西门子控制系统介绍

• MPI/DP 接口 (12 Mbit/s)
– 集成到每一款CPU中 – 可以重新设置为DP主站接口
• HMI服务用于连接OP/OS
PG (Master)
S7-400 (Master )
OP (Master)
– 不需要额外的编程 – 使CPU负载尽可能减小
ET 200U (Slave)
ET 200M (Slave)
24 K
8K
512
from 0,2µs
4K
256 / 256
MPI/DP PROFIBUS DP
CPU
414-2
414-3
2x128kB 2x384KB
42 K
128 K
16K
32K
1K
2K
from 0,1µs
8K
256 / 256
MPI/DP PROFIBUSDP
IFM SS
CPU
416-2
416-3
■ 内置PROFIBUS-DP接口的CPU
■ IM 接口模块
● 电源模块 PS407（120/230VAC）： ■ FM 功能模块
◆ 4A
● 通讯模块 CP：
◆ 10A/冗余
◆ 用于PROFIBUS CP443-5
◆ 20A
◆ 用于工业以太网 CP443-1
● 底板：
◆ 用于点对点通讯 CP441-1/2
*) expandable up to each 10MB
SIMATIC S7-400 CPU的作用
• CPU的作用：
1. 整个控制系统的核心 2. 储存和运行操作系统程序 3. 储存和运行用户程序 4. 与各种功能模块及I/O模块进行数据交换 5. 进行实时的连续及顺序控制（如PID控制，泵和
电机的启停等用户所需的控制） 6. 完成自诊断，接收各种模块的诊断信息。
IM467接口模块可以建立Profibus-DP现场总线
SIMATIC S7-400的扩展I/O接口模块
接口模块
使用
总连接距离
IM460-0 发送模块，具有通讯总线，无5VDC传送。 5米
IM461-0 接受模块，具有通讯总线，无5VDC传送。
IM460-1 发送模块，无通讯总线，有5VDC传送。 1.5米
IM461-1 接受模块，无通讯总线，有5VDC传送。
IM460-3 发送模块，具有通讯总线，无5VDC传送。 102米
IM461-3 接受模块，具有通讯总线，无5VDC传送。
IM460-4 发送模块，无通讯总线，无5VDC传送。 605米
• 用STEP7 可以对全部S7-400进行软件参数化
无需跳线/开关设置 校验参数设置数据的合理性 对个别数值单独参数化,如转换时间
• 所有S7-400参数化数据存储在CPU中
更换模块无需重新进行参数化设置 CPU校验S7-400配置和模块设置
SIMATIC S7-400 CPU集成了MPI/PROFIBUS-DP 接口
*via ET200M
SIMATIC S7-400的模拟量模块
模拟量输入
模拟量输出
电压范围 +/- 80 mV...10V
+/-10V,0～10V
电流范围 +/- 20mA,4 ～ 20mA +/- 20mA,4 ～ 20mA
点数/块
8,16
8
传感器 (包括线性化)
Pt100,Pt1000,Ni100, TC：B,R,S,T,E,J,K, N,U,L
• 系统诊断
– 从CPU到I/O具有故障诊断功能 – CPU内部服务(例如:带时间标签的错误信息)
• 过程诊断:
– 在程序级监视关键的过程信号 – 使用 S7-PDIAG / ProAgent可简单的指定参数 – CPU可以自动产生消息并提供给S7 HMI 因此维护人员可以很块的诊断出问题所在
SIMATIC S7-400 CPU的参数设置
型号
PS 407-0DA
PS 407-0KA/0KR
输入电压
120/230VAC
120/230VAC
输出电压/电流 5/24VDC，4A/0.5A 5/24VDC，10A/1A
功耗
20W
29.7W
诊断功能
有
有
外形尺寸mm 25×290×217
50×290×217
PS 407-0RA 120/230VAC 5/24VDC，20A/1A 30W 有 75×290×217
SIMATIC S7-400为控制系统中的一
高性能 中大规模
S7-400
员
面向生产制造和 工艺过程 高性能的PLC
低端 中等规模 S7-300
微型 PLC S7-200
+ 编程设备 + STEP 7 编程软件 + 通讯 + HMI人机界面
SIMATIC S7-400的优点
•简单
– 无槽位限制 – 软件参数化,无需硬件开关跳线
SIMATIC S7-400 CPU –满足不同性能的要求
CPU
– 性能指标简表 – CPU的作用 – 通讯
SIMATIC S7-400 CPU 一览
CPU 412-1 CPU 413-1 CPU 414-1 CPU 416-1
指示灯 存储卡
CPU 412-2DP CPU 414-2DP CPU 416-2DP
• CPU中运行的程序：
1. 操作系统 2. 用户程序
SIMATIC S7-400 CPU的作用
• 操作系统的任务：
✓ 处理CPU再启动。 ✓ 刷新过程映象的输入部分及将输出部分送出。 ✓ 执行用户程序。 ✓ 检测中断并执行中断程序。 ✓ 检测并处理错误。 ✓ 管理内存。 ✓ 与操作员站、工程师站及其它设备通讯。
I/O总线，通讯总线
CR或
I/O总线，通讯总线
ER
分段I/O总线，分段通讯总线
冗余 系统
分段I/O总线，通讯总线
分段的 CR
有限制的I/O总线 ER
有限制的I/O总线
SIMATIC S7-400的底板
• 背板总线：
1. I/O总线：并行的背板总线，用于作高 速的I/O信号交换。通过I/O总线，各种 I/O模块的过程数据得到实时处理。
---
诊断
取决于具体的模块 取决于具体的模块
特殊性*
Ex(i)
Ex(i)
*via ET200M
SIMATIC S7-400的IM接口模块
❖ 用于扩展I/O接口模块：
当I/O模块和其它模块的数量超过了中央底板所能 容纳的数量时，需要扩展底板。在中央底板与扩展底板 之间的连接是通过接口模块。
❖ 用于Profibus-DP主站的接口模块：
• 设计的灵活性
有集中式,分布式,远程等多种设计方式
• SIMATIC 通讯
将工厂/设备连接在一起
• SIMATIC 人机界面
工艺过程/设备状态的窗口
• STEP 7
使组态,编程,文档编制更加容易
SIMATIC S7-400的组成
● 中央处理器 CPU：
● 各种类型模块：
■ 普通CPU
■ SM I/O模块
CPU运行/停止 选择开关
MPI接口
MPI/Profibus-DP接口
Profibus-DP接口
SIMATIC S7-400 CPU性能指标简表
Hale Waihona Puke Baidu
程序/数据存储器 指令 DI/DO AI/AO 指令执行时间 位存储区 定时器/计数器 通讯接口
CPU
412-1
412-2
2x48kB 2x72kB
16 K
• S7 通讯功能 • 低成本的通讯无需额外的硬件
ET 200X (Slave)
ET 200B/L (Slave)
PROFIBUSDP
S7-300
SIMATIC S7-400的模块介绍
❖ 各种类型模块：
■ SM I/O模块 ■ IM 接口模块 ■ FM 功能模块
❖ 通讯模块 CP：
◆ 用于PROFIBUS CP443-5 ◆ 用于工业以太网 CP443-1 ◆ 用于点对点通讯 CP441-1/2
板总线供给各模块
SIMATIC S7-400的底板
• 底板的类型： ➢通用型 UR：UR1，UR2，UR2-H ➢中央底板型CR：CR2 ➢扩展底板型ER：ER1，ER2
SIMATIC S7-400的底板
底板
UR1 UR2
UR2-H CR1
ER1 ER2
槽数
18 9
18 18
18 9
背板总线
应用
SIMATIC S7-400 CPU的作用
• CPU内存分配： 1. 装载存储器：用于储存用户程序，可扩展。 2. 工作存储器：用于运行用户程序，内置。 3. 系统存储器：用于输入/输出变量，中间变
量，数据块，计时器，计数器，块堆栈， 中断堆栈及暂存变量区，可扩展。
SIMATIC S7-400 CPU的作用
SIMATIC S7-400的I/O模块
• I/O模块可用于所有的通用信号
可连接在任何地方
• 带中断和诊断功能的I/O模块
可以更加快速的响应
• 预接线技术使得安装/维护简单化
螺钉型/弹簧型前连接器
• 简单,快速的模块更换
甚至可以在运转过程中更换模块
• 高度的集成
节省空间
SIMATIC S7-400的数字量模块
模块输出一个报错信号给CPU。 • 具有输出短路保护功能。
SIMATIC S7-400的电源模块
• 电源模块的特点：
• 具有电池后备功能。当掉电时，所有的参数设 置和内存里的内容由电池保持。
• 在前面板上有运行和故障指示灯。
SIMATIC S7-400的电源模块
SIMATIC S7-400的电源模块
2. 通讯总线：串行的背板总线，用于作大 量的并行式I/O信号的高速交换，如各 种通讯、功能模块等与CPU之间的数据 交换。
SIMATIC S7-400的底板
各种模块在不同底板中的应用
底板
模块
UR1，UR2
UR1，UR2
（作中央底板用）（作扩展底板用） UR2-H
CR
ER1， ER2
PS
●
●
● ●●
• 耐用
– 无风扇运行 – 模板热插拔
• 强大的通讯能力
– 集成的通讯接口 – 集成的通讯功能和服务用于HMI和诊断 – 可连接电话和internet
• 快速高性能
– 多处理器
SIMATIC S7-400的特点
• CPU
满足不同性能的要求,根据不同的应用场合选择适当的处理器
• 模块
– 从 I/O 到控制系统有很宽的适用范围 – 从 H-和 F-技术到过程 I/O
■ 9槽UR2、ER2，18槽UR1、CR1、 ER1
■ 冗余的UR2-H
SIMATIC S7-400的底板
• 底板的作用：
❖安装各种模块（如：PS，CPU，CP， I/O 模块等）
❖提供背板总线：I/O总线；通讯总线 ❖通过背板总线实现各模块之间的数据和
信号交换 ❖电源模块所提供5VDC和24VDC通过背
数字量输入 数字量输出
24～60VAC/DC 5～138VDC
电压范围 80～264VDC 5～264VAC
74～264VAC
电流范围 ---
0.5/1/2A
点数/块 16，32
8,16,32 电子式/继电器
传感器
Switches
---
2-wireBEROs
诊断
取决于具体的模块 取决于具体的模块
Ex(i)* Namur/Ex(i) Namur/Ex(i)
SIMATIC S7-400 CPU的作用
• 用户程序的任务：
执行用户所规定的控制任务。 指定CPU重新启动后的初始值。 处理过程数据（如AI，AO，DI，DO等）。 处理程序运行过程中干扰。
SIMATIC S7-400 CPU的作用
• CPU程序执行顺序：
SIMATIC S7-400 CPU的测试和诊断功能
西门子控制系统的组成
SIMATIC 控制器 SIMATIC 分布式I/O
CCoommponpenotsnSIeMnATtsIC 工业控制软件
SIMATIC 人机对话接口 SIMATIC 工业PC
SIMATIC 工业控制C网o络mponents
Components
SIMATIC S7 控制器家族
S7-400
CPU
●
●●
CP
●
●
●●
发送 IM
●
●●
接收 IM
●
●
●
SIMATIC S7-400的电源模块
• 电源模块的特点：
• 采用封闭结构的模块设计，安装在底板上。 • 插入式的AC/DC供电连接。 • 保护级别：IP20。 • 两种输出电压：5VDC和24VDC，并公用一个地。 • 监视两个输出电压，如其中一个发生故障，该
S7-300 S7-200
SIMATIC S7 控制器适用于自动化控制的每个领域
SIMATIC S7-400
S7-400面向生产制造和工 艺过程的高性能的PLC系 统
SIMATIC S7-400介绍内容
• 简介 • S7-400的组成 • 底板 • 电源模块 • CPU • 各种类型模块 • 设计的灵活性
2x0,8MB 2x1,6MB
265 K
530 K
32K
64K
4K
from 0,08µs
16K
512 / 512
MPI/DP PROFIBUS DP
CPU 417-4
2x2MB *) 660 K 128K 8K
from 0,1µs 16K
512 / 512 MPI
PROFIBUS DP 2 IFM SS