西门子CUP6ES7400-0HR50-4AB0 西门子412-3HH

设计

SIMATIC S7-400 有多个型号：

• S7-400：
  中、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，zui多可以连接 125 个PROFIBUS DP 从站。可以将zui多 256 个 PROFINET IO 设备连接到 PROFINET 接口。SIMATIC S7-400 的所有 CPU 均可处理*型的配置。此外，在一个*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*控制器和扩展单元。SIMATIC S7-400 的*控制器可带有zui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。

扩展

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

• zui多 21 个扩展单元：
  可将zui多 21 个扩展单元 (EU) 连接到*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zui多 6 个发送 IM 插到 CC 中（其中zui多 2 个带 5-V 电源），并可将zui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zui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zui左侧。
• 通过 C 总线进行的数据交换受制：
  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zui后一个 EU 之间的zui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zui后一个 EU 之间的zui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

• 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zui多 125 个总线节点的总线。CC 与总线上zui后一个节点之间的zui大距离：23 km（使用光缆）。

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zui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zui多 6 个扩展单元连接到 C 总线。
• MPI 的性能数据：
  • zui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)。
  可通过组件实现佳调整以满足具体要求。例如，任意两个 MPI 节点之间zui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zui多 32 个zui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
  • 
    

通过 CP（PROFIBUS 或工业以太网）实现数据通信

通过 CP 443-x 通信处理器，可以将 SIMATIC S7-400 连接至 PROFIBUS 和工业以太网总线系统。

例如包括：

• SIMATIC S7-200（通过 PROFIBUS）
• SIMATIC S7-300
• SIMATIC S7-400
• SIMATIC S5-115U/H、S5-135U、S5-155U/H
• 编程设备
• PC
• SIMATIC HMI 人机界面系统
• 数控装置
• 机械手控制装置
• 工业 PC
• 驱动控制装置
• 其它厂商的设备

S7-400H

SIMATIC S7-400H 包括以下组件：

• 2 个*控制器：
  2 个单独的 UR1/UR2 *控制器，或一个分隔式*控制器 (UR2-H) 上的 2 个区域。
• 每个*控制器有两个同步模块，用于通过光缆连接两个设备。
• 每个*控制器 1 个 CPU 412-5H、1 个 CPU 414-5H、1 个 CPU 416-5H 或 1 个 CPU 417-5H。
• *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*控制器中的一个来寻址。单侧 I/O 模块可插到*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*控制器。发生故障时，受影响的*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*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*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zui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*。
• 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。无需容错。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

*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。无需附加的硬件组件，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，则无需使用隔离模块。

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