产品资料:
S7-400 是 SIMATIC 控制器家族能zui为强大的 PLC。它可以成功实现全集成自动化 (TIA) 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,其主要特点是具有模块化的结构并拥有性能储备。
S7-400
- 中端到性能范围内功能强大的 PLC
- 可满足要求极为苛刻的任务的解决方案
- 全面的模块和各种性能等级 CPU 可针对具体自动化任务进行调整
- 可实现分布式结构,适用十分灵活
- 连接方便
- *通信和联网功能
- 操作方便,设计简单,不含风扇
- 任务增加时可顺利扩展
- 多重计算:
多个 CPU 在一个 S7-400 *控制器中同时运行。
多重计算功能可对 S7-400 的总体性能进行分配。例如,可将复杂的技术任务(如开环控制、计算或通信)进行拆分并分配给不同的 CPU。可以为每个 CPU 分配自己的 I/O。 - 模块化:
通过功能强大的 S7-400 背板总线和可直接连接到 CPU 的通信接口,可实现许多大量通信线路的高性能操作。例如,这样可以拥有一条用于 HMI 和编程任务的通信线路、一条用于高性能等距运动控制组件的通信线路和一条“正常"I/O 现场总线。另外,还可以实现额外需要的与 MES/ERP 系统或 Internet 的连接。 - 工程组态和诊断:
结合使用 SIMATIC 工程组态工具,可极为高效地对 S7-400 进行组态和编程,尤其对于采用高性能工程组件的广泛自动化任务。为此,可以使用高级语言(如 SCL)以及用于顺序控制、状态图和工艺图的图形化组态工具。
S7-400H
- 具有冗余设计的高可用性自动化系统。
- 用于具有很高故障安全要求的应用:
重新启动成本很高、停产代价高昂、几乎不需要监视且维护选项较少的过程。 - 冗余设计的集能
- 提高 I/O 的可用性:切换式 I/O 配置
- 也可使用具有标准可用性的 I/O:单侧配置
- 热后备:发生故障时,自动切换到备用设备。
- 包含 2 个单独机架或一个分隔式*机架的配置
- 通过冗余 PROFIBUS DP 或系统冗余 PROFINET I/O 来连接切换式 I/O。
S7-400F/FH
- 故障安全型自动化系统,适用于具有很高安全要求的工厂
- 符合相关标准的安全要求(IEC 61508 的 SIL 3、DIN V 19250 的 AK6 以及EN 954-1 的 Cat.4)
- 如果需要,也可通过冗余设计来实现容错
- 不对安全相关 I/O 进行额外接线
- 通过采用 PROFIsafe 行规的 PROFIBUS DP 实现安全通信
- 基于带有故障安全模块的 S7-400H 和分布式 ET 200 I/O
- 适用于非安全相关应用的标准模块也可以在自动化系统中使用
- 隔离模块用于在一个 ET 200M 的安全模式下组合使用故障安全模块和标准模块。
产品目录 ST 70
在产品目录 ST 70 中也可找到有关 SIMATIC S7-400 的信息:
S7-400
SIMATIC S7-400 是中端到性能范围内功能强大的 PLC。
SIMATIC S7-400 具有模块化、无风扇设计和较高扩展能力,并具有全面的通信和网络功能,可以简便实现分布式结构,用户操作十分方便,因此成为中端到性能范围内要求极为苛刻的任务的理想解决方案。
SIMATIC S7-400 的应用领域包括:
- 汽车工业,如装配线
- 机械设备制造,包括机械设备制造
- 仓储技术
- 钢铁工业
- 楼宇管理系统
- 发电和配电
- 造纸和印刷领域
- 木材加工
- 食品和饮料领域
- 过程工程,如水务和污水处理
- 化工和石化领域
- 仪表和控制
- 包装机械
- 制药工业
由于具有多种性能等级的 CPU,并有具备大量用户友好的功能的广泛模块,用户可以根据具体情况执行其自动化任务。
任务扩展时,可通过附加模块随时对控制器进行扩展,成本不会很高。
SIMATIC S7-400 是一种通用控制器:
- 具有很高电磁兼容性以及抗冲击性和抗振性,因此拥有*的工业适用性。
- 可以带电连接和断开各模块。
S7-400H
在自动化技术的许多领域中,对自动化系统的可用性(从而故障安全性)的需求在不断提高。在许多领域中,设备停机会产生*的成本。此时,只有冗余系统才能满足可用性要求。
容错型 SIMATIC S7-400H 即能满足这些要求。即使在一个或多个故障导致控制器的部件出现故障时,也能继续运行。通过以这种方式实现的可用性让 SIMATIC S7-400H 尤其适用于以下应用领域:
- 控制器发生故障后重启会产生很高费用的过程(通常在过程工业中)。
- 停产的代价十分高昂的过程。
- 涉及贵重材料的过程(例如在制药工业中)。
- 无人监视的应用
- 涉及较少维护人员的应用
订货数据
关于 S7-400H 组件的订货数据,请参见在“S7-400/S7-400H/S7-400F/FH"下的相应模块。
S7-400F/FH
SIMATIC S7-400F/FH 故障安全自动化系统可在安全要求较高的工厂中使用。它可对立即停机不会给人员或环境带来危险的过程进行控制。S7-400F/FH 具有两种基本设计:
- S7-400F:
故障安全自动化系统。在控制系统中发生故障的情况下,生产过程会切换到安全状态并中断。 - S7-400FH:
故障安全和高可用性自动化系统。在控制系统中发生故障的情况下,冗余控制部分将发挥作用,继续控制生产过程。
通过另外使用标准模块,可以建立一个全集成控制系统,可在非安全相关和安全相关任务共存的工厂环境中使用。可以使用相同的标准工具对整个工厂进行组态和编程。
SIMATIC S7-400 有多个型号:
- S7-400:
中、性能的功能强大的 PLC,具有模块化结构和免风扇的设计。 - S7-400H:
采用冗余设计的容错自动化系统,适用于故障安全型应用。 - S7-400F/FH:
采用冗余设计的故障安全自动化系统,也具备高可用性。
S7-400
S7-400 自动化系统采用模块化设计。它拥有丰富的模块,这些模块可进行各种组合。
系统包含下列组件:
- 电源模块 (PS):
用于将 SIMATIC S7-400 连接到 120/230 V AC 或 24 V DC 电源电压。 - CPU:
配有集成 PROFIBUS DP 接口的不同 CPU 具有不同性能范围。根据具体型号,这些 CPU 也可以带有集成 PROFINET 接口。使用 PROFIBUS接口,zui多可以连接 125 个PROFIBUS DP 从站。可以将zui多 256 个 PROFINET IO 设备连接到 PROFINET 接口。SIMATIC S7-400 的所有 CPU 均可处理*型的配置。此外,在一个*控制器中的多重计算模式下,多个 CPU 可以协同工作以提高性能。这些 CPU 处理速度快且具有确定性响应时间,可实现较短机器循环时间。 - 用于数字量 (DI/DO) 和模拟量 (AI/AO) 输入/输出的信号模块 (SM)
- 通信处理器 (CP),例如,用于总线连接和端到点连接
- 功能模块 (FM):
用于完成计数、定位和凸轮控制等要求苛刻的任务的专业模块。
根据具体要求,也可使用下列模块:
- 接口模块 (IM):
用于连接*控制器和扩展单元。SIMATIC S7-400 的*控制器可带有zui多 21 个扩展单元运行。 - SIMATIC S5 模块:
在相关 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 中(使用适配器)都可以使用 SIMATIC S5 的特定 IP 和 WF 模块。
扩展
若用户需要在应用中使用一个以上*控制器时,则可以对 S7-400 进行扩展:
- zui多 21 个扩展单元:
可将zui多 21 个扩展单元 (EU) 连接到*控制器 (CC)。 - 接口模块 (IM) 的连接:
通过发送和接收 IM 来连接 CC 和 EU。发送 IM 插到 CC 中,相关的接收 IM 插到下游 EU 中可将zui多 6 个发送 IM 插到 CC 中(其中zui多 2 个带 5-V 电源),并可将zui多 1 个 IM 插到 EU 中。每个发送 IM 均有 2 个接口,每个接口用于连接 1 条线路。可将zui多 4 个 EU(不带 5-V 电源)或 1 个 EU(带 5-V 电源)连接到发送 IM 的每个接口。 - 电源模块的固定插槽:
必须始终将电源模块插在 CC 和 EU 中的zui左侧。 - 通过 C 总线进行的数据交换受限制:
通过 C 总线进行的数据交换只能在 CC 和 6 个 EU(EU 1 至 EU 6)之间进行。 - 集中扩展:
建议用于小型配置和机器上的控制柜。也可以提供 5-V 电源。- CC 和zui后一个 EU 之间的zui大线路距离:1.5 m(带 5 V 电源)、3 m(不带 5 V 电源)。
- 通过 EU 进行分布式扩展:
建议在面积很大工厂内采用,其中,多个 EU 位于各个位置。可以使用 S7-400 EU 或 SIMATIC S5 EU。- CC 和zui后一个 EU 之间的zui大线路距离:对于 S7 EU,约 100 m;对于 S5 EU 约 600 m。
- 注意 将 S5 扩展单元分布式连接到:
IM 463-2 可在 S7-400 的 CC 中使用,IM 314 在 S5 EU 中使用。可将以下S5 EU 连接到 S7-400
- ET 200 的分布式扩展:
建议用于面积很大的工厂。通过 CPU 的 PROFIBUS DP 接口,可以连接含有zui多 125 个总线节点的总线。CC 与总线上zui后一个节点之间的zui大距离:23 km(使用光缆)。
PLC输入和输出指令说明与举例
LD:逻辑取指令,从母线开始取常开触点。
LDI:逻辑取反指令,从母线开始取常闭触点。
OUT:线圈的驱动指令。
指令说明:
1.LD、LDI指令用于将触点接到母线上。
2.OUT指令是对输出继电器、辅助继电器、状态定时器、计数器的线圈驱动指令,对输入继电器不能使用。
3.OUT指令可作多次并联使用。
举例:
(1) 梯形图 :如图
(2) 程序清单
LD X000
OUT Y000
END
在分析PLC控制系统的功能时,可以将它想象成一个继电器控制系统中的控制箱,其外部接线图描述了这个控制箱的外部接线,梯形图是这个控制箱的内部“线路图",梯形图中的输入继电器和输出继电器是这个控制箱与外部世界的“接口继电器",这样就可以用分析继电器电路图的方法来分析PLC控制系统。在分析时可以将梯形图中输入继电器的触点想象成对应的外部输入器件的触点或电路,将输出继电器的线圈想象成对应的外部负载的线圈。外部负载的线圈除了受梯形图的控制外,还可能受外部触点的控制。
图1是某摇臂钻床的继电器控制电路原理图。钻床的主轴电机用接触器KM1控制,摇臂的升降电机用KM2和KM3控制,立柱的松开和夹紧电机用KM4和KM5控制。图2和图4-16是实现具有相同功能的PLC的外部接线图和梯形图。
将继电器电路图转换为功能相同的PLC的外部接线图和梯形图的步骤如下:
了解和熟悉被控设备的工艺过程和机械的动作情况,根据继电器电路图分析和掌握控制系统的工作原理,这样才能做到在设计和调试控制系统时心中有数。
2 )确定PLC的输入信号和输出负载,画出PLC的外部接线图。
继电器电路图中的交流接触器和电磁阀等执行机构用PLC的输出继电器来控制,它们的线圈接在PLC的输出端。按钮、控制开关、限位开关、接近开关等用给PLC提供控制合作和反馈信号,它们的触点接在PLC的输入端。继电路图中的中间继电器和时间继电器的功能用PLC内部的辅助继电器和定时器来完成,它们与PLC的输入继电器和输出继电器无关。
画出PLC的外部接线图后,同时也确定了PLC的各输入信号和输出负载对应的输入继电器和输出继电器的元件号。例如图2中控制摇臂上升的按钮SB3接在PLC的X0输入端子上,该控制信号在梯形图中对应的输入继电器的元件号X0。在梯形图中,可以将X0的触点想象为SB3的触点。
3)确定与继电器电路图的中间继电器、时间继电路对应的梯形图中的辅助继电器(M)和定时器(T)的元件号。
第2步和第3步建立了继电器电路图中的元件和梯形图中的元件
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浮点数算术运算指令——西门子S7系列PLC
S7300系列CPU 可以处理符合IEEE标准的32位浮点数。可以完成32位浮点数的加、减、乘、除运算,以及取值、平方、开平方、指数、对数、三角函数、反三角函数等指令。
l 基本的浮点数算术运算指令
STL 指令 | FBD符号 | 说 明
|
+R | 将累加器1,2中的32位浮点数相加,32位结果保存在果加器1中。 | |
-R | 用累加器2中的32位浮点数减去累加器1中的浮点数,结果保存在累加器1中。 | |
*R | 将累加器l,2中的32位浮点数相乘,32位乘积保存在累加器1中。 | |
/R | 用累加器2中的32位浮点数除以累加器1中的浮点数,32位商保存在累加器1中。 | |
ABS | 对累加器l中的32位浮点数取值。 |
l 扩展的浮点数算术运算指令
STL指令 | FBD符号 | 说 明 |
SQR | 求累加器1中的32位浮点数的平方值。 | |
SQRT | 求累加器1中的32位浮点数的开平方值 | |
EXP | 求累加器1中的32位浮点数以e为底的指数 | |
LN | 求累加器1中的32位浮点数的自然对数 | |
SIN | 求累加器1中的32位浮点数的正弦值 | |
COS | 求累加器1中的32位浮点数的余弦值 | |
TAN | 求累加器1中的32位浮点数的正切值 | |
ASIN | 求累加器1中的32位浮点数的反正弦值 | |
ACOS | 求累加器1中的32位浮点数的反余弦值 | |
ATAN | 求累加器1中的32位浮点数的反正切值 |
CPU
- 10 种不同 CPU,用于 S7-400
- 4 种 CPU,用于 S7-400H 和 S7-400F/FH
- 3 个故障安全 CPU,可用于 S7-400F
- 具有不同的性能等级,满足不同的应用领域
SIMATIC S7-400 可采用具有不同性能级别的各种 CPU:
- CPU 412-1、CPU 412-2 和 CPU 412-2 PN:
用于中等性能的小型工厂。 - CPU 414-2、CPU 414-3、CPU 414-3 PN/DP:
用于具有对编程、处理速度和通信有额外要求的中等规模工厂。 - CPU 416-2、CPU 416-3、CPU 416-3 PN/DP:
在性能范围内具有较高要求的工厂。 - CPU 417-4 DP:
在性能范围内具有极严格要求的工厂。 - CPU 412-5H、CPU 414-5H、CPU 416-5H 和 CPU 417-4H:
用于 SIMATIC S7-400H 和 S7-400F/FH。 - CPU 414F-3 PN/DP、CPU 416F-2 和 CPU 416F-3 PN/DP:
用于构建故障安全型自动化系统,适用于具有较高安全要求的工厂。
所有 CPU 装在带集成的控制单元和显示单元的塑料外壳中。 相同的单元具有相同的功能。
前面板上有:
- LED指示灯:
用于状态和故障指示。 - 波动开关:
用于选择运行模式。 - 存储器卡插槽(扩展装载存储器)
- 组合 MPI/DP 端口。
- 内置 PROFIBUS-DP 接口(非 CPU 412-1)。
- 电池插座:
用于后备电池的外部供电。
除 CPU 412-1 处理器外,所有 CPU 具有:
- PROFIBUS DP 接口:
用于连接分布式 I/O。根据组态的不同,也可用于与 OP 或 PG/PC 的通讯。
CPU 414-3 PN/DP, CPU 416-3 PN/DP 和 CPU 416F-3 PN/DP 也可以连接 PROFINET。 每个模板有一个双口的 PROFINET 接口。
CPU 还具有:
- PROFIBUS DP 接口模板备用插槽:
用于链接其他 DP 网络。
此外,CPU 按照其性能进行分级:例如RAM、地址区大小、可装载块的数量以及处理时间。
存储器概念
所有 S7-400 CPU 均具有两种类型的存储器。工作存储器的细分可将性能提高一倍。当一个标准处理器需要访问其 RAM 至少两次时,S7-400 处理器可在一个循环周期中同时访问代码存储器和数据存储器。因此,数据总线和代码总线也是独立的。工作存储器的容量取决于从精细分级的 CPU 系列中所选取的适合的 CPU。
对于小型和中等程序,集成式负载内存 (RAM) 就足够了。对于较大的程序,可通过插入内存卡来增加装载内存。插入式闪存卡可用于在不使用电池的情况下进行*性存储。
块加密
相关功能 (FC) 和 功能块 (FB) 可以加密的方式存储于 CPU 以保护专门知识应用。
S7-200数据长度和数值范围
S7-200 寻址时,可以使用不同的数据长度。不同的数据长度表示的数值范围不同。S7-200 指令也分别需要不同的数据长度。
S7-200系列在存储单元所存放的数据类型有布尔型( BOOL)、整数型( INT )、实数型和字符串型四种。数据长度和数值范围如表6所列。
数据长度和数值范围
数据类型 | 数据长度 | ||
字节 (8位值) | 字 (16位值) | 双字 ( 32位值) | |
无符号整数 | 0~255 | 0~65535 | 0~4294967295 |
有符号整数 | -128~+127 | -32768~+32767 | -217483648~+2147483647 |
实数IEEE32位 |
|
| +1.175495E-38~+3.402823E+ |
● 实数的格式
实数(浮点数)由32位单精度数表示,其格式按照ANSI/IEEE 754-1985标准中所描述的形式。实数按照双字长度来存取。对于S7-200来说,浮点数精确到小数点后第六位。因而当使用一个浮点数常数时,zui多可以到小数点后第六位。
● 实数运算的精度
在计算中涉及到非常大和非常小的数,则有可能导致计算结果不精确。
● 字符串的格式
字符串指的是一系列字符,每个字符以字节的形式存储。字符串的*个字节定义了字符串的长度,也就是字符的个数。一个字符串的长度可以是0到254个字符,再加上长度字节,一个字符串的zui大长度为255个字节。而一个字符串常量的zui大长度为126字节。
● 布尔型数据(0或1)。
● S7-200CPU不支持数据类型检测
例如:可以在加法指令中使用VW100中的值作为有符号整数,同时也可以在异或指令中将VW100中的数据当作无符号的二进制数。
● S7-200提供各种变换指令,使用户能方便地进行数据制式及表达方式的变换。
西门子S7系列PLC 关断延时定时器 Off - Delay Timer
关断延时定时器时序如下:
例3.2.5
STL语句表如下:
A I 0.0
L S5T#2s 装入定时时间到ACCU1
SF T5 启动关断延时接通定时器T5
A I 0.1
R T 5 定时器T5复位
A T 5
= Q 4.0
FBD 功能图如下:
时序图如下: