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S7-400 是 SIMATIC 控制器家族中功能為強大的 PLC。它可以成功實現全集成自動化 (TIA) 解決方案。S7-400 是一個用于制造業和過程工業系統解決方案的自動化平臺，其主要特點是具有模塊化的結構并擁有性能儲備。

S7-400

• 中端到高端性能范圍內功能強大的 PLC
• 可滿足要求極為苛刻的任務的解決方案
• 全面的模塊和各種性能等級 CPU 可針對具體自動化任務進行佳調整
• 可實現分布式結構，適用十分靈活
• 連接方便
• 優通信和聯網功能
• 操作方便，設計簡單，不含風扇
• 任務增加時可順利擴展
• 多重計算：
  多個 CPU 在一個 S7-400 中央控制器中同時運行。
  多重計算功能可對 S7-400 的總體性能進行分配。例如，可將復雜的技術任務（如開環控制、計算或通信）進行拆分并分配給不同的 CPU。可以為每個 CPU 分配自己的 I/O。
• 模塊化：
  通過功能強大的 S7-400 背板總線和可直接連接到 CPU 的通信接口，可實現許多大量通信線路的高性能操作。例如，這樣可以擁有一條用于 HMI 和編程任務的通信線路、一條用于高性能等距運動控制組件的通信線路和一條“正常”I/O 現場總線。另外，還可以實現額外需要的與 MES/ERP 系統或 Internet 的連接。
• 工程組態和診斷：
  結合使用 SIMATIC 工程組態工具，可極為高效地對 S7-400 進行組態和編程，尤其對于采用高性能工程組件的廣泛自動化任務。為此，可以使用語言（如 SCL）以及用于順序控制、狀態圖和工藝圖的圖形化組態工具。

S7-400H

• 具有冗余設計的高可用性自動化系統。
• 用于具有很高故障安全要求的應用：
  重新啟動成本很高、停產代價高昂、幾乎不需要監視且維護選項較少的過程。
• 冗余設計的集中功能
• 提高 I/O 的可用性：切換式 I/O 配置
• 也可使用具有標準可用性的 I/O：單側配置
• 熱后備：發生故障時，自動切換到備用設備。
• 包含 2 個單獨機架或一個分隔式中央機架的配置
• 通過冗余 PROFIBUS DP 或系統冗余 PROFINET I/O 來連接切換式 I/O。

S7-400F/FH

• 故障安全型自動化系統，適用于具有很高安全要求的工廠
• 符合相關標準的安全要求（IEC 61508 的 SIL 3、DIN V 19250 的 AK6 以及EN 954-1 的 Cat.4）
• 如果需要，也可通過冗余設計來實現容錯
• 不對安全相關 I/O 進行額外接線
• 通過采用 PROFIsafe 行規的 PROFIBUS DP 實現安全通信
• 基于帶有故障安全模塊的 S7-400H 和分布式 ET 200 I/O
• 適用于非安全相關應用的標準模塊也可以在自動化系統中使用
• 隔離模塊用于在一個 ET 200M 的安全模式下組合使用故障安全模塊和標準模塊。

S7-400

SIMATIC S7-400 是中端到高端性能范圍內功能強大的 PLC。

SIMATIC S7-400 具有模塊化、無風扇設計和較高擴展能力，并具有全面的通信和網絡功能，可以簡便實現分布式結構，用戶操作十分方便，因此成為中端到高端性能范圍內要求極為苛刻的任務的理想解決方案。

SIMATIC S7-400 的應用領域包括：

• 汽車工業，如裝配線
• 機械設備制造，包括專用機械設備制造
• 倉儲技術
• 鋼鐵工業
• 樓宇管理系統
• 發電和配電
• 造紙和印刷領域
• 木材加工
• 食品和飲料領域
• 過程工程，如水務和污水處理
• 化工和石化領域
• 儀表和控制
• 包裝機械
• 制藥工業

由于具有多種性能等級的 CPU，并有具備大量用戶友好的功能的廣泛模塊，用戶可以根據具體情況執行其自動化任務。

任務擴展時，可通過附加模塊隨時對控制器進行擴展，成本不會很高。

SIMATIC S7-400 是一種通用控制器：

• 具有很高電磁兼容性以及抗沖擊性和抗振性，因此擁有極高的工業適用性。
• 可以帶電連接和斷開各模塊。

S7-400H

在自動化技術的許多領域中，對自動化系統的可用性（從而故障安全性）的需求在不斷提高。在許多領域中，設備停機會產生極高的成本。此時，只有冗余系統才能滿足可用性要求。

容錯型 SIMATIC S7-400H 即能滿足這些要求。即使在一個或多個故障導致控制器的部件出現故障時，也能繼續運行。通過以這種方式實現的可用性讓 SIMATIC S7-400H 尤其適用于以下應用領域：

• 控制器發生故障后重啟會產生很高費用的過程（通常在過程工業中）。
• 停產的代價十分高昂的過程。
• 涉及貴重材料的過程（例如在制藥工業中）。
• 無人監視的應用
• 涉及較少維護人員的應用

訂貨數據

關于 S7-400H 組件的訂貨數據，請參見在“S7-400/S7-400H/S7-400F/FH”下的相應模塊。

S7-400F/FH

SIMATIC S7-400F/FH 故障安全自動化系統可在安全要求較高的工廠中使用。它可對立即停機不會給人員或環境帶來危險的過程進行控制。S7-400F/FH 具有兩種基本設計：

• S7-400F：
  故障安全自動化系統。在控制系統中發生故障的情況下，生產過程會切換到安全狀態并中斷。
• S7-400FH：
  故障安全和高可用性自動化系統。在控制系統中發生故障的情況下，冗余控制部分將發揮作用，繼續控制生產過程。

通過另外使用標準模塊，可以建立一個全集成控制系統，可在非安全相關和安全相關任務共存的工廠環境中使用。可以使用相同的標準工具對整個工廠進行組態和編程。

SIMATIC S7-400 有多個型號：

• S7-400：
  中、高端性能的功能強大的 PLC，具有模塊化結構和免風扇的設計。
• S7-400H：
  采用冗余設計的容錯自動化系統，適用于故障安全型應用。
• S7-400F/FH：
  采用冗余設計的故障安全自動化系統，也具備高可用性。

S7-400

S7-400 自動化系統采用模塊化設計。它擁有豐富的模塊，這些模塊可進行各種組合。

系統包含下列組件：

• 電源模塊 (PS)：
  用于將 SIMATIC S7-400 連接到 120/230 V AC 或 24 V DC 電源電壓。
• CPU：
  配有集成 PROFIBUS DP 接口的不同 CPU 具有不同性能范圍。根據具體型號，這些 CPU 也可以帶有集成 PROFINET 接口。使用 PROFIBUS接口，多可以連接 125 個PROFIBUS DP 從站。可以將多 256 個 PROFINET IO 設備連接到 PROFINET 接口。SIMATIC S7-400 的所有 CPU 均可處理極大型的配置。此外，在一個中央控制器中的多重計算模式下，多個 CPU 可以協同工作以提高性能。這些 CPU 處理速度快且具有確定性響應時間，可實現較短機器循環時間。
• 用于數字量 (DI/DO) 和模擬量 (AI/AO) 輸入/輸出的信號模塊 (SM)
• 通信處理器 (CP)，例如，用于總線連接和端到點連接
• 功能模塊 (FM)：
  用于完成計數、定位和凸輪控制等要求苛刻的任務的專業模塊。

根據具體要求，也可使用下列模塊：

• 接口模塊 (IM)：
  用于連接中央控制器和擴展單元。SIMATIC S7-400 的中央控制器可帶有多 21 個擴展單元運行。
• SIMATIC S5 模塊：
  在相關 SIMATIC S5 擴展單元中，可以尋址 SIMATIC S5-115U/-135U/-155U 的所有輸入/輸出模塊。此外，在 S5 EU 或者直接在 CC 中（使用適配器）都可以使用 SIMATIC S5 的特定 IP 和 WF 模塊。

擴展

若用戶需要在應用中使用一個以上中央控制器時，則可以對 S7-400 進行擴展：

• 多 21 個擴展單元：
  可將多 21 個擴展單元 (EU) 連接到中央控制器 (CC)。
• 接口模塊 (IM) 的連接：
  通過發送和接收 IM 來連接 CC 和 EU。發送 IM 插到 CC 中，相關的接收 IM 插到下游 EU 中可將多 6 個發送 IM 插到 CC 中（其中多 2 個帶 5-V 電源），并可將多 1 個 IM 插到 EU 中。每個發送 IM 均有 2 個接口，每個接口用于連接 1 條線路。可將多 4 個 EU（不帶 5-V 電源）或 1 個 EU（帶 5-V 電源）連接到發送 IM 的每個接口。
• 電源模塊的固定插槽：
  必須始終將電源模塊插在 CC 和 EU 中的左側。
• 通過 C 總線進行的數據交換受限制：
  通過 C 總線進行的數據交換只能在 CC 和 6 個 EU（EU 1 至 EU 6）之間進行。
• 集中擴展：
  建議用于小型配置和機器上的控制柜。也可以提供 5-V 電源。
  • CC 和后一個 EU 之間的大線路距離：1.5 m（帶 5 V 電源）、3 m（不帶 5 V 電源）。
• 通過 EU 進行分布式擴展：
  建議在面積很大工廠內采用，其中，多個 EU 位于各個位置。可以使用 S7-400 EU 或 SIMATIC S5 EU。
  • CC 和后一個 EU 之間的大線路距離：對于 S7 EU，約 100 m；對于 S5 EU 約 600 m。
• 注意 將 S5 擴展單元分布式連接到：
  IM 463-2 可在 S7-400 的 CC 中使用，IM 314 在 S5 EU 中使用。可將以下S5 EU 連接到 S7-400：
  • EG 183U
  • EG 185U
  • EG 186U
  • ER 701-2
  • ER 701-3

連接類型	大（總）電纜長度
本地鏈路，具有 5-V 電源，通過 IM 460-1 和 IM 461-1 實現	1.5 m
本地鏈路，無 5-V 電源，通過 IM 460-0 和 IM 461-0 實現	5 m
遠程鏈路，通過 IM 460-3 和 IM 461-3 實現	102.25 m
遠程鏈路，通過 IM 460-4 和 IM 461-4 實現	605 m

• ET 200 的分布式擴展：
  建議用于面積很大的工廠。通過 CPU 的 PROFIBUS DP 接口，可以連接含有多 125 個總線節點的總線。CC 與總線上后一個節點之間的大距離：23 km（使用光纜）。

S7-400 通信

SIMATIC S7-400 具有不同的通信選項：

• 組合了多點接口和 DP 主站，集成在所有CPU 中：
  用于同時連接編程器/PC、HMI 系統、S7-200 和 S7-300 系統以及其它 S7-400 系統。
• 附加 PROFIBUS DP 接口，集成在多個 CPU 中，用于經濟實用連接分布式 I/O 系統（例如，ET 200）。
• PROFINET CPU 上的集成式 PROFINET 接口，用于連接到分布式 I/O 系統或與其它控制器和 PC 系統通信。
• 通信處理器，用于連接到 PROFIBUS 總線系統和工業以太網。
• 通信處理器，用于功能強大的點到點連接。

通過 PROFIBUS DP 進行過程通信

通過 S7-400-CPU 的集成式 PROFIBUS DP接口（可選），可將 SIMATIC S7-400 作為主站連接到 PROFIBUS DP。

以下設備均可作為 PROFIBUS DP 上的主站進行連接：

• SIMATIC S7-400（CPU、CP 443-5）
• SIMATIC S7-300 （CPU、CP 342-5 DP 或 CP 343-5）
• SIMATIC C7（通過配有 PROFIBUS DP 接口的 C7，或通過 PROFIBUS DP CP）

雖然配有 STEP 7 的編程器/PC 或 OP 是總線上的主站，但它們僅使用也部分通過PROFIBUS DP 運行的 PG 和 OP 功能。

以下設備可作為從站連接：

• 分布式 I/O 設備，例如ET 200
• 現場設備
• 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（僅通過 CP 443-5）

通過多點接口 (MPI) 實現數據通信

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

它用于：

• 編程和參數設置
• HMI
• 建立涉及對等通信伙伴的簡單網絡拓撲
• 可選擇的連接選項：
  MPI 可以實現多 32 個節點的同時連接：
  • 編程器/PC
  • HMI 系統
  • S7-200（作為從站）
  • S7-300
  • S7-400
  • C7
• 內部通信總線（C 總線）；
  通過 S7-400 的 C 總線以及 CPU 的 MPI 或 DP 接口，可以尋址帶有 C 總線接口的通信處理器和功能模塊。這樣就可以從編程器直接訪問 C 總線上連接的模塊。通過接口模塊，可將多 6 個擴展單元連接到 C 總線。
• MPI 的性能數據：
  • 多 32 個 MPI 節點
  • 數據傳輸速率高達 12 Mbps
• 靈活的安裝選件：
  使用性能可靠的組件建立 MPI 通信：PROFIBUS 和“分布式 I/O”產品系列中的總線電纜、總線連接器和 RS 485 中繼器 (12 Mbps)。
  可通過組件實現佳調整以滿足具體要求。例如，任意兩個 MPI 節點之間多可以串入 9 個中繼器以連接更大距離。
• DP 主站：
  也可將 S7-400 的 MPI 配置為 DP 主站。隨后可以連接多 32 個大傳輸速率為 12 Mbps 的 DP 從站。從而保留編程功能和人機界面功能。

通過 CP 實現數據通信（點到點）

通過 CP 441 通信處理器，可以實現功能強大的點到點連接。

• 可連接各種設備，例如：
  • PC
  • SIMATIC S5/S7
  • 工業 PC
  • 其它廠商的 PLC
  • 掃描儀、條形碼閱讀器、識別系統
  • 機械手控制裝置
  • 打印機
• 可變接口：
  通過可更換的接口模塊，可以使用不同傳輸介質進行通信：
  • 20 mA (TTY)
  • RS 232C (V.24)
  • RS 422/485

通過 CP（PROFIBUS 或工業以太網）實現數據通信

通過 CP 443-x 通信處理器，可以將 SIMATIC S7-400 連接至 PROFIBUS 和工業以太網總線系統。

例如包括：

• SIMATIC S7-200（通過 PROFIBUS）
• SIMATIC S7-300
• SIMATIC S7-400
• SIMATIC S5-115U/H、S5-135U、S5-155U/H
• 編程設備
• PC
• SIMATIC HMI 人機界面系統
• 數控裝置
• 機械手控制裝置
• 工業 PC
• 驅動控制裝置
• 其它廠商的設備

S7-400H

SIMATIC S7-400H 包括以下組件：

• 2 個中央控制器：
  2 個單獨的 UR1/UR2 中央控制器，或一個分隔式中央控制器 (UR2-H) 上的 2 個區域。
• 每個中央控制器有兩個同步模塊，用于通過光纜連接兩個設備。
• 每個中央控制器 1 個 CPU 412-5H、1 個 CPU 414-5H、1 個 CPU 416-5H 或 1 個 CPU 417-5H。
• 中央控制器中具有 S7-400 I/O 模塊。
• UR1/UR2/ER1/ER2 擴展單元和/或帶有 I/O 模塊的 ET 200M 分布式 I/O 設備。

中央功能采用冗余設計。可將 I/O 組態為常規可用性型和切換型。

通常可用的 I/O（單側配置）

在單側配置中，I/O 模塊具有單通道設計，僅由兩個中央控制器中的一個來尋址。單側 I/O 模塊可插到中央控制器和/或擴展單元/分布式 I/O 設備中。

在 I/O 尋址設備工作正常的情況下，從單側讀入的信息始終提供給兩個中央控制器。發生故障時，受影響的中央控制器的 I/O 模塊將停止工作。

單側配置用于：

• 不需要很高可用性的工廠部分。
• 連接基于用戶程序的冗余I/O。此時，必須對系統進行對稱設置。

高可用性（切換式配置）

在切換式配置中，I/O 模塊采用單通道設計，但它們將由兩個中央控制器通過冗余 PROFIBUS DP 來尋址。在切換式配置中運行的 I/O 模塊只能插到 ET 200M 分布式 I/O 設備中。

通過 PROFIBUS DP 連接到中央控制器。

I/O 冗余

冗余 I/O 模塊以冗余方式成對配置。使用冗余 I/O 可以實現高程度的可用性，因為通過這種方式，可以承受 CPU、PROFIBUS 或信號模塊出現故障。

可進行實現以下配置：

• 單側 DP 從站采中采用冗余 I/O
• 切換式 DP 從站采用冗余 I/O

適宜的 I/O 模塊

相互冗余的模塊必須為同一類型和設計形式（例如，均為集中式或均為分布式）。不對插槽進行規定。不過，出于可用性原因，建議在不同的站中使用。關于可以使用的模塊，請咨詢系門子客戶支持部門或參閱相關手冊。

FM 和 CP 冗余

功能模塊 (FM) 和通信處理器 (CP) 可在兩種不同配置中使用：

• 切換式冗余配置：
  可以雙重連接 FM/CP 以將 ET 200M 或一個交換式 ET 200M 分離。
• 雙通道冗余配置：
  可將 FM/CP 插到兩個子單元中或插到與子單元相連的擴展單元中（參見單側配置）。

此時可以不同方式實現模塊冗余：

• 由用戶編程：
  在功能模塊和 SIMATIC 通信處理器上，通常可由用戶對冗余功能進行編程。將會確定主動模塊并檢測可能的故障以執行切換。所需的程序與配有冗余 FM/CP 的單個 CPU 的程序一致。
• 由操作系統直接提供支持。
  對于 SIMATIC NET-CP 443-1，操作系統直接支持冗余。有關詳細信息，請參見“通信”下面的內容。

S7-400F/FH

故障安全型 S7-400F/FH 自動化系統可根據需求進行不同配置：

單通道、單側 I/O，用于 S7-400F

工廠需要使用故障安全型控制器。無需容錯。需要下列部件：

• 1 個 CPU 414-4H/417-4H，含 F-Runtime 許可證。
• 1 條 PROFIBUS DP 總線。
• 帶有 IM 153-2 的 ET 200M。
• 故障安全信號模塊，采用非冗余設計。

發生故障時，I/O 不再可用。故障安全信號模塊被禁用。

單通道、切換式 I/O，用于 S7-400FH

工廠需要使用故障安全型控制器。CPU 側需要有容錯功能。需要下列部件：

• 2 個 CPU 414-4H/417-4H，含 F-Runtime 許可證。
• 2 條 PROFIBUS DP 總線。
• 1 個 ET 200M ，帶 2 個 IM 153-2（冗余）。
• 故障安全信號模塊，采用非冗余設計。

若 CPU、IM 153-2 或 PROFIBUS DP 總線出現故障，控制器仍保持可用。在故障安全信號模塊或 ET 200M 出現故障時，I/O 不再可用。故障安全信號模塊被禁用。

冗余、切換式 I/O，用于 S7-400FH

工廠需要使用故障安全型控制器。CPU 側和 I/O 側需要容錯功能。需要下列部件：

• 2 個 CPU 414-4H/417-4H，含 F-Runtime 許可證。
• 2 條 PROFIBUS DP 總線。
• 2 個 ET 200M，帶 2 個 IM 153-2（冗余）。
• 故障安全信號模塊，冗余設計。

在 CPU、IM 153-2 或 PROFIBUS DP 總線、故障安全信號模塊或 ET 200M 出現故障時，控制器仍保持可用。

在 S7-400F/FH 自動化系統中，也可以使用標準模塊。這些設備不能與故障安全模塊在同一個 ET 200M 中一起使用。

通信

中央控制器和 ET 200M 之間的安全相關通信和標準通信是通過 PROFIBUS DP 實現的。通過專門開發的 PROFIBUS 行規 PROFIsafe，可在標準數據報文中傳輸與安全功能相關的用戶數據。無需附加的硬件組件，如專用安全總線。所需的軟件既可以作為操作系統的擴展功能集成在硬件組件中，也可作為經過認證的軟件塊裝載到 CPU 中。

帶有隔離模塊的安全等級

在 ET 200M 中隔離模塊具有以下優點：

• 可以使用銅質總線電纜來建立 PROFIBUS DP 總線。沒有必要使用光纖電纜。
• 每個 IM 153-x 都可以使用。
• 在一個 ET 200M 中，可以混合使用安全模式下的故障安全信號模塊和 S7-300 標準模塊。

若需要取得安全等級 SIL 2，則無需使用隔離模塊。

傳感器和執行器的新通訊標準

通過 IO-Link 實現聯網

因全集成自動化技術而實現的透明集成

由于具有一個革新和標準化的傳感器/執行器接口，可通過 IO-Link 標準對現場設備的現場總線系統功能進行一致性擴展。通過西門子公司的 IO-Link 解決方案，可在現場級下面以佳方式將帶有全部自身性能的傳感器和執行器集成在全集成自動化 (TIA) 環境中。

除過程數據外，在整個工廠范圍內還可獲得診斷中斷和傳感器參數。這樣就加速了調試過程，提高了工廠可用性，并降低了通常因工廠中的大量傳感器和執行器而產生的維護成本。由于采用集中數據管理，因此可根據需要經常對反復進行的傳感器或執行器參數化進行調整，無需對各個設備進行單獨設置。更換一臺設備后，參數將被自動重新加載，這樣就縮短了停產時間。由于常規現場設備也可在 IO-Link 接口上運行，因此與常規傳感器和執行器的兼容性不會受到影響。

連接是通過帶有 IO-Link 端口的 ET 200S 的主站模塊、以成熟的靈活布局完成的。除了傳感器和執行器，IO-Link現場設備還提供4點和8點標準輸入IO-Link設備(IP67)，用于經濟地集成到標準傳感器中。

通過將設備組態集成到 STEP 7 環境中，可以發現故障，并快速、輕松地將故障清除。這樣，機器運轉循環的所有階段內（組態、調試和運行）的效率都得到提高。

工程組態軟件

降低工程組態成本

• 采用集中數據管理，并可重復傳感器和執行器參數，組態更加快速
• 在 STEP 7 中進行集中組態和數據管理，大大削減了參數化工具的數目
• 采用定義的行規，設備的集成更加容易
• 實現高靈活性：通過采用 IODD 標準的開放式 IO-Link 解決方案，可以與 GSD 相同的方式來集成第三方設備
• 通過保留成熟拓撲結構和與常規連接方法的兼容性來實現保護

調試

調試時間縮短

• 采用標準化無屏蔽三線制連接，可一致性地連接各種傳感器和執行器，接線開銷大大降低
• 無需單獨進行參數化，節省時間；可針對相同設備組態來復制參數
• 參數化因集中數據管理而變得簡單 - 無需對傳感器和執行器反復進行預設置
• 可對設置數據進行編輯與示教，因此傳感器/執行器的參數化十分靈活

操作和維護

工廠可用性提高

• IO-Link 標準可集成到全集成自動化環境中，因此可取得直至現場級的高透明度
• 針對現場設備進行集中參數與配方管理，縮短了轉換時間
• 可實現直至現場級的工廠范圍診斷和快速故障清除，并通過針對傳感器和執行器采取預防性維護而在故障之前報告和顯示消息，因此停產時間縮短
• 通過在運行過程中交換設備而簡便清除故障，無需重新參數化，因為 PLC 中提供了集成的參數存儲器
• 西門子系統中的組件具有可靠性，因為它們均經過全面的系統測試

在工業通信領域中，無線通信開創了全新的應用遠景 - 自工廠部分現代化改造，直至復雜物流或生產過程的設計。
基于工業無線遠程控制、工業無線局域網和 WirelessHART，西門子公司利用工業無線通信技術針推出了高可靠性自動化解決方案。

采用 IWLAN 實現可靠的無線通信

無線遠程網絡 - 低成本、多功能的遠距離無線技術

無線遠程網絡為用戶帶來了難以計數的好處，例如，水/廢水處理業彼此遠離的工廠區段之間的連續通信、在地球的另一側高速地遠程訪問需要維護的機器和設備。得益于遠程控制系統或 HMI/SCADA 系統集成了該技術，通過移動無線設備可以隨時訪問傳輸過來的過程數據。

工業無線局域網 - 靈活的工廠級無線基礎設施

無線解決方案日益成為機器和設備中理所當然的組成部分。在對數據通信具備高要求的場合，工業無線 LAN（IWLAN）對例如確定性無線技術和工業以太網標準 PROFINET 等創新技術提供了有力的支撐。得益于使用了 PROFIsafe via IWLAN，PROFINET 開創了全新的應用遠景 - 自高效工程設計、實時解決方案，直至與安全相關的任務。
此外，IWLAN 基礎設施也可以用于例如視頻監控等的其它應用。

無線 HART - 無線連接過程儀表

WirelessHART 是一種開放的工業標準。該標準的開發旨于解決過程工業領域現場設備對無線通信的特殊要求。它完全滿足了與可靠性、信息安全性、經濟性和系統級用戶操作友好性等相關的全部特定要求。目前，全球已經安裝了 3000 萬臺以上 HART 技術設備。對于現場級智能過程儀表來說，HART 技術是常用的通信協議。WirelessHART 后向兼容于有線 HART 技術，因此，該技術為硬件、軟件和專家知識提供了大的安全性。

基于控制器的 IWLAN 適用于有大量網絡接入點的應用，例如，集裝箱碼頭

無線通訊網絡的優點

• 較高的移動性帶來較大的靈活性，因而提高競爭能力
• 維護工作得到簡化，維護成本和停機時間降低，人員得到佳利用
• 旋轉及移動設備或系統部件無磨損
• 公司所有部門范圍內的聲音和數據集成的無線網絡
• 從一個中心位置對不同的生產機器進行遠程診斷從而降低了維護成本
• 易于訪問難于接觸的裝置，無需復雜連線

SIMOTION 系統由三個部分組成：

• 工程組態系統
  通過工程組態系統，可在一個集成化的系統中來解決運動控制、邏輯和技術任務，它提供了用于編程和參數分配、測試和調試以及診斷所有必要工具。
• 運行版軟件模塊
  這些模塊提供了各種運動控制功能和技術功能。通過選擇適宜模塊，可針對特定機器來定制系統功能。
• 硬件平臺
  各種平臺使 SIMOTION 運動控制系統成為一個完整系統。使用工程組態系統和相關運行版軟件模塊開發的應用程序可在不同硬件平臺上使用，從而使您能夠針對特定機器選擇適宜的平臺。

運動控制解決方案“西門子制造”

依托強大的創新能力、行業內的專有技術以及客戶借助自動化解決方案獲得的顯著收益，西門子成為全球范圍內的運動控制系統供應商之一。因此，我們能夠提供不同領域的成功案例供您參考。

面向各個行業推出的創新型產品、系統、
解決方案和

Siemens 運動控制系統能夠達到非常高的要求：所有產品通過使用新的技術，具有強大的功能和極高的質量。此外，各個系統和產品以佳方式相互搭配，因此始終可以輕松自如地組合到經濟型機器解決方案中。

下文將以運動控制系統 SIMOTION 和驅動系統 SINAMICS 為例。這些產品構成了一個創新型系統平臺，利用該平臺，可對機器設備進行佳調整以滿足特定要求。因此，對于各種不同的行業，例如包裝、塑料和玻璃、木材和金屬、紡織和印刷等，均可找到佳的可滿足未來需要的經濟型運動控制解決方案，這些解決方案可根據不斷出現的新要求而輕松進行擴展，并且可以與我們的高性能伺服電機、直線電機、轉矩電機和標準電機配合使用。

此外，在機器的整個生命周期內 Siemens 都為客戶提供支持，例如在全球 130 個/地區的超過 295 個點提供售前和售后，或者針對運動控制解決方案提供諸如應用咨詢和機電支持等專項。

應用支持：
通向解決方案的安全之路

設在中國、法國、德國、意大利、土耳其和美國的多個應用中心都提供現場專家和應用顧問，他們會為客戶的項目提供全程指導，從規劃到啟動，從初的構想到機器真正運轉。

應用咨詢包括：

• 項目的規劃和執行
• 通過測試配置和仿真進行技術驗證
• 開發需求和功能規范
• 應用研討會和客戶特定的培訓課程

雙贏的合作伙伴關系

在此合作期間，Siemens 不但為客戶提供支持，而且將其作為系統和組件開發過程中的技術合作伙伴，終獲得實用的并能滿足未來需要的自動化解決方案。

Siemens 通過這種方式幫助客戶提高生產率，競爭力和長期盈利能力。

SIMOTION 可用于執行運動控制任務的所有機器而不管是從簡單的運動控制還是高性能應用。重點是要獲得一個可用于完成廣泛的運動控制任務的簡易而靈活的解決方案。

SIMOTION 的運行基礎是將運動控制與在大多數機器上所常見的兩個其他控制功能融合在一起：PLC 和工藝功能。

這種方法意味著可以在同一個系統內實現軸的運動控制和全面機器控制。對于技術功能來說也是如此，如對一個液壓軸實施的壓力控制。可以實現從位置控制定位模式到壓力控制模式的平穩切換。

將運動控制、PLC 和技術功能三種開環控制功能組合在一起具有以下優點：

• 工程組態費用降低，機器性能提高
• 快速的系統響應 - 不再需要各個部件之間對時間要求嚴格的接口
• 簡便、統一和透明的編程以及整個機器的診斷

SIMOTION 系統由三個部分組成：

工程組態系統

SCOUT 可將運動控制、PLC 和技術功能集中到一個全面的集成系統中，并提供了所有必要工具：編程與參數化、測試與調試、診斷。

運行軟件

運行軟件為循環任務和順序任務提供了高性能的執行系統。運行軟件模塊提供了各種 PLC 功能、運動控制功能和工藝功能。通過選擇合適的模塊，系統的總體功能可與機器靈活適應。

硬件平臺

硬件平臺是 SIMOTION 運動控制系統的基礎。使用工程組態系統和相關運行版軟件模塊創建的應用程序可在不同硬件平臺上運行。

實現自動化解決方案的快途徑

西門子提供了廣泛的特定領域解決方案，可用來降低組態成本，加快項目完成，并更快速地成功實現自動化系統。

使用 SIMOTION easyProject 項目生成器，用戶可顯著加快機器應用中標準化項目框架的創建。

S7-400

大量功能可支持用戶對 S7-400 進行編程、調試和維護：

• 高速指令執行。
• 用戶友好的參數分配
• 人機界面：
  S7-400 的操作系統中集成了用戶友好的 OCM 。
• 診斷功能和自檢：
  CPU 的智能診斷系統可連續檢查系統功能并記錄錯誤和特定系統事件。
• 密碼保護。
• 模式選擇開關
• 系統功能

SIMATIC S7-400 符合以下國內和國際標準：

• CE 標志
• UL 認證
• CSA 認證 或 cULus 認證
• FM 認證
• ATEX 認證
• C-Tick、EMC 標記，適用于澳大利亞和新西蘭
• IEC 61131-2
• 船級社的船用認證
  • ABS（美國船級社）
  • BV（法國船級社）
  • DNV（挪威船級社）
  • GL（德國勞氏船級社）
  • LRS（英國勞氏船級社）
  • Class NK（日本船級社）

有關詳細信息，請參見手冊《S7-400 自動化系統 S7-400 模塊技術規格》。

設計

S7-400 系統可方便地構建為模塊化系統。S7-400 的突出特點是不帶風扇，運行可靠，支持信號模塊的熱插拔。

S7-400 設計簡潔，使用靈活，操作極為方便：

• 模塊安裝十分簡單。
• 背板總線集成在安裝機架中。
• 模塊更換簡單，不會將模塊相互混淆
• 成熟可靠的連接技術
• TOP Connect 連接方式：
  通過 1 芯到 3 芯接頭和螺釘型或彈簧型端子進行預接線。
• 規定的安裝深度：
  所有接頭和連接器都應該嵌入到模塊內并通過蓋板來保護。
• 小限度的插槽規則

通信

CPU 和通信處理器支持以下通信類型：

• 過程通信；
  通過總線（AS-Interface、PROFIBUS DP 或 PROFINET）對 I/O 模塊進行循環尋址（交換過程映像）。從循環執行級調用過程通信
• 數據通信；
  在自動化系統之間或 HMI 與多個自動化系統之間
  進行數據交換。數據通信可循環進行，或在發生特定事件時通過塊從用戶程序調用。

數據通信

SIMATIC S7-400 擁有不同的數據通信機制：

• 通過全局數據通信 (GD) 實現聯網的 CPU 之間的數據包循環交換。
• 通過通信功能進行事件驅動型通信。

通過 MPI、PROFIBUS 或 PROFINET 實現網絡連接。

全局數據 (GD)

通過 MPI 以及“全局數據通信”，聯網的 CPU 可以相互循環交換數據（多可達 16 個 GD 數據包，每個循環的大 GD 數據包大小為 64 字節）。例如，CPU 可以訪問另一個 CPU 的數據/位存儲器/過程映像。若網絡上連接有 S7-300，則數據交換限制為大 22 字節。全局數據通信可通過 MPI 來實現。可使用 STEP 7 來執行組態。在分段式 CR2 安裝機架中，兩個 CPU 可以使用 GD 并通過 C 總線通信。

通信功能

通過系統內集成的塊，可以建立與 S7/C7 伙伴之間的通信。

這些包括：

• 通過 MPI 和 PROFIBUS S7 進行的 S7 通信。
• 通過 MPI、C 總線、PROFIBUS 和 PROFINET/工業以太網進行的 S7 通信。

通過可加載的塊，可以建立與 S5 通信伙伴和西門子設備之間的通信。

這些包括：

• 通過 PROFIBUS 和工業以太網進行的 S5 兼容通信。
• 通過 PROFIBUS 和工業以太網進行的標準通信（通過 PROFIBUS/工業以太網進行的開放式用戶通信）。

與全局數據不同的是，必須建立通信連接才能實現通信功能。

集成到 IT 環境中

通過 S7-400，可方便地將現代 IT 環境與自動化環境鏈接。使用插入式 CP 443-1 Advanced，可以實現下列功能：

• 使用任何 HTML 工具創建自己的 Web 頁面。方便地將 S7-400 的過程變量分配給 HTML 對象。
• 使用標準瀏覽器并通過這些 Web 頁面監控 S7-400。
• 通過 FC 調用，從S7-400 的用戶程序發送電子郵件。
• 由于 TCP/IP 具有的 WAN 特性，可進行遠程編程，甚至可通過電話網（如ISDN）。

帶有 PROFINET 接口的 S7-400-H CPU 配有集成式 Web 器。因此，可以使用標準 Web 瀏覽器讀出 S7-400 站的信息：

• CPU 常規信息
• 診斷緩沖區的內容
• 變量表
• 變量狀態
• 模塊狀態
• 消息
• 有關工業以太網的信息
• OUC 連接診斷
• PROFINET 節點拓撲
• 通過用戶定義的 Web 頁面顯示過程數據和用戶數據

可通過使用用戶權限并支持 HTTPS 協議在 Web 器內提供安全機制。

等時同步模式

通過等時同步模式系統功能，可通過連接到等時同步 PROFIBUS 和 PROFINET 的循環，以實現：

• 分布式信號采集
• 信號傳輸
• 程序執行

創建自動化解決方案，以恒定間隔時間（恒定總線周期時間）來捕捉并處理輸入和輸出信號。同時創建一致的部分過程圖像。

借助于恒定總線周期時間和分布式 I/O 同步信號處理，S7-400 可確保精確重現定義的的過程響應時間。

提供了大量支持等時同步模式系統功能的組件，可用來處理運動控制、測量值采集和高速控制等領域內的要求苛刻的任務。

在分布式自動化解決方案中，SIMATIC S7-400 還將開辟高速處理操作的重要領用領域，并可實現高精度和可重現性。這意味著可在提供佳且恒定的質量的同時提高產量。

在運行模式下更改硬件組態（運行時組態，CiR）

通過 SIMATIC S7-400，在工廠運轉期間可以實現硬件組態的更改，不會影響生產的進行。選項包括：

• 增加分布式 I/O 節點（PROFIBUS DP 或 PA 從站）
• 在 ET 200M I/O 系統中增加模塊并重新設置參數。

CiR（即運行時組態）功能可在設備運行期間實現設備擴展和轉換，從而降低設備調試和重新裝備的時間。此外，通過該系統功能，還可以靈活響應工藝的變化（例如，工藝的），因為不必因硬件組態發生改變而將設備初始化或同步。

模塊的診斷和過程監控

SIMATIC S7-400 的眾多輸入/輸出模塊具有智能功能：

• 監控信號采集（診斷）
• 監控來自過程的信號（硬件中斷）

診斷

智能診斷系統可用來確定模塊的信號采集（對于數字量模塊）或者模擬量處理（對于模擬量模塊）是否正常工作。在診斷分析中，必須區分可參數化和不可參數化的診斷消息：

• 可參數化的診斷消息：
  僅當通過適當參數設置啟用之后，才會發送診斷消息。
• 不可參數化的診斷消息：
  這些消息是自動發送的，即與參數設置無關。

如果某個診斷消息處于激活狀態（例如，“無傳感器輸入”），則該模塊會觸發一個診斷中斷（如果已為該診斷消息設置了參數，則僅在相應的參數設置之后才會觸發中斷）。CPU 將中斷用戶程序或低優先級任務的處理，并處理相關診斷中斷塊 (OB 82)。通過硬件中斷可以監控過程信號，并且可以觸發對信號變化的響應。

SIMATIC S7-400 可采用具有不同性能級別的各種 CPU：

• CPU 412-1、CPU 412-2 和 CPU 412-2 PN：
  用于中等性能的小型工廠。
• CPU 414-2、CPU 414-3、CPU 414-3 PN/DP：
  用于具有對編程、處理速度和通信有額外要求的中等規模工廠。
• CPU 416-2、CPU 416-3、CPU 416-3 PN/DP：
  在高端性能范圍內具有較高要求的工廠。
• CPU 417-4 DP：
  在高端性能范圍內具有極嚴格要求的工廠。
• 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：
  用于構建故障安全型自動化系統，適用于具有較高安全要求的工廠。

所有 CPU 裝在帶集成的控制單元和顯示單元的塑料外殼中。 相同的單元具有相同的功能。

前面板上有：

• LED指示燈: 
  用于狀態和故障指示。
• 波動開關： 
  用于選擇運行模式。
• 存儲器卡插槽（擴展裝載存儲器）
• 組合 MPI/DP 端口。
• 內置 PROFIBUS-DP 接口（非 CPU 412-1）。
• 電池插座： 
  用于后備電池的外部供電。

除 CPU 412-1 處理器外，所有 CPU 具有：

• PROFIBUS DP 接口: 
  用于連接分布式 I/O。根據組態的不同，也可用于與 OP 或 PG/PC 的通訊。

CPU 414-3 PN/DP, CPU 416-3 PN/DP 和 CPU 416F-3 PN/DP 也可以連接 PROFINET。 每個模板有一個雙口的 PROFINET 接口。

高端 CPU 還具有：

• PROFIBUS DP 接口模板備用插槽： 
  用于鏈接其他 DP 網絡。

此外，CPU 按照其性能進行分級：例如RAM、地址區大小、可裝載塊的數量以及處理時間。

• CPU具有大容量程序存儲器，可用于要求很高的應用
• 能滿足標準機床、特殊機床以及車間應用的多任務自動化系統
• 在具有集中式和分布式I/O的生產線上作為集中式控制器使用
• 對二進制和浮點數運算具有較高的處理能力
• 2 個 PROFIBUS DP 主站/從站接口
• 用于大量的 I/O 擴展
• 用于建立分布式 I/O 結構
• 在PROFIBUS上實現等時同步模式
• 可以選用SIMATIC工程工具
• 在基于組件的自動化中實現分布式智能系統

CPU 運行需要 SIMATIC 微存儲卡 (MMC)。

CPU 317-2 DP 具有大容量程序存儲器.它可用于集中式I/O結構，也適用于分布式自動化結構。例如，可在生產線上作為一個中央控制器使用，或作為機床控制器使用。

它可以佳地使用SIMATIC工程工具，例如：

• 用SCL編程
• 用S7-GRAPH進行順序控制編程

另外，CPU 為采用軟件來實現一些簡單的工藝任務提供了一個理想的平臺，例如：

• 簡單的運動控制
• 使用 STEP 7 塊或運行軟件“標準/模塊化PID控制” 來實現閉環控制任務的解決方案

通過使用 SIMATIC S7-PDIAG 可以實現擴展過程診斷。

CPU 317-2 DP 安裝有：

• 微處理器;
  處理器處理每條二進制指令執行時間約為 25 ns，每條浮點數運行指令約為 160ns。CPU 317-2 DP 具有極高的字指令、雙字指令和 32 位定點數指令處理速度。
• 1 MB 工作存儲器（相當于約 340 K 指令）；
  與程序組件執行相關的大容量工作存儲器為用戶程序提供了充分的空間。作為程序裝載存儲器的微型存儲卡（大為 8 MB）也允許將可以項目（包括符號和注釋）保存在 CPU 中。裝載存儲器還可用于數據歸檔和配方管理。
• 靈活的擴展能力;
  多達 32 個模塊，（4排結構）
• MPI/DP 組合接口；
  個 MPI/DP 集成接口多可以同時建立與 S7-300/400 或編程設備、PC、OP 的 32 條連接。在這些連接中，始終分別為 PG 和 OP 各保留一個連接。通過MPI和“全局數據通訊”可以對32個CPU進行簡單組網。
  該接口可以從 MPI 接口重新設置為 DP 接口。DP 接口可用作 DP 主站或 DP 從站運行。
• PROFIBUS DP 接口:
  CPU 317-2 DP 第2個內置接口是一個純粹的 PROFIBUS DP 接口，可用作 DP 主站或 DP 從站。可以組建一個高速的、易于處理的分布式自動化結構。對用戶來說,分布式I/O單元可作為一個集中式單元來處理(相同的組態、編址和編程)。在該接口上，PROFIBUS DP從站可在等時模式下運行．
  全面支持 PROFIBUS DP V1 標準。這將增加 DP V1 標準從站在診斷和參數賦值能力的范圍。
  限制:兩個接口不能同時作為從站來運行。

CPU 317-2 PN/DP 具有大容量程序存儲器.它可用于集中式I/O結構，也適用于分布式自動化結構。例如，可在生產線上作為一個中央控制器使用，或作為機床控制器使用。

它可以佳地使用SIMATIC工程工具，例如：

• 用SCL編程
• 用S7-GRAPH進行順序控制編程

另外，CPU 為采用軟件來實現一些簡單的工藝任務提供了一個理想的平臺，例如：

• 簡單的運動控制
• 使用 STEP 7 塊或運行軟件“標準/模塊化PID控制” 來實現閉環控制任務的解決方案

通過使用 SIMATIC S7-PDIAG 可以實現擴展過程診斷。

無需其他組件，通過CPU的集成組合就可以實現網絡自動化解決方案。

CPU 317-2 PN/DP 裝配有：

• 微處理器;
  處理器處理每條二進制指令執行時間約為 25 ns，每條浮點數運行指令約為 160ns。CPU 317-2 PN/DP在字指令、雙字指令和32位定點數指令具有極高的處理速度。
• 1 MB RAM (相當于約 340 K 條語句)；
  通過擴展RAM執行用戶程序，可以顯著提高用戶程序的空間。作為程序裝載存儲器的微型存儲卡（大為 8 MB）也允許將可以項目（包括符號和注釋）保存在 CPU 中。裝載存儲器還可用于數據歸檔和配方管理。
• 靈活的擴展能力;
  多達 32 個模塊，（4排結構）
• MPI/DP 組合接口；
  個集成的 MPI/DP 接口多能同時建立 32 個與 S7-300/400的連接或與編程器、PC 和 OP 的連接。 在這些連接中，始終分別為 PG 和 OP 各保留一個連接。
  MPI 可以通過“全局數據通訊”與多32個CPU組建簡單的網絡。
  該接口可從MPI接口重新設置為DP接口。
  PROFIBUS DP 接口:
  DP 接口可用作 DP 主站或 DP 從站運行。在該接口上，PROFIBUS DP從站可在等時模式下運行．全面支持 PROFIBUS DP V1 標準。這將增加 DP V1 標準從站在診斷和參數賦值能力的范圍。
• 以太網接口；
  CPU 317-2 PN/DP 的第 2 個內置接口是一個基于以太網 TCP/IP 的 PROFINET 接口，帶有雙端口交換機。
  它支持下列協議：
  • S7通訊用于在SIMATIC控制器間進行數據通訊
  • PG/OP 通訊，用于通過 STEP 7 進行編程、調試和診斷
  • 與HMI和SCADA連接的PG/OP通訊
  • 在PROFINET上實現開放的TCP/IP、UDP和ISO-on-TCP (RFC1006)通訊
  • SIMATIC NET OPC-Server用于與其它控制器以及CPU自帶的I/O設備進行通訊