S7-300

• 模块化微型 PLC 系统，满足中、小规模的性能要求
• 各种性能的模块可以非常好地满足和适应自动化控制任务
• 简单实用的分布式结构和多界面网络能力，应用十分灵活
• 操作方便，设计简单，不含风扇
• 任务增加时可顺利扩展
• 大量的集能，使它功能非常强劲

S7-300F

• 故障安全型自动化系统，可满足工厂日益增加的安全需求
• 基于 S7-300
• 可连接配有安全型模块的附加 ET 200S 和 ET 200M 分布式 I/O 站
• 通过采用 PROFIsafe 行规的 PROFIBUS DP 进行安全相关通信
• 标准模块另外也可用于非安全相关应用

S7-300

SIMATIC S7-300 是模块化的微型 PLC 系统，可满足中、低端的性能要求。

模块化、无风扇设计、易于实现分布式结构以及方便的操作,使得 SIMATIC S7-300 成为中、低端应用中各种不同任务的经济、用户友好的解决方案。

SIMATIC S7-300 的应用领域包括：

• 特殊机械，
• 纺织机械，
• 包装机械，
• 一般机械设备制造，
• 控制器制造，
• 机床制造，
• 安装系统，
• 电气与电子工业及相关产业。

多种性能等级的 CPU，具有用户友好功能的全系列模块，可允许用户根据不同的应用选取相应模块。任务扩展时，可通过使用附加模块随时对控制器进行升级。

SIMATIC S7-300 是一个通用的控制器：

• 具有高电磁兼容性和抗震性，可大限度地用于工业领域。
  

S7-300F

SIMATIC S7-300F 故障安全自动化系统可使用在对安全要求较高的设备中。其可对立即停车过程进行控制，因此不会对人身、环境造成损害。

S7-300F 满足下列安全要求：

• 要求等级 AK 1 - AK 6 符合 DIN V 19250/DIN V VDE 0801
• 安全要求等级 SIL 1 - SIL 3 符合 IEC 61508
• 类别 1 - 4 符合 EN 954-1

另外，标准模块还可用在 S7-300F 及故障安全模块中。因此它可以创建一个全集成的控制系统，在非安全相关和安全相关任务共存的工厂中使用。使用相同的标准工具对整个工厂进行组态和编程。

S7-300

一般步骤

S7-300自动化系统采用模块化设计。它拥有丰富的模块，且这些模块均可以独立地组合使用。

一个系统包含下列组件：

• CPU：
  不同的 CPU 可用于不同的性能范围，包括具有集成 I/O 和对应功能的 CPU 以及具有集成 PROFIBUS DP、PROFINET 和点对点接口的 CPU。
• 用于数字量和模拟量输入/输出的信号模块 (SM)。
• 用于连接总线和点对点连接的通信处理器 (CP)。
• 用于高速计数、定位（开环/闭环）及 PID 控制的功能模块（FM）。

根据要求，也可使用下列模块：

• 用于将 SIMATIC S7-300 连接到 120/230 V AC 电源的负载电源模块(PS)。
• 接口模块 (IM)，用于多层配置时连接中央控制器 (CC) 和扩展装置 (EU)。
  通过分布式中央控制器 (CC) 和 3 个扩展装置 (EU)，SIMATIC S7-300 可以操作多达 32 个模块。所有模块均在外壳中运行，并且无需风扇。
• SIPLUS 模块可用于扩展的环境条件：
  适用于 -25 至 +60℃ 的温度范围及高湿度、结露以及有雾的环境条件。防直接日晒、雨淋或水溅，在防护等级为 IP20 机柜内使用时，可直接在汽车或室外建筑使用。不需要空气调节的机柜和 IP65 外壳。

设计

简单的结构使得 S7-300 使用灵活且易于维护：

• 安装模块：
  只需简单地将模块挂在安装导轨上，转动到位然后锁紧螺钉。
• 集成的背板总线： 
  背板总线集成到模块里。模块通过总线连接器相连，总线连接器插在外壳的背面。
• 模块采用机械编码，更换极为容易：
  更换模块时，必须拧下模块的固定螺钉。按下闭锁机构，可轻松拔下前连接器。前连接器上的编码装置防止将已接线的连接器错插到其他的模块上。
• 现场证明可靠的连接：
  对于信号模块，可以使用螺钉型、弹簧型或绝缘刺破型前连接器。
• TOP 连接：
  为采用螺钉型接线端子或弹簧型接线端子连接的 1 线 - 3 线连接系统提供预组装接线另外还可直接在信号模块上接线。
• 规定的安装深度：
  所有的连接和连接器都在模块上的凹槽内，并有前盖保护。因此，所有模块应有明确的安装深度。
• 无插槽规则:
  信号模块和通信处理器可以不受限制地以任何方式连接。系统可自行组态。

扩展

若用户的自动化任务需要 8 个以上的 SM、FM 或 CP 模块插槽时，则可对 S7-300（除 CPU 312 和 CPU 312C 外）进行扩展：

• 中央控制器和3个扩展机架多可连接32个模块：
  共可将 3 个扩展装置（EU）连接到中央控制器（CC）。每个 CC/EU 可以连接八个模块。
• 通过接口模板连接：
  每个 CC / EU 都有自己的接口模块。在中央控制器上它是被插在 CPU 旁边的插槽中，并自动处理与扩展装置的通信。
  • 通过 IM 365 扩展：
    1 个扩展装置远扩展距离为 1 米；电源电压也通过扩展装置提供。
  • 通过 IM 360/361 扩展：
    3 个扩展装置， CC 与 EU 之间以及 EU 与 EU 之间的远距离为 10m。
• 单独安装：
  对于单独的 CC/EU，也能够以更远的距离安装。两个相邻 CC/EU 或 EU/EU 之间的距离：长达 10m。
• 灵活的安装选项：
  CC/EU 既可以水平安装，也可以垂直安装。这样可以大限度满足空间要求。

通信

S7-300 具有不同的通信接口：

• 连接 AS-Interface、PROFIBUS 和 PROFINET/工业以太网总线系统的通信处理器。
• 用于点到点连接的通信处理器
• 多点接口 (MPI), 集成在 CPU 中；
  是一种经济有效的方案，可以同时连接编程器/PC、人机界面系统和其它的 SIMATIC S7/C7 自动化系统。

PROFIBUS DP进行过程通信

SIMATIC S7-300 通过通信处理器或通过配备集成 PROFIBUS DP 接口的 CPU 连接到 PROFIBUS DP 总线系统。通过带有 PROFIBUS DP 主站/从站接口的 CPU,可构建一个高速的分布式自动化系统，并且使得操作大大简化。

从用户的角度来看，PROFIBUS DP 上的分布式I/O处理与集中式I/O处理没有区别（相同的组态，编址及编程）。

以下设备可作为主站连接：

• SIMATIC S7-300
  （通过带 PROFIBUS DP 接口的 CPU 或 PROFIBUS DP CP）
• SIMATIC S7-400
  （通过带 PROFIBUS DP 接口的 CPU 或 PROFIBUS DP CP）
• SIMATIC C7 
  （通过带 PROFIBUS DP 接口的 C7 或 PROFIBUS DP CP）
• SIMATIC S5-115U/H、S5-135U 和 S5-155U/H，带IM 308
• SIMATIC 505

出于性能原因，每条线路上连接的主站不得过 2 个。

以下设备可作为从站连接：

• ET 200 分布式 I/O 设备
• S7-300，通过 CP 342-5
• CPU 313C-2 DP, CPU 314C-2 DP, CPU 314C-2 PN/DP, CPU 315-2 DP, CPU 315-2 PN/DP, CPU 317-2 DP, CPU 317-2 PN/DP and CPU 319-3 PN/DP
• C7-633/P DP, C7-633 DP, C7-634/P DP, C7-634 DP, C7-626 DP, C7-635, C7-636
• 现场设备

虽然带有 STEP 7 的编程器/PC 或 OP 是总线上的主站，但是只使用 MPI 功能，另外通过 PROFIBUS DP 也可部分提供 OP 功能。

通过 PROFINET IO 进行过程通信

SIMATIC S7-300 通过通信处理器或通过配备集成 PROFINET 接口的 CPU 连接到 PROFINET IO 总线系统。通过带有 PROFIBUS 接口的 CPU,可构建一个高速的分布式自动化系统，并且使得操作大大简化。

从用户的角度来看，PROFINET IO 上的分布式I/O处理与集中式I/O处理没有区别（相同的组态，编址及编程）。

可将下列设备作为 IO 控制器进行连接：

• SIMATIC S7-300
  （使用配备 PROFINET 接口或 PROFINET CP 的 CPU）
• SIMATIC ET 200
  （使用配备 PROFINET 接口的 CPU）
• SIMATIC S7-400
  （使用配备 PROFINET 接口或 PROFINET CP 的 CPU）

可将下列设备作为 IO 设备进行连接：

• ET 200 分布式 I/O 设备
• ET 200S IM151-8 PN/DP CPU, ET 200pro IM154-8 PN/DP CPU
• SIMATIC S7-300
  （使用配备 PROFINET 接口或 PROFINET CP 的 CPU）
• 现场设备

通过 AS-Interface 进行过程通信

S7-300 所配备的通信处理器 (CP 342-2) 适用于通过 AS-Interface 总线连接现场设备（AS-Interface 从站）。

更多信息，请参见通信处理器。

通过 CP 或集成接口（点对点）进行数据通信

通过 CP 340/CP 341 通信处理器或 CPU 313C-2 PtP 或 CPU 314C-2 PtP 的集成接口，可经济有效地建立点到点连接。有三种物理传输介质支持不同的通信协议：

• 20 mA (TTY)（仅 CP 340/CP 341）
• RS 232C/V.24（仅 CP 340/CP 341）
• RS 422/RS 485

可以连接以下设备：

• SIMATIC S7、SIMATIC S5 自动化系统和其他公司的系统
• 打印机
• 机器人控制
• 扫描器，条码阅读器，等

特殊功能块包括在通信功能手册的供货范围之内。

使用多点接口 (MPI) 进行数据通信

MPI（多点接口）是集成在 SIMATIC S7-300 CPU 上的通信接口。它可用于简单的网络任务。

• MPI 可以同时连接多个配有 STEP 7 的编程器/PC、HMI 系统（OP/OS）、S7-300 和 S7-400。
• 全局数据：
  “全局数据通信”服务可以在联网的 CPU 间周期性地进行数据交换。 一个 S7-300 CPU 可与多达 4 个数据包交换数据，每个数据包含有 22 字节数据，可同时有 16 个 CPU 参与数据交换（使用 STEP 7 V4.x）。 
  例如，可以允许一个 CPU 访问另一个 CPU 的输入/输出。只可通过 MPI 接口进行全局数据通信。
• 内部通信总线(C-bus)：
  CPU 的 MPI 直接连接到 S7-300 的 C 总线。因此，可以通过 MPI 从编程器直接找到与 C 总线连接的 FM/CP 模块的地址。
• 功能强大的通信技术：
  • 多达 32 个 MPI 节点。
  • 使用 SIMATIC S7-300/-400 的 S7 基本通信的每个 CPU 有多个通信接口。
  • 使用编程器/PC、SIMATIC HMI 系统和 SIMATIC S7-300/400 的 S7 通信的每个 CPU 有多个通信接口。
  • 数据传输速率 187.5 kbit/s 或 12 Mbit/s
• 灵活的组态选项：
  可靠的组件用于建立 MPI 通信： PROFIBUS 和“分布式 I/O”系列的总线电缆、总线连接器和 RS 485 中继器。使用这些组件，可以根据需求实现设计的优化调整。例如，任意两个MPI节点之间多可以开启10个中继器，以桥接更大的距离。

通过 CP 进行数据通信

SIMATIC S7-300 通过 CP 342 和 CP 343 通信处理器可以连接到 PROFIBUS 和工业以太网总线系统。

可以连接以下设备：

• SIMATIC S7-300
• SIMATIC S7-400
• SIMATIC S5-115U/H、S5-135U 和 S5-155U/H
• 编程器
• PC 机
• SIMATIC HMI 人机界面系统
• 数控装置
• 机器人控制
• 工业PC
• 驱动控制器
• 其它厂商设备

S7-300F

S7-300F 能够以两种 I/O 设计的方式运行：

• ET 200M 中的 I/O 设计：
  故障安全数字量/模拟量输入和输出模块用于集中式或分布式应用（Cat.4/SIL3 只能与隔离模块一起使用）
• ET 200S PROFIsafe 中的 I/O 设计：
  故障安全数字量输入和输出模块可用于分布式应用

S7-300

提供有大量功能，支持用户的S7-300编程、调试和维护等工作。

• 高速执行指令：
  指令执行时间低可达0.01 µs，为中低端性能设备开创了全新的应用方案。
• 浮点数运算：
  可以高效率地使用浮点运算甚至复数运算功能。
• 用户友好的参数赋值：
  仅需一个带有统一操作界面的软件工具，就可以完成所有模块的参数化工作。这降低了入职门槛和培训费用。
• 人机界面（HMI）：
  S7-300的操作系统已经集成了用户友好的人机界面服务。这些功能不再需要成本高昂的编程工作：SIMATIC HMI系统向SIMATIC S7-300请求过程数据， S7-300在期望的更新时间完成这些数据的传输工作。SIMATIC S7-300的操作系统可以地完成传输过程。并且完全使用相同的符号和数据库。
• 诊断功能：
  CPU 的智能诊断系统持续不断地检测系统的功能、记录故障信息和特定的系统事件（例如，时间错误、模块故障等）。采用环境缓冲区记录事件信息，并带有时间截，以利于今后的故障排除。
• 口令保护:
  使用密码保护功能高效、可靠地保护用户信息，以防受到非授权复制与更改。

SIMATIC S7-300符合的标准和国际标准有：

• DIN
• UL
• CSA
• FM class 1 div. 2；组别：A、B、C 和 D （温度组别：T4（≤135°C））
• ATEX
• 澳大利亚标志
• 以下船级社资格
  • 美国船级社
  • 法国船级社
  • 挪威船级社
  • 德国船级社
  • 英国劳氏船级社
  • 日本船级社（NK）
• 抗震

通讯

SIMATIC S7-300的CPU 支持以下通信类型：

• 过程通讯：
  对于通过总线（AS-接口、PROFIBUS DP 或者 PROFINET）实现循环寻址的I/O模块（互换过程图像）。从循环执行层调用过程通讯。
• 数据通讯：
  用于自动化系统间或多个自动化系统与HMI之间的数据交换。数据通信循环地进行，也可以基于事件驱动通过块由用户程序发起。

STEP 7的操作界面极为友好，显著地简化了用户的通信功能组态工作。

数据通讯

SIMATIC S7-300拥有不同的数据通信机制：

• 使用MPI，通过全局数据通信，实现联网CPU之间的数据包循环交换。
• 借助通信功能，与其它伙伴完成事件驱动型通信。网络连接通过MPI、PROFIBUS或PROFINET实现。

全局数据

借助“全局数据通信”服务，联网CPU彼此之间可以循环地交换数据（多可达8 GD 数据包，每周期22个字节）。据此，可以实现，例如，某个CPU访问另一个CPU的数据、位存储单元和过程图像等信息。只能通过 MPI 进行全局数据交换。组态通过STEP 7的GD表完成。

通讯功能

使用系统已经集成的块，可以建立S7/C7伙伴之间的通信服务。

这些服务是：

• 通过 MPI 进行 S7 基本通讯。
• 通过 MPI、C 总线、PROFIBUS 和 PROFINET/工业以太网的 S7 通讯。
  S7-300 可以用于：
  • 用作服务器时，使用MPI、C总线和PROFIBUS
  • 用作服务器或客户端时，使用集成式PROFINET接口

使用reloadable块，可以建立与S5伙伴和非西门子设备之间的通信服务。

这些服务是：

• 通过 PROFIBUS 和工业以太网进行的 S5 兼容通讯。
• 通过 PROFIBUS 和工业以太网进行的标准通讯（非西门子系统）。

与全局数据不同的是，对于通信功能，必须为其建立通信连接。

集成到 IT 领域中

借助自动化工程组态，使用S7-300，可以更加方便地接入现代化的信息技术世界。使用CP 343-1 Advanced，可以实现以下信息技术功能：

• IP 路由；
  借助IP访问列表，将IP V4报文以不低于Gigabit的速度转发至受控PROFINET接口。
• WEB 服务器；
  使用标准浏览器，可以浏览大至30 MB可自由定义的HTML网页；通过FTP处理自己的文件系统中的数据
• 标准诊断页；
  无需额外工具，就可以在工厂内完成插装在安装机架上的所有模块的快速诊断工作。
• E-mail；
  直接从用户程序中发送电子邮件。电子邮件客户端设计有通知功能，可以在控制程序中直接通知用户。
• 通过 FTP 进行通讯；
  大多数操作系统平台都可以使用的开放协议
• 设计有30 MB RAM文件系统，可以用作动态数据的中间存储器。

S7-300 PROFINET CPU集成有Web服务器。因此，标准Web浏览器可以读出S7-300站中的信息：

• CPU 一般信息
• 诊断缓冲区的内容
• 变量表
• 标签状态
• 模块的状态
• 报文
• 工业以太网的相关信息
• PROFINET 节点的拓扑结构

等时模式

使用系统功能“同步模式”，可以同步耦合

• 分布式信号采集、
• PROFIBUS 信号传输和
• 程序执行

总线周期时间的程序运行。

创建了自动化解决方案，可以以固定间隔时间（常量总线周期时间）捕捉并处理输入和输出信号。同时创建了前后一致的部分过程图像。

借助常量总线周期时间和分布式I/O同步信号处理技术，S7-300确保可以地重现规定的过程响应时间。

为同步模式系统功能提供了极为丰富的支持组件，可以处理运动控制、测量值采集和高速控制等领域的苛刻任务。

在分布式自动化解决方案中，目前的SIMATIC S7-300开始涉足重要的高速加工处理应用领域，并确保可以获得高的精度和可重现性。这意味着可以以稳定的产品不断地扩大生产数量。

模块的诊断和过程监视

SIMATIC S7-300的大量输入/输出模块都具有智能功能：

• 信号采用的监控（诊断）。
• 监控来自过程的信号（硬件中断）。

诊断

诊断功能可以用来判断模块的信号采集（针对数字量模块）或者模拟量处理（针对模拟模块）是否工作于无故障状态。在诊断分析中，必须区分可参数化和非参数化诊断消息：

• 可参数赋值的诊断报文：
  仅由合适的设定参数启用之后才会发出诊断消息。
• 不可参数赋值的诊断报文：
  这些消息的发出是一个常规事件，即该过程与参数化无关。

如果某个诊断消息处于激活状态（例如“无传感器输入”），则模块会发起一个诊断中断（若已经为该诊断消息设置了参数，则仅在相应的参数化过程之后才会产生中断）。CPU会中断用户程序或较低优先级任务的执行，并接下来执行相关的诊断中断块（OB 82）。

数字量输入/输出模块
诊断报文	可能的故障原因
无传感器输入	传感器输入过载 传感器输入至M之间存在短路
无外部辅助电压	模块无 L+ 电压
无内部辅助电压	模块无 L+ 电压 内部模块保险丝故障
保险丝烧断	内部模块保险丝故障
模块中的参数不正确	传输到模块的参数不正确
时间监控功能已经编址（看门狗）	高电磁干扰 模块故障
EPROM 故障	高电磁干扰 模块故障
RAM 故障	高电磁干扰 模块故障
硬件中断丢失	硬件中断到来的速度过了CPU的处理能力

模拟量输入模块
诊断报文	可能的故障原因
无外部负载电压	模块无 L+ 负载电压
组态/参数化错误	传输到模块的参数不正确
共模错误	输入（M-）之间的UCM 电压差和测量回路（MANA）的参考电压过高
断路	传感器回路的电阻过高 模块和传感器之间的连接线出现断路 通道未切换（开）
低于测量范围的下限	输入值低于正常范围，可能因故障所至 量程为 4 至 20 mA，1 至 5 伏： 传感器极性接反； 量程选择错误 其它量程： 量程选择错误
高于测量范围的上限	输入值出量程

模拟量输出模块
诊断报文	可能的故障原因
无外部负载电压	模块无 L+ 负载电压
组态/参数化错误	传输到模块的参数不正确
M 短路	输出过载 输出 QV 至 MANA 短路
断路	执行器电阻过高 模块和执行器之间的连接线出现断路 通道未使用（打开）

硬件中断

通过硬件中断可以监控过程信号，并且，可以触发针对信号变化的响应。

• 数字量输入模块：
  根据参数设置的不同，针对每个通道组，当信号状态发生改变时，模块都可以发起硬件中断，触发沿可以选用上升沿、下降沿或者混合使用上升沿和下降沿。CPU会中断用户程序或较低优先级任务的执行，并接下来执行相关的诊断中断块（OB 40）。信号模块可以缓冲一次中断/通道。
• 模拟量输入模块：
  通过上限值和下限值的参数值，可以设定其工作范围。模块将数字化测量值与这些极限值进行比较。当测量值违反了其中任何一个限定值时，就会触发硬件中断。CPU会中断用户程序或较低优先级任务的执行，并接下来执行相关的诊断中断块（OB 40）。如果极限高于/低于过量程/欠量程，则无法进行比较。
  

S7-300F

运行模式

S7-300F的安全功能包含在CPU的F程序中，并且位于故障安全信号模块之内。

信号模块采用差异分析方法和测试信号注入技术实现输出和输入信号的监控。

借助周期性自检、指令检测、程序逻辑检测和程序顺序流检测等方法，CPU可以检测控制器是否工作正常。此外，通过“活跃标志（sign-of-life）”请求，还可以对I/O进行检测。

若判定系统中存在故障，则将该系统切换至安全状态。

编程

CPU 315F与安全有关的程序采用STEP 7语言的梯形图（LAD）和功能图（FBD）编制。与运行有关的功能范围和数据类型均限于在此处设置。编译时使用特定的格式和参数，可以创建安全相关程序。在单个CPU中，标准程序可以同时与故障安全程序一起运行（共存），无任何限制。

该软件包的另一个组件是F库，配有TUV认可的安全相关功能的编程实例。这些编程实例可以更改，但更改必须再次。

S7 F分布式安全选项软件包

编制安全相关的程序段时，必须使用选项软件包“S7 F Distributed Safety”。该软件包含有创建F程序所需要的全部功能和块。运行S7 F Distributed Safety必须安装不低于V5.1SP3版的STEP 7。

通用技术数据
防护等级	IP20，符合 IEC 60 529
环境温度
水平安装时	0 到 60 °C
垂直安装时	0 至 40 °C
相对湿度	10 - 95%，无冷凝，相当于相对湿度 (RH)，应力等级 2，符合 IEC 61131 第 2 部分
大气压	1080 ～ 795 hPa（相当于海拔 -1000 ～ +　2000 m）
绝缘
< 50 V	500 VDC 测试电压
< 150 V	2500 V DC 测试电压
< 250 V	4000 V DC 测试电压
电磁兼容性	电磁兼容性指令要求； 抗扰性，依据标准 IEC 61000-6-2
脉冲形干扰变量	测试依据： 静电放电：IEC 61000-4-2； 突发脉冲：IEC 61000-4-4； 浪涌脉冲： IEC 61000-4-5
正弦干扰变量	测试依据： 高频辐射符合 IEC 61000-4-3， 高频去耦合符合 IEC 61000-4-6
射频干扰	干扰辐射：EN 50081-2 根据以下标准进行测试： 根据 EN 55016 进行辐射干扰测试： A 级限值（测量距离为 10 m） 电流电源电磁干扰，EN 55011： A 级限值，组 1
机械负载
抗振性	频率范围 10 Hz ≤ f ≤ 58 Hz 连续：振幅 0.0375 mm 间歇：振幅 0.75 mm 频率范围 58 Hz ≤ f ≤ 150 Hz 连续：恒定加速度 0.5 g 间歇：恒定加速度 1 g 测试标准 IEC 60068-2-6 测试方法： 5 Hz ≤ f ≤ 9 Hz，恒定振幅 3.5 mm， 9 Hz ≤ f ≤150 Hz，恒定加速度 1 g; 振动持续时间：在 X、Y、Z 三个方向上，各 10 次
抗冲击性	测试标准 IEC 60068-2-27 测试方法： 半正弦波： 冲击强度 15 g（峰值），持续时间 11 ms； 冲击方向：三个相互垂直轴的每个轴的正、负方向上

S7-200 SMART PLC

S7-400 是 SIMATIC 控制器家族中功能为强大的 PLC。它可以实现全集成自动化 (TIA) 解决方案。S7-400 是一个用于制造业和过程工业系统解决方案的自动化平台，其主要特点是具有模块化的结构并拥有性能储备。

S7-400

• 中端到高端性能范围内功能强大的 PLC
• 可满足要求极为苛刻的任务的解决方案
• 全面的模块和各种性能等级 CPU 可针对具体自动化任务进行佳调整
• 可实现分布式结构，适用十分灵活
• 连接方便
• 优通信和联网功能
• 操作方便，设计简单，不含风扇
• 任务增加时可顺利扩展
• 多重计算：
  多个 CPU 在一个 S7-400 中央控制器中同时运行。
  多重计算功能可对 S7-400 的体性能进行分配。例如，可将复杂的技术任务（如开环控制、计算或通信）进行拆分并分配给不同的 CPU。可以为每个 CPU 分配自己的 I/O。
• 模块化：
  通过功能强大的 S7-400 背板总线和可直接连接到 CPU 的通信接口，可实现许多大量通信线路的高性能操作。例如，这样可以拥有一条用于 HMI 和编程任务的通信线路、一条用于高性能等距运动控制组件的通信线路和一条“正常”I/O 现场总线。另外，还可以实现额外需要的与 MES/ERP 系统或 Internet 的连接。
• 工程组态和诊断：
  结合使用 SIMATIC 工程组态工具，可极为高效地对 S7-400 进行组态和编程，尤其对于采用高性能工程组件的广泛自动化任务。为此，可以使用高级语言（如 SCL）以及用于顺序控制、状态图和工艺图的图形化组态工具。

S7-400H

• 具有冗余设计的高可用性自动化系统。
• 用于具有很高故障安全要求的应用：
  重新启动成本很高、停产代价高昂、几乎不需要监视且维护选项较少的过程。
• 冗余设计的集中功能
• 提高 I/O 的可用性：切换式 I/O 配置
• 也可使用具有标准可用性的 I/O：单侧配置
• 热后备：发生故障时，自动切换到备用设备。
• 包含 2 个单独机架或一个分隔式中央机架的配置
• 通过冗余 PROFIBUS DP 或系统冗余 PROFINET I/O 来连接切换式 I/O。

S7-400F/FH

• 故障安全型自动化系统，适用于具有很高安全要求的工厂
• 符合相关标准的安全要求（IEC 61508 的 SIL 3、DIN V 19250 的 AK6 以及EN 954-1 的 Cat.4）
• 如果需要，也可通过冗余设计来实现容错
• 不对安全相关 I/O 进行额外接线
• 通过采用 PROFIsafe 行规的 PROFIBUS DP 实现安全通信
• 基于带有故障安全模块的 S7-400H 和分布式 ET 200 I/O
• 适用于非安全相关应用的标准模块也可以在自动化系统中使用
• 隔离模块用于在一个 ET 200M 的安全模式下组合使用故障安全模块和标准模块。

产品目录 ST 70

在产品目录 ST 70 中也可找到有关 SIMATIC S7-400 的信息：

http://www.automation.siemens.com/salesmaterial-as/catalog/en/simatic_st70_chap06_english_2013.pdf

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极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，因此拥有极高的工业适用性。
• 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，设备停机会产生极高的成本。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

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。

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，多可以连接 125 个PROFIBUS DP 从站。可以将多 256 个 PROFINET IO 设备连接到 PROFINET 接口。SIMATIC S7-400 的所有 CPU 均可处理极大型的配置。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中央控制器时，则可以对 S7-400 进行扩展：

• 多 21 个扩展单元：
  可将多 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 中可将多 6 个发送 IM 插到 CC 中（其中多 2 个带 5-V 电源），并可将多 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 和后一个 EU 之间的大线路距离：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 和后一个 EU 之间的大线路距离：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	大（）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，可以连接含有多 125 个总线节点的总线。CC 与总线上后一个节点之间的大距离：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，可将多 6 个扩展单元连接到 C 总线。
• MPI 的性能数据：
  • 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。随后可以连接多 32 个大传输速率为 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。

中央功能采用冗余设计。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。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

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。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。

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
• CSA 或 cULus
• FM
• ATEX
• 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
  • 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》。

设计

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

S7-400 设计简洁，使用灵活，操作极为方便：

• 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。
• 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（多可达 16 个 GD 数据包，每个循环的大 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，并可实现高精度和可重现性。这意味着可在提供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优先级任务的处理，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。

根据模块类型的不同，提供了各种不同诊断消息：

数字量输入/输出模块
诊断消息	可能的故障原因
无传感器电源	传感器电源过载 传感器电源对 M 短路
无外部辅助电压	模块无电源电压 L+
无内部辅助电压	模块无电源电压 L+ 内部模块熔断器有故障
熔断器烧断	内部模块熔断器有故障
模块中的参数不正确	传输到模块的参数不正确
时间看门够脱落	定期出现高电磁干扰 模块有故障
EPROM 故障	定期出现高电磁干扰 模块有故障
RAM 故障	定期出现高电磁干扰 模块有故障
硬件中断丢失	硬件中断到来的速度过 CPU 的处理能力

模拟量输入模块
诊断消息	可能的故障原因
无外部负载电压	模块无负载电压 L+
组态/参数设置错误	传输到模块的参数不正确
共模错误	输入 (M-) 和测量电路的参考电位 (MANA) 之间的电位差 UCM 过高
断线	传感器电路的电阻过高 模块和传感器之间的线路中断 通道未切换（断开）
低于量程下限	输入值低于前量程值，此故障的可能原因是 量程 4 - 20 mA、1 - 5 V： 传感器极性接反； 选择的量程不正确 其它量程： 选择的量程不正确
高于量程上限	输入值出过量程值

模拟量输出模块
诊断消息	可能的故障原因
无外部负载电压	模块无负载电压 L+
组态/参数设置错误	传输到模块的参数不正确
对 M 短路	输出过载 输出 QV 对 MANA 短路
断线	执行器电阻过高 模块和执行器之间的线路中断 通道未使用（断开）

硬件中断

可以监控过程信号，并且可通过过程中断触发对信号变化的响应。

• 数字量输入模块：
  根据具体参数设置，该模块可在信号状态变化的上升沿、下降沿或上升沿和下降沿上为每个通道组触发硬件中断。CPU 中断用户程序或低优先级任务的处理，并处理相关过程中断块（例如，OB 40）。信号模块可以每个通道缓冲一个中断。
• 模拟量输入模块：
  通过设置上限值和下限值，可以定义工作范围。模块将数字化测量值与这些限值进行比较。若测量值违反其中任何一个限值，就会触发硬件中断。CPU 中断用户程序或低优先级任务的处理，并处理相关过程中断块（例如，OB 40）。若限值高于/低于过量程/欠量程值，则不进行进行比较。

S7-400H

容错通信

进行高可用性通信时，SIMATIC 将提供以下功能：

• 更高可用性：
  发生故障时，通信可通过多 4 个冗余连接继续进行。
• 操作简便；
  高可用性对用户来说并不是透明的。可以并经过任何改动而采用标准通信的用户程序。冗余功能仅在参数设置阶段进行定义。

S7-400H（冗余和非冗余配置）和 PC 目前支持容错通信。在 PC 上，需要安装 Redconnect 程序包（参见“SIMATIC NET 通信系统”）。

根据具体可用性要求，可使用不同组态选项：

• 单一总线或冗余总线。
• 总线型拓扑或环型拓扑总线。

操作模式

CPU 417-5H/416-5H/414-5H/412-5H 的操作系统可执行 S7-400H 的所有必要额外功能：

• 数据交换
• 故障响应（故障转移至备用设备）
• 两个子单元的同步
• 自检

冗余原理

S7-400H 按“热备份”模式下的主动冗余原理工作（发生故障时执行无反应的自动切换）。根据该原理，在无故障运行期间，两个子单元都处于激活状态。发生故障时，未发生故障的设备独自接管过程控制。

为确保平稳接管，必须通过中央控制器链路实现高速、可靠的数据交换。

在故障转移期间，设备会自动保留：

• 相同的用户程序
• 相同的数据块
• 相同的过程映像内容
• 相同的内部数据，如定时器、计数器、位存储器等

这意味着，这两个设备始终保持在新状态，并且可以在出现故障时独立地继续执行控制。

采用冗余 I/O 操作时，这会带来以下结果：

• 在无故障的运行期间，两个模块均处于激活状态，例如在采用冗余输入时，将通过两个模块读取共用传感器（也可以是两个传感器）的信号，对结果进行比较并提供给用户以作为用于进一步处理的统一值。采用冗余输出时，由用户程序计算的值通过两个模块进行输出。
• 发生故障时（例如，两个输入模块出现故障），不再对有故障的模块寻址，发生故障信号，仅未受影响的模块继续运行。在线进行修复之后，将再次对两个模块寻址。

同步

为了实现无反应切换，需要对两个子单元进行同步。

S7-400H 遵循“时间驱动的同步”工作原理。

每当子单元中发生可能导致不同内部状态的事件时，都会执行同步操作，例如在发生以下事件时：

• 直接访问 I/O
• 中断、报警
• 更新用户时间
• 通过通信功能修改数据

同步是通过操作系统自动进行的，可在编程阶段将其忽略。

自检

S7-400H 可执行大量自检。自检涉及以下方面：

• 中央控制器的连接
• 中央处理单元
• 处理器/ASIC
• 存储器

报告每个检测到的故障。

启动时自检

启动时，每个子单元都会完整执行全部自检功能。

循环操作期间的自检

完整的自检分布在多个循环中。每个循环仅执行一小部分自检，因此，实际控制器所承受的负荷不是很大。

组态、编程

S7-400H 的编程与 S7-400 类似。所有可用的 STEP 7 功能都可以使用。

对 S7-400H 编程需要使用 STEP 7 V5.2。

I/O 模块的组态

硬件组态时，用户必须通过 HW Config 相互形成冗余的模块。只需要在冗余模式下运行的模块以及要作为“冗余伙伴”的第二个模块。在用户程序中，应访问具有低地址的模块。第二个地址不向用户显示，并且含有冗余和非冗余 I/O 的控制部分的编程完全相同。与非冗余 I/O 之间的差别是块库中的两个函数块（RED_IN 和 RED_OUT），需要在用户程序的开始处和结束处调用这两个函数块。

在 STEP 7 V5.3 或更高版本中，该库已作为标准库集成到 STEP 7 中。

S7-400H

S7-400F/FH 满足下列安全要求：

• 要求等级 AK 1 至 AK 6，根据 DIN V 19250/DIN V VDE 0801
• 安全要求等级 SIL 1 至 SIL 3，根据 IEC 61508
• Cat1 至 Cat4，根据 EN 954-1

操作模式

S7-400F/FH 的安全功能包含在 CPU 的 F 程序中，并包含在故障安全信号模块中。

信号模块通过差异分析和测试信号注入来监控输出和输入信号。

通过定期自检、命令测试以及按时间顺序执行的逻辑程序执行检查，CPU 可检查控制器的运行是否正常。此外，通过状态监视 (sign-of-life) 请求，还可以检查 I/O 状况。

若在系统中诊断出故障，则将系统切换到安全状态。

F-Runtime 许可证

必须将 F-Runtime 许可证加载到 CPU 上以运行 S7-400F/FH。每个 S7-400F/FH 都需要一份许可证。

编程

S7-400F/FH 的编程方式与其它 SIMATIC S7 系统的编程方式相同。非故障安全工厂部分的用户程序可用成熟可靠的编程工具（如 STEP 7）来创建。

S7 F Systems 可选软件包

编程安全相关的程序段时，需要使用可选软件包“S7 F Systems”。该软件中包括创建 F 程序所需的全部函数和块。

对于包含安全功能的 F 程序，可使用 CFC 调用来 F 库中的函数块并进行互连。使用 CFC 可以简化工厂的组态和编程工作，由于工厂范围内具有统一的表示形式，也将简了验收测试。无需使用额外工具，程序员就可以完全专注于安全相关应用程序。

通用技术数据
防护等级	IP20
环境温度	0－60 °C
相对湿度	5 ~ 95%，无凝露
气压	1080 ~ 795 hPa（对应于 -1000 至 +2000 m 高度）
电磁兼容性
抗干扰性	符合 EN 61000-6-2
辐射干扰	符合 EN 61000-6-4
机械负载
抗振性，根据标准	IEC 60068-2-6（正弦波） 10 ~ 58 Hz；恒定幅度 0.075 mm； 58 ~ 500 Hz；恒定加速度 1 g；振荡持续时间：在 X、Y、Z 三个方向上各 10 次
抗冲击性，根据标准	IEC 60068-2-27 冲击类型： 半正弦； 冲击强度 10g（峰值），持续时间 6 ms 冲击方向：在X、Y、Z 三个方向上各 100 次。