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应用
S7-400
SIMATIC S7-400 是中端到高端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，因此成为中端到高端性能范围内要求较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，因此拥有较高的工业适用性。
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，设备停机会产生较高的成本。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

S7-400 通信
SIMATIC S7-400 具有不同的通信选项：

组合了多点接口和 DP 主站，集成在所有CPU 中：
用于同时连接编程器/PC、HMI 系统、S7-200 和 S7-300 系统以及其它 S7-400 系统。
附加 PROFIBUS DP 接口，集成在多个 CPU 中，用于经济实用连接分布式 I/O 系统（例如，ET 200）。
PROFINET CPU 上的集成式 PROFINET 接口，用于连接到分布式 I/O 系统或与其它控制器和 PC 系统通信。
通信处理器，用于连接到 PROFIBUS 总线系统和工业以太网。
通信处理器，用于功能强大的点到点连接。
通过 PROFIBUS DP 进行过程通信

通过 S7-400-CPU 的集成式 PROFIBUS DP接口（可选），可将 SIMATIC S7-400 作为主站连接到 PROFIBUS DP。

以下设备均可作为 PROFIBUS DP 上的主站进行连接：

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，或通过 PROFIBUS DP CP）
虽然配有 STEP 7 的编程器/PC 或 OP 是总线上的主站，但它们仅使用也部分通过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（仅通过 CP 443-5）
通过多点接口 (MPI) 实现数据通信

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

它用于：

编程和参数设置
HMI
建立涉及对等通信伙伴的简单网络拓扑
可选择的连接选项：
MPI 可以实现较多 32 个节点的同时连接：
编程器/PC
HMI 系统
S7-200（作为从站）
S7-300
S7-400
C7
内部通信总线（C 总线）；
通过 S7-400 的 C 总线以及 CPU 的 MPI 或 DP 接口，可以寻址带有 C 总线接口的通信处理器和功能模块。这样就可以从编程器直接访问 C 总线上连接的模块。通过接口模块，可将较多 6 个扩展单元连接到 C 总线。
MPI 的性能数据：
较多 32 个 MPI 节点
数据传输速率高达 12 Mbps
灵活的安装选件：
使用性能可靠的组件建立 MPI 通信：PROFIBUS 和“分布式 I/O”产品系列中的总线电缆、总线连接器和 RS 485 中继器 (12 Mbps)。
可通过组件实现较佳调整以满足具体要求。例如，任意两个 MPI 节点之间较多可以串入 9 个中继器以连接更大距离。
DP 主站：
也可将 S7-400 的 MPI 配置为 DP 主站。随后可以连接较多 32 个较大传输速率为 12 Mbps 的 DP 从站。从而保留编程功能和人机界面功能。
通过 CP 实现数据通信（点到点）

通过 CP 441 通信处理器，可以实现功能强大的点到点连接。

可连接各种设备，例如：
PC
SIMATIC S5/S7
工业 PC
其它厂商的 PLC
扫描仪、条形码阅读器、识别系统
机械手控制装置
打印机
可变接口：
通过可更换的接口模块，可以使用不同传输介质进行通信：
20 mA (TTY)
RS 232C (V.24)
RS 422/485
扩展

若用户需要在应用中使用一个以上中央控制器时，则可以对 S7-400 进行扩展：

较多 21 个扩展单元：
可将较多 21 个扩展单元 (EU) 连接到中央控制器 (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 中可将较多 6 个发送 IM 插到 CC 中（其中较多 2 个带 5-V 电源），并可将较多 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。可将较多 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 中的较左侧。
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 和最后一个 EU 之间的较大线路距离：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 和最后一个 EU 之间的较大线路距离：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：
EG 183U
EG 185U
EG 186U
ER 701-2
ER 701-3
连接类型

较大（总）电缆长度
本地链路，具有 5-V 电源，通过 IM 460-1 和 IM 461-1 实现
1.5 m

本地链路，无 5-V 电源，通过 IM 460-0 和 IM 461-0 实现
5 m

远程链路，通过 IM 460-3 和 IM 461-3 实现
102.25 m

远程链路，通过 IM 460-4 和 IM 461-4 实现
605 m

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，可以连接含有较多 125 个总线节点的总线。CC 与总线上最后一个节点之间的较大距离：23 km（使用光缆）。

S7-400H
SIMATIC S7-400H 包括以下组件：

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。
每个中央控制器有两个同步模块，用于通过光缆连接两个设备。
每个中央控制器 1 个 CPU 412-5H、1 个 CPU 414-5H、1 个 CPU 416-5H 或 1 个 CPU 417-5H。
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。
*功能采用冗余设计。可将 I/O 组态为常规可用性型和切换型。

通常可用的 I/O（单侧配置）

在单侧配置中，I/O 模块具有单通道设计，仅由两个中央控制器中的一个来寻址。单侧 I/O 模块可插到中央控制器和/或扩展单元/分布式 I/O 设备中。

在 I/O 寻址设备工作正常的情况下，从单侧读入的信息始终提供给两个中央控制器。发生故障时，受影响的中央控制器的 I/O 模块将停止工作。

单侧配置用于：

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，必须对系统进行对称设置。
高可用性（切换式配置）

在切换式配置中，I/O 模块采用单通道设计，但它们将由两个中央控制器通过冗余 PROFIBUS DP 来寻址。在切换式配置中运行的 I/O 模块只能插到 ET 200M 分布式 I/O 设备中。

通过 PROFIBUS DP 连接到中央控制器。

I/O 冗余

冗余 I/O 模块以冗余方式成对配置。使用冗余 I/O 可以实现较高程度的可用性，因为通过这种方式，可以承受 CPU、PROFIBUS 或信号模块出现故障。

可进行实现以下配置：

单侧 DP 从站采中采用冗余 I/O
切换式 DP 从站采用冗余 I/O
适宜的 I/O 模块

相互冗余的模块必须为同一类型和设计形式（例如，均为集中式或均为分布式）。不对插槽进行规定。不过，出于可用性原因，建议在不同的站中使用。关于可以使用的模块，请咨询系门子客户支持部门或参阅相关手册。

FM 和 CP 冗余

功能模块 (FM) 和通信处理器 (CP) 可在两种不同配置中使用：

切换式冗余配置：
可以双重连接 FM/CP 以将 ET 200M 或一个交换式 ET 200M 分离。
双通道冗余配置：
可将 FM/CP 插到两个子单元中或插到与子单元相连的扩展单元中（参见单侧配置）。
此时可以不同方式实现模块冗余：

由用户编程：
在功能模块和 SIMATIC 通信处理器上，通常可由用户对冗余功能进行编程。将会确定主动模块并检测可能的故障以执行切换。所需的程序与配有冗余 FM/CP 的单个 CPU 的程序一致。
由操作系统直接提供支持。
对于 SIMATIC NET-CP 443-1，操作系统直接支持冗余。有关详细信息，请参见“通信”下面的内容。
S7-400F/FH
故障安全型 S7-400F/FH 自动化系统可根据需求进行不同配置：

单通道、单侧 I/O，用于 S7-400F

工厂需要使用故障安全型控制器。*容错。需要下列部件：

1 个 CPU 414-4H/417-4H，含 F-Runtime 许可证。
1 条 PROFIBUS DP 总线。
带有 IM 153-2 的 ET 200M。
故障安全信号模块，采用非冗余设计。
发生故障时，I/O 不再可用。故障安全信号模块被禁用。

单通道、切换式 I/O，用于 S7-400FH

工厂需要使用故障安全型控制器。CPU 侧需要有容错功能。需要下列部件：

2 个 CPU 414-4H/417-4H，含 F-Runtime 许可证。
2 条 PROFIBUS DP 总线。
1 个 ET 200M ，带 2 个 IM 153-2（冗余）。
故障安全信号模块，采用非冗余设计。
若 CPU、IM 153-2 或 PROFIBUS DP 总线出现故障，控制器仍保持可用。在故障安全信号模块或 ET 200M 出现故障时，I/O 不再可用。故障安全信号模块被禁用。

冗余、切换式 I/O，用于 S7-400FH

工厂需要使用故障安全型控制器。CPU 侧和 I/O 侧需要容错功能。需要下列部件：

2 个 CPU 414-4H/417-4H，含 F-Runtime 许可证。
2 条 PROFIBUS DP 总线。
2 个 ET 200M，带 2 个 IM 153-2（冗余）。
故障安全信号模块，冗余设计。
在 CPU、IM 153-2 或 PROFIBUS DP 总线、故障安全信号模块或 ET 200M 出现故障时，控制器仍保持可用。

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模块在同一个 ET 200M 中一起使用。

通信

中央控制器和 ET 200M 之间的安全相关通信和标准通信是通过 PROFIBUS DP 实现的。通过专门开发的 PROFIBUS 行规 PROFIsafe，可在标准数据报文中传输与安全功能相关的用户数据。*附加的硬件组件，如**安全总线。所需的软件既可以作为操作系统的扩展功能集成在硬件组件中，也可作为经过认证的软件块装载到 CPU 中。

带有隔离模块的安全等级

在 ET 200M 中隔离模块具有以下优点：

可以使用铜质总线电缆来建立 PROFIBUS DP 总线。没有必要使用光纤电缆。
每个 IM 153-x 都可以使用。
在一个 ET 200M 中，可以混合使用安全模式下的故障安全信号模块和 S7-300 标准模块。
若需要取得安全等级 SIL 2，则*使用隔离模块。


设计

S7-400 系统可方便地构建为模块化系统。S7-400 的**特点是不带风扇，运行可靠，支持信号模块的热插拔。

S7-400 设计简洁，使用灵活，操作较为方便：

模块安装十分简单。
背板总线集成在安装机架中。
模块更换简单，不会将模块相互混淆
成熟可靠的连接技术
TOP Connect 连接方式：
通过 1 芯到 3 芯接头和螺钉型或弹簧型端子进行预接线。
规定的安装深度：
所有接头和连接器都应该嵌入到模块内并通过盖板来保护。
较小限度的插槽规则
通信

CPU 和通信处理器支持以下通信类型：

过程通信；
通过总线（AS-Interface、PROFIBUS DP 或 PROFINET）对 I/O 模块进行循环寻址（交换过程映像）。从循环执行级调用过程通信
数据通信；
在自动化系统之间或 HMI 与多个自动化系统之间
进行数据交换。数据通信可循环进行，或在发生特定事件时通过块从用户程序调用。
数据通信

SIMATIC S7-400 拥有不同的数据通信机制：

通过全局数据通信 (GD) 实现联网的 CPU 之间的数据包循环交换。
通过通信功能进行事件驱动型通信。
通过 MPI、PROFIBUS 或 PROFINET 实现网络连接。

全局数据 (GD)

通过 MPI 以及“全局数据通信”服务，联网的 CPU 可以相互循环交换数据（较多可达 16 个 GD 数据包，每个循环的较大 GD 数据包大小为 64 字节）。例如，CPU 可以访问另一个 CPU 的数据/位存储器/过程映像。若网络上连接有 S7-300，则数据交换限制为较大 22 字节。全局数据通信可通过 MPI 来实现。可使用 STEP 7 来执行组态。在分段式 CR2 安装机架中，两个 CPU 可以使用 GD 并通过 C 总线通信。



通信功能

通过系统内集成的块，可以建立与 S7/C7 伙伴之间的通信服务。

这些服务包括：

通过 MPI 和 PROFIBUS S7 进行的 S7 通信。
通过 MPI、C 总线、PROFIBUS 和 PROFINET/工业以太网进行的 S7 通信。
通过可加载的块，可以建立与 S5 通信伙伴和西门子设备之间的通信服务。

这些服务包括：

通过 PROFIBUS 和工业以太网进行的 S5 兼容通信。
通过 PROFIBUS 和工业以太网进行的标准通信（通过 PROFIBUS/工业以太网进行的开放式用户通信）。
与全局数据不同的是，必须建立通信连接才能实现通信功能。

集成到 IT 环境中

通过 S7-400，可方便地将现代 IT 环境与自动化环境链接。使用插入式 CP 443-1 Advanced，可以实现下列功能：

使用任何 HTML 工具创建自己的 Web 页面。方便地将 S7-400 的过程变量分配给 HTML 对象。
使用标准浏览器并通过这些 Web 页面监控 S7-400。
通过 FC 调用，从S7-400 的用户程序发送电子邮件。
由于 TCP/IP 具有的 WAN 特性，可进行远程编程，甚至可通过电话网（如ISDN）。
带有 PROFINET 接口的 S7-400-H CPU 配有集成式 Web 服务器。因此，可以使用标准 Web 浏览器读出 S7-400 站的信息：

CPU 常规信息
诊断缓冲区的内容
变量表
变量状态
模块状态
消息
有关工业以太网的信息
OUC 连接诊断
PROFINET 节点拓扑
通过用户定义的 Web 页面显示过程数据和用户数据
可通过使用用户权限并支持 HTTPS 协议在 Web 服务器内提供安全机制。

等时同步模式

通过等时同步模式系统功能，可通过连接到等时同步 PROFIBUS 和 PROFINET 的循环，以实现：

分布式信号采集
信号传输
程序执行
创建自动化解决方案，以恒定间隔时间（恒定总线周期时间）来捕捉并处理输入和输出信号。同时创建一致的部分过程图像。

借助于恒定总线周期时间和分布式 I/O 同步信号处理，S7-400 可确保精确重现定义的的过程响应时间。

提供了大量支持等时同步模式系统功能的组件，可用来处理运动控制、测量值采集和高速控制等领域内的要求苛刻的任务。

在分布式自动化解决方案中，SIMATIC S7-400 还将开辟高速处理操作的重要领用领域，并可实现较高精度和可重现性。这意味着可在提供较佳且恒定的质量的同时提高产量。

在运行模式下更改硬件组态（运行时组态，CiR）

通过 SIMATIC S7-400，在工厂运转期间可以实现硬件组态的更改，不会影响生产的进行。选项包括：

增加分布式 I/O 节点（PROFIBUS DP 或 PA 从站）
在 ET 200M I/O 系统中增加模块并重新设置参数。
CiR（即运行时组态）功能可在设备运行期间实现设备扩展和转换，从而降低设备调试和重新装备的时间。此外，通过该系统功能，还可以灵活响应工艺的变化（例如，工艺的优化），因为不必因硬件组态发生改变而将设备初始化或同步。

模块的诊断和过程监控

SIMATIC S7-400 的众多输入/输出模块具有智能功能：

监控信号采集（诊断）
监控来自过程的信号（硬件中断）
诊断

智能诊断系统可用来确定模块的信号采集（对于数字量模块）或者模拟量处理（对于模拟量模块）是否正常工作。在诊断分析中，必须区分可参数化和不可参数化的诊断消息：

可参数化的诊断消息：
仅当通过适当参数设置启用之后，才会发送诊断消息。
不可参数化的诊断消息：
这些消息是自动发送的，即与参数设置无关。
如果某个诊断消息处于激活状态（例如，“无传感器输入”），则该模块会触发一个诊断中断（如果已为该诊断消息设置了参数，则仅在相应的参数设置之后才会触发中断）。CPU 将中断用户程序或低**级任务的处理，并处理相关诊断中断块 (OB 82)。通过硬件中断可以监控过程信号，并且可以触发对信号变化的响应。

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。



设计
SIMATIC S7-400 有多个型号：

S7-400：
中、高端性能的功能强大的 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，较多可以连接 125 个PROFIBUS DP 从站。可以将较多 256 个 PROFINET IO 设备连接到 PROFINET 接口。SIMATIC S7-400 的所有 CPU 均可处理较大型的配置。此外，在一个中央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)：
用于连接中央控制器和扩展单元。SIMATIC S7-400 的中央控制器可带有较多 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。
功能
S7-400
大量功能可支持用户对 S7-400 进行编程、调试和维护：

高速指令执行。
用户友好的参数分配
人机界面：
S7-400 的操作系统中集成了用户友好的 OCM 服务。
诊断功能和自检：
CPU 的智能诊断系统可连续检查系统功能并记录错误和特定系统事件。
密码保护。
模式选择开关
系统功能
SIMATIC S7-400 符合以下国内和国际标准：

CE 标志
UL 认证
CSA 认证 或 cULus 认证
FM 认证
ATEX 认证
C-Tick、EMC 标记，适用于澳大利亚和新西兰
IEC 61131-2
船级社的船用认证
ABS（美国船级社）
BV（法国船级社）
DNV（挪威船级社）
GL（德国劳氏船级社）
LRS（英国劳氏船级社）
Class NK（日本船级社）
有关详细信息，请参见手册《S7-400 自动化系统 S7-400 模块技术规格》。

西门子S7-400H PLC的几种故障分析及处理方法?
可编程控制器(Programmable Logic Control-ler),简称PLC,它的应用面广、功能强大、使用方便,已经成为当代工业自动化的主要支柱之一,在工业生产领域得到了广泛的使用,西门子公司的PLC产品有SIMATIC S7、M7和C7等几大系列,S7系列是传统意义的PLC产品,其中S7-400是用于中高级性能要求的大型PLC,可以扩展300多个模块。S7-300/400可以组成MPI(多点接口),PROFIBUS网络和工业以太网。1 S7-400的基本结构与特点1.1基本结构S7-400采用大模块结构,由机架、电源模块(PS)、*处理单元(CPU)、数字量输入/输出(D I/DO)模块、模拟量输入/输出(AI/AO)模块、通信处理器(CP)、功能模块(FM)和接口模块(IM)组成。D I/DO模块和AI/AO模块统称为信号模块(SM)。机架用来固定模块、提供模块工作电压,并通过信号总线将不同模块连接在一起。S7-400提供了多种级别的CPU模块和种类齐全的通用功能模块。