如果在控制系统中发生故障，生产过程就转移到安全状态，并中断。
• S7-400FH:
  故障安全容错自动化系统。如果在控制系统中发生故障，冗余控制系统部分将发生作用，并继续控制生产过程。

使用附加标准模块可以创建一个全集成的控制系统，在非安全相关和安全相关任务共存工厂中使用。使用相同的标准工具对整个工厂进行组态和编程。

Design

SIMATIC S7-400有多个型号：

• S7-400：
  Power PLC，用于中、高端性能应用，并采用模块化、免风扇设计。
• S7-400H:
  容错型自动化系统使用冗余设计，可以用于故障安全型应用。
• S7-400F/FH:
  故障安全自动化系统也使用冗余设计，同样具备容错能力。
  

S7-400

S7-400自动化系统采用模块化设计。它拥有丰富的模块，且这些模块均可以独立地组合使用。

一个系统包含下列组件：

• 电源模块(PS)：
  用于将120/230 V AC 或 24 V DC电源连接至SIMATIC S7-400。
• CPU：
  针对各种性能范围，都可以提供集成有PROFIBUS DP接口的不同CPU。视型号的不同，也可以为它们配供集成式PROFINET接口。使用PROFIBUS接口，最多可以连接125个PROFIBUS DP从站。PROFINET接口最多可以连接256个PROFINET IO设备。SIMATIC S7-400的所有CPU 可以处理极为大型的组态。此外，在单个中央控制器的多值计算模式下，多个CPU可以协同工作，据此，可以进一步提高系统的性能。这些CPU 处理速度极快，具备确定性的响应时间，因此，其机器周期时间极短。
• 信号模板（SM），用于数字量（DI/DO）和模拟量（AI/AO）的输入/输出。
• 用于连接总线和点对点连接的通讯处理器 (CP)。
• 功能模板（FM）：
  用于诸如计数、定位和凸轮控制等高要求任务的专家级系统。

根据要求，也可使用下列模块：

• 接口模板(IM)：
  用于连接中央控制器和扩展单元。SIMATIC S7-400的中央控制器工作时可支持多达21个扩展单元。
• SIMATIC S5 模块：
  在相关的SIMATIC S5扩展单元中可以寻址SIMATIC S5-115U/-135U/-155U的所有输入/输出模块。此外，在S5 EU 或者直接在CC（借助适配器套接件）中都有可能使用SIMATIC S5的特定IP和WF模块。

扩展

当用户需要在应用中使用一个以上的中央控制器时，可以对S7-400进行扩展：

• 最多 21 个扩展单元：
  中央控制器（CC）上最多可以连接21个扩展单元（EU）。
• 接口模块（IM）的连接：
  中央控制器（CC）和扩展单元（EU）是通过发送接口模块（IM）和接收接口模块（IM）完成连接的。发送接口模块插在中央控制器（CC）上，相应的接收接口模块则插在串行连接的扩展单元（EU）上。中央控制器（CC）上最多可以插接6个发送接口模块（IM）（其中最多有2个配5-V传输器），扩展单元（EU）上则只能插接1个接收接口模块（IM）。每个发送接口模块均有2个接口，每个接口均用于连接1条线路。发送接口模块的每个接口均可以连接至多4个扩展单元（无5-V传输器）或者至多1个扩展单元（配5-V传输器）。
• 电源模块的固定插槽：
  在中央控制器（CC）和扩展单元（EU）的最左侧必须始终连接电源模块。
• C总线受限数据交换：
  C总线数据交换仅用于中央控制器（CC）和6个扩展单元（EU）
  （EU 1 - EU 6）之间。
• 中央扩展：
  推荐用于直接安装在机床旁边的小型装置或者小型控制柜。也可以选择提供5-V电源。
  • 中央控制器（CC）和最后一个扩展单元（EU）之间的最大单线距离：
    使用5 V传输器时为1.5 m；无5-V传输器时为3 m。
• 用EU进行分布式扩展：
  推荐用于占地面积较大、在同一个位置安装多个扩展单元（EU）的工厂。甚至于可以使用S7-400 EU或者SIMATIC S5 EU。
  • 中央控制器（CC）和最后一个扩展单元（EU）之间的最大单线距离：
    对于S7 EU为100 m，对于S5 EU为600 m。
• 注意 用于S5扩展单元至某个S7-400的分布式连接：
  IM 463-2可以用于S7-400的中央控制器（CC），IM 314则用于S5-EU。以下S5 EU可连接S7-400：
  • EG 183U
  • EG 185U
  • EG 186 U
  • ER 701-2
  • ER 701-3
• 通过EU 200实现的分布式扩展：
  推荐用于占地面积极大的工厂。使用CPU的PROFIBUS DP接口，单条线路可以连接多达125个总线节点。中央控制器与最后一个节点之间的单线最大距离：23 km（使用光缆）。

通讯

SIMATIC S7-400拥有不同的通信选项：

• 组合了多点接口和DP主站，集成于所有CPU中：
  用于同时连接PG/PC、HMI 系统、S7-200 和 S7-300 系统以及其它S7-400系统。
• 额外的PROFIBUS DP接口，集成于多种型号的CPU中，用于成本高效地连接分布式I/O系统（例如ET 200）。
• PROFINET CPU 上的集成式PROFINET接口，用于连接分布式I/O系统或者与其它控制器和PC系统进行通信。
• 通信处理机，用于连接PROFIBUS总线系统和工业以太网。
• 通信处理机，用于功能强大的点对点连接。

PROFIBUS DP进行过程通讯

通过S7-400-CPU的集成式PROFIBUS DP接口（可选），可以连接SIMATIC S7-400并将其作为带有PROFIBUS DP接口的主站。

以下均可以连接为PROFIBUS DP上的主站：

• SIMATIC S7-400 (CPU, CP 443-5)
• SIMATIC S7-300 (CPU, CP 342-5 DP 或 CP 343-5)
• SIMATIC C7（通过配有PROFIBUS DP接口的C7，或者PROFIBUS DP CP）
• SIMATIC S5-115U/H、S5-135U 和 S5-155U/H，带IM 308
• 带 PROFIBUS DP 接口的 S5-95U
• 带 PROFIBUS DP 接口的 SIMATIC 505

尽管配有STEP 7的PG/PC或者OP是总线上的主站，但它们仅使用也部分地通过PROFIBUS DP运行的PG和OP功能。

以下设备可作为从站连接：

• 分布式 I/O 设备，例如 ET 200
• 现场设备
• 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 (只有通过 CP 443-5)

使用多点接口 (MPI) 进行数据通讯

多点接口（MPI）是集成于SIMATIC S7-400的CPU内部的一种通信接口。

它用于

• 编程和参数化
• 人机界面接口，和
• 建立涉及到对等通信伙伴的简单网络拓扑
• 可选择的连接选项：
  MPI 可以实现同时连接 32 个节点：
  • PGs/PCs
  • HMI 系统
  • S7-200 (作为从站)
  • S7-300
  • S7-400
  • C7
• 通讯连接：
  S7-400 CPU可以同时建立多达96个连接（取决于的CPU型号）：
  • 至节点，
  • 至相关C总线（内部通信总线，见后文）上的C总线节点（例如通信处理机），
  • 至通过通信处理机连接的节点，例如工业以太网节点。此外，通信处理机必须为C总线节点。
• 内部通讯总线(C-bus);
  使用S7-400的C总线，通过MPI或DP接口，可以寻址配有C总线接口的通信处理机和功能模块。这可以从编程设备直接访问在 C 总线上连接的模块。通过接口模块可以将 C 总线最多转到 6 个扩展单元。
• MPI 的性能数据：
  • 最多 32 个 MPI 节点
  • 数据传输速率高达12 Mbit/s
• 灵活的安装选项：
  可靠的组件用于建立 MPI 通讯： 不低于PROFIBUS和“distributed I/O”产品系列的总线电缆、总线连接器和RS 485中继器（12 Mbit/s）。
  使用这些组件，可以根据需求实现设计的最优化调整。例如，任意两个MPI节点之间最多可以开启9个中继器，以桥接更大的距离。
• DP主站：
  还可将 S7-400 的 MPI 作为 DP 主站组态。此后，最多可以连接32个最大传输速率为12 Mbit/s的DP从站。据此，编程功能和人机界面功能得以保留下来

使用通信处理机的数据通信（点对点）

使用CP 441通信处理机，可以建立功能强大的点对点连接。

• 多种连接选件：例如，可以连接以下设备：
  • PC
  • SIMATIC S5/S7
  • 工业PC
  • 其他供应商提供的 PLC
  • 扫描仪、条形码阅读器、识别系统
  • 机器人控制
  • 打印机
• 可变接口：
  可更换接口模块，据此可以使用不同的传输介质进行通信：
  • 20 mA (TTY)
  • RS 232C (V.24)
  • RS 422/485

通过 CP（PROFIBUS 或工业以太网）的数据通讯

通过CP 443-x通信处理机，可以将SIMATIC S7-400连接至PROFIBUS和工业以太网总线系统。

例如，可以连接以下设备：

• SIMATIC S7-200 (通过 PROFIBUS)
• SIMATIC S7-300
• SIMATIC S7-400
• SIMATIC S5-115U/H、S5-135U 和 S5-155U/H
• 编程器
• PC 机
• SIMATIC HMI 人机界面系统
• 数控装置
• 机器人控制
• 工业PC
• 驱动控制器
• 其它厂商设备
  

S7-400H

SIMATIC S7-400H 由以下部件组成：

• 2 个中央控制器：
  2 个单独的 UR1/UR2 中央控制器，或一个分隔式中央控制器 (UR2-H) 上的 2 个区域。
• 每个中央控制器两个同步模块，用于通过光缆连接两个设备。
• 每个中央控制器 1 个 CPU 412-3H、1 个 CPU 414-4H 或 1 个 CPU 417-4H。
• 中央控制器中具有 S7-400 I/O 模块。
• UR1/UR2/ER1/ER2 扩展单元和/或带有I/O模块的 ET 200M 分布式 I/O 设备。

最重要的功能始终采用冗余型设计。

I/O可以组态为常规可用性型和switched型。

常规可用I/O（单边组态）

在单边组态中，I/O模块为单通道设计，仅能由两个中央控制器中的一个来寻址。单边I/O模块可以插接

• 一个中央控制器和/或
• 扩展单元/分布式I/O设备

.

在I/O寻址设备工作正常的情况下，从单边读入的信息始终可以被两个中央控制器使用。在出现故障的情况下，受到影响的中央控制器的I/O模块将会停止工作。

单边组态用于：

• 不需要很高可用性的工厂部分。
• 连接基于用户程序的冗余 I/O。此时，系统必须具有一种对称设计。

增加可用性（倒换型配置）

在switched组态中，I/O模块为单通道设计，但是其寻址工作是由两个中央控制器通过冗余PROFIBUS DP完成。Switched I/O模块仅能插接

• 一个ET 200M分布式I/O设备

.

至中央控制器的连接通过PROFIBUS DP实现。此时，switched ET 200M连接至两个子单元上。

I/O 的冗余性

3.1版以及更高版本的操作系统均支持冗余I/O。

冗余 I/O 模块以冗余方式成对配置。使用冗余I/O可以实现可用性的最大化，因为这种工作模式能够容忍一个CPU、PROFIBUS或者信号模块出现故障。

配置选项

可进行下列配置：

• 针对单侧 DP 从站采用冗余 I/O
• 针对切换式 DP 从站采用冗余 I/O

适宜的 I/O 模块

彼此冗余的模块的类型必须相同，且采用相同的设计（例如，均为集中式或者均为分布式）。插槽不强制规定。不过，出于可用性原因，建议在不同的站中使用。关于可以使用哪些模块，请咨询用户支持部门或者参考相关手册。

FM 和 CP 的冗余

这两种不同的组态都可以以冗余方式使用功能模块（FM）和通信处理机（CP）：

• 切换冗余设计：
  功能模块（FM）/通信处理机（CP）可以成双地连接至单个ET 200M或者一个switched ET 200M。
• 双通道冗余设计：
  功能模块（FM）/通信处理机（CP）可以插接两个子单元或者子单元所连接的扩展单元（参见单边组态）。

此时可以不同方式取得模块的冗余性：

• 由用户编程：
  在功能模块和SIMATIC通信处理机上，总体上说，用户可以对其冗余功能进行编程。识别出主动模块，当检测到可能出现故障时启动切换操作。所需要的程序与用于配有冗余FM/CP的单个CPU的程序相一致：
• 由操作系统直接支持。
  对于SIMATIC NET-CP 443-1，冗余由操作系统直接支持。详细信息，参见下面的“通信”。

S7-400F/FH

故障安全型S7-400F/FH自动化系统可以根据需求进行不同的组态：

S7-400F的单通道单侧I/O

工厂需要使用故障安全型控制器。无需容错。需要下列部件：

• 1 CPU 414-4H/417-4H，含 F-Runtime 许可证。
• 1 PROFIBUS DP 连接线。
• ET 200M，配有IM 153-2。
• 故障安全信号模块，非冗余型。

在发生故障的情况下，I/O不可用。故障安全信号模块为被动型。

单通道switched I/O，用于S7-400FH

工厂需要使用故障安全型控制器。对于 CPU 需要容错。需要下列部件：

• 2 CPU 414-4H/417-4H，含 F-Runtime 许可证。
• 2 根 PROFIBUS DP 连接线。
• 1 个 ET 200M ，带 2 个 IM 153-2 (冗余)。
• 故障安全信号模块，非冗余型。

在CPU、IM 153-2或者PROFIBUS DP连接线出现故障的情况下，控制器仍然保持可用状态。在故障安全信号模块或者ET 200M出现故障的情况下，I/O不再可以使用。故障安全信号模块为被动型。

冗余switched I/O，用于S7-400FH

工厂需要使用故障安全型控制器。在CPU侧和I/O侧，必须实现容错功能。需要下列部件：

• 2 CPU 414-4H/417-4H，含 F-Runtime 许可证。
• 2 根 PROFIBUS DP 连接线。
• 2 个 ET 200M ，带 2 个 IM 153-2 (冗余)。
• 故障安全信号模块，冗余型。

CPU、IM 153-2或者PROFIBUS DP连接线、故障安全信号模块或者ET 200M出现故障的情况下，控制器仍然保持可用状态。

在S7-400F/FH自动化系统中也可以使用标准模块。这些设备不能与故障安全型模块在同一个ET 200M中一起使用。

通讯

中央控制器和ET 200M之间与安全相关的通信和标准通信通过PROFIBUS DP实现。通过特别开发的PROFIsafe，可以在标准数据报文中传输带有安全功能的用户数据。无需其它硬件组件（例如专用安全总线）。必要的软件已经或者作为扩展集成在硬件组件之中，或者作为认证软件块重载至CPU内。