S7-400PLC的硬件 自动化教研室.

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1 S7-400PLC的硬件 自动化教研室

2 SIMATIC S7-400 PLC同样采用模块化设计,
S7-400是功能强大的PLC，它具有功能分级的CPU以及种类齐全、综合性能强的模块，具有强大的扩展通讯能力，可实现分布式系统，因此广泛应用于中高性能的控制领域。 SIMATIC S7-400 PLC同样采用模块化设计, 一个系统除包含电源模块（PS）、中央处理单元（CPU）、信号模块（SM）、通信处理器（CP）、功能模块（FM）等

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4 目前，西门子公司还推出了用于需要高可靠性场合，有冗余设计的容错自动化系统S7-400H。
S7-400 PLC还有多种通讯方式，如MPI（多点接口），它集成在所有CPU内；可同时连接编程器和个人计算机、HMI系统、S7-300系统、M7系统和其他S7-400系统；S7-400还可通过通讯处理器连接到PROFIBUS和工业以太网，用于功能强大的点对点链接。 目前，西门子公司还推出了用于需要高可靠性场合，有冗余设计的容错自动化系统S7-400H。

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6 S7-400 PLC的基本结构 一个S7-400可编程控制器由一个主基板（CR）和一个或多个扩展基板（ER）组成，基板数量根据需要确定。在实际应用中，若主基板上的插槽不够或用户希望将信号模块与CR分开（如信号模块尽量靠近现场的情况），需要使用ER。在使用ER时，还需要使用接口模块（IM）和附加的基板，必要时，还需要附加电源模块，为了使接口模块能工作，必须在CR中插入一个发送IM，而在每个ER中各插一个接收IM。

7 装有S7-400模块的基板

8 CR与ER的连接方式有局部连接和远程连接两种

9 两种连接方式的特点 用IM460-1和IM461-1进行局部连接时，通过接口模块将5V电源传送出去，因此插在ER中的具有IM460-1和IM461-1的模块一定不能再自带电源。由于IM460-1上两个接口的每一个接口传送的电源电流最大为5A，所以每个通过IM460-1/IM461-1连接的ER的最大功耗为5V时5A。

10 在连接ER和CR时，必须遵循下述规则: （1）在S7-400系列中，每个CR最多可接21个ER。
（2）每个ER需分配一个用以识别它的号码，并用接收IM上的编码开关设定。号码的范围是1～21,且各ER的号码不能重复。 （3）在一个CR中最多可插6个发送IM，且其中带5V电源传送的IM不能超过2个。 （4）在连接到一个发送IM的链路中最多只能有4个不带5V电源发送的ER，或1个带5V电源发送的ER。 （5）连接电缆的长度不能超过相应的连接方式所规定的长度，如表 所示 （6）通过通信总线作数据交换的范围限定在7个基板之内，即主基板与1～6号ER之间。

11 连接CR与ER的电缆的最大长度

12 电源模块通过背板总线向S7-400提供DC5V和DC24V电源，输出电流额定值有4A、10A和20A。它们不为信号模块提供负载电压。PS405的输入为直流电压，PS407的输入为直流电压或交流电压。
如果使用两个型号为PS407 10AR或PS405 10AR的电源模块，可以在安装基板上安装冗余电源，对于可靠性要求较高的系统，建议进行冗余设计。

13 直流输入型电源模块技术参数

14 交流输入型电源模块技术参数

15 CPU模块 S7-400有7种CPU，S7-400H有两种CPU。CPU412-l和CPU412-2用于中等性能的经济型中小型系统，集成的MPI接口允许PROFIBUS-DP总线操作。CPU412-2有两个PROFIBUS－DP接口。CPU414-2和CPU414-3具有中等性能，适用于对程序规模、指令处理速度及通信要求较高的场合。CPU417-4DP适用于最高性能要求的复杂场合，有两个插槽供IF接口模块(串口)使用。CPU417H用于S7-400H容错控制PLC。 通过IF964DP接口子模块，CPU414-3和CPU416-3可以扩展一个PROFIBUS-DP接口，CPU417-4可以扩展两个PROFIBUSDP接口。除了CPU412-1之外，集成的DP接口使CPU可作PROFIBUS-DP的主站。

16 CPU电源规格 S7-400PLC的CPU模块需要外部提供DC24V电源，可以通过选用SIEMENS配套的标准电源模块(PS405、PS407等)进行供电。不同型号的CPU模块，对电源的容量要求有所不同，但电压要求相同，对于常用的紧凑型与标准型CPU，模块对电源的要求如表所示。

17 SM421共有十多种规格可供选择，单个模块最大输出点数为32点。

18 数字量输出模块SM422有7种规格可供选择，输出可以是DC24V晶体管驱动、AC120/230V双向晶闸管驱动、继电器触点输出等，单个模块最大输出点数为32点。

19 S7-400信号模块的编址 S7-400信号模块的地址是在STEP7中用硬件组态工具将模块配置到基板（机架）时自动生成的。系统根据同类模块所在的基板号和在基板中的插槽号按从小到大的顺序自动连续分配地址，用户可以修改模块的起始地址。每个8点、16点和32点数字量模块分别占用1个、2个和4个字节地址。例如假设32点数字量输入模块各输入点的地址为I44.0~I47.7，模块内各点的地址从上到下顺序排列。其中I44.0对应的接线端子在最上面，I47.7对应的接线端子在最下面。

20 S7-400的模拟量模块默认的起始地址从512开始，每个模拟量输入，输出占2B(l个字)，同类模块的地址按顺序连续排列。模块内最上面的通道使用模块的起始地址。例如某8通道模拟量输出模块的起始地址为832，从上到下各通道的地址分别为QW832，QW834，……，QW846。

21 S7-400PLC信号模块默认地址的实例

22 FM453定位模块 FM453具有下列特殊功能:长度测量、变化率限制、运行中设置实际值、通过高速输入使定位运动起动或停止
FM453是智能的三通道模块，用于宽范的定位任务。它可以控制3个独立的伺服电动机或步进电机，以高时钟频率控制机械运动，用于简单的点到点定位到对响应、精度和速度有极高要求的复杂运动控制。从增量式或绝对式编码器输入位置信号，步进电动机作执行器时可以不用编码器。控制伺服电动机时输出-10~+10V模拟信号，控制步进电动机时输出的是脉冲和方向信号。每个通道有6点数字量输入，4点数字量输出。 FM453具有下列特殊功能:长度测量、变化率限制、运行中设置实际值、通过高速输入使定位运动起动或停止

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24 通讯模块 S7-400具有很强的通信功能，CPU模块集成有MPI和DP通信接口，有PROFIBUS-DP和工业以太网的通信模块，以及点对点通信模块。通过PROFIBUS-DP或AS-I现场总线，可以周期性自动交换I/O模块的数据（过程映像数据交换）。在自动化系统之间、PLC与计算机和HMI（人机界面）站之间，均可以交换数据。数据通信可以周期性地自动进行或基于事件驱动，由用户程序块调用 CP441-1和CP441-2通过点对点链接，进行高速大容量串行数据交换，其中CP441-1有一个可变接口，用于简单的点对点链接；CP441-2有两个可变接口，用于高性能的点对点链接，

25 CP443-5基本型是用于PROFIBUS-FMS现场总线系统的SIMATIC S7-400通讯处理模块，它通过背板总线与邻近的S7-400相链接，当使用SEND/RECIVE或S7功能时，不存在槽位规则，CP443-5基本型提供以下S7通讯服务：与S7-300和S7-400 PLC通讯；和编程器（PG功能）通讯；和PC机，例如CP5412（A2）和S7-5412软件包，CP5511/5611和SOFTNET软件包通讯；以及与人机接口设备（OP）通讯。 CP443-5扩展型是成本优化的SIMATIC S7-400通讯处理器，用于PROFIBUS总线系统，它提供PROFIBUS-DP、S7通讯和SEND/RECEIVE服务，它作为DP主站运行，符合EN50170，它完全独立地处理数传输，而且允许连接从站，如CP342-5作为DP从站，ET200作为分布式I/O系统的DP从站等。CP443-5扩展型使S7-400能连接到PROFIBUS-DP。

26 CP443-1 TCP是用于TCP/IP标准工业以太网总线系统的SIMATIC S7-400通讯处理器，它通过工业以太网独立地处理数据，支持TCP/IP国际标准，CP443-1IT将SIMATIC S7-400连接到工业以太网，它具有：PG/OP通讯、S7通讯、通过ISO和TCP/IP与S5兼容通讯、IT通讯；它具有用Web浏览器访问过程数据的Web功能；也可通过S7-400发送电子信息的 功能。目前西门子公司推出了依据MAP3.0通讯标准提供MMS（制造业信息规范）服务的CP444通讯处理器。

27 接口模块

28 S7-400PLC的集中式标准扩展连接

29 ① 中央控制单元与扩展单元间用IM460-0/IM461-0接口模块连接；
集中式标准扩展方式具有如下特点: ① 中央控制单元与扩展单元间用IM460-0/IM461-0接口模块连接； ② 扩展接口模块IM460-0/IM461-0间同时连接PLC的并行I/0连接总线 (P总线)与通信总线(C总线); ③ 中央控制单元最大能安装6个IM460-0模块; ④ 每个IM460-0模块带有2个相同的扩展接口，2接口均可通过468-1连接电缆与扩展单元的接口模块IM461-0连接; ⑤ 扩展单元的接口模块IM461-0具有输入与输出2个接口，第 1扩展单元的输入接口通过468-1连接电缆与中央单元的接口模块 IM460-0连接;输出接口可以与其他扩展单元接口模块IM461-0的输入接口进行“串联”式连接;

30 ⑦ 采用1个IM460-0接口模块的最多扩展单元连接数为8个;但整个PLC最大可以连接的扩展单元数量为21个;
⑧ 扩展单元安装模块的功能不受限制; ⑨ IM460-0接口模块不提供DC5V电源，扩展单元必须单独安装PS电源模块; 扩展单元与中央控制单元的距离不能超过3m。

31 分布式PLC控制扩展系统可以用于模块间安装距离大于3m的场合
分布式PLC控制扩展系统用于系统规模较大、控制对象分散、PLC的中央控制器与控制对象的I/O距离较远、需要PLC对远程I/0进行控制的场合。这种情况下，PLC的中央控制器与相应的操作、显示面板，I/O模块等统一安装于控制柜 (或控制室)内;分散的I/O点按照相对集中的原则，连接到各个远程扩展单元上，从而组成分布式 (或远程I/O控制)PLC扩展系统。 分布式PLC控制扩展系统可以用于模块间安装距离大于3m的场合

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