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S7-400PLC的硬件(西门子s7-300授课资料,拿来大家共享!)


S7-400PLC的硬件

刘美俊

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

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。

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。

装有S7-400模块的基板

CR与ER的连接方式有局部连接和远程连接两种

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。

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。

连接CR与ER的电缆的最大长度

?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。

直流输入型电源模块技术参数

交流输入型电源模块技术参数

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。

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。

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。

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。

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。

?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。

S7-400PLC信号模块默认地址的实例

FM453定位模块
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

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,

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S7400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S7400 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。

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E-

mail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。

接口模块

S7-400PLC的集中式标准扩展连接

? 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;

?⑥

扩展单元的最大“串联”扩展级数为4级,最后一 器”;

个IM461-0模块的输出接口上应安装461-0“终端连接 ? ⑦ 采用1个IM460-0接口模块的最多扩展单元连接
21个; ? ? ? ⑧ 扩展单元安装模块的功能不受限制; 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。

数为8个;但整个PLC最大可以连接的扩展单元数量为

⑨ IM460-0接口模块不提供DC5V电源,扩展单元

分布式PLC扩展
? 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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