西门子S7-400机架6ES7400-1TA11-0AA0
西门子S7-400机架6ES7400-1TA11-0AA0
SIEMENS 可编程控制器
上海努实自动化控制设备有限公司
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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）
西门子S7-400机架6ES7400-1TA11-0AA0 
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
西门子S7-400CPU模块6ES7416-3XR05-0AB0西门子S7-400CPU模块6ES7416-3XR05-0AB0
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
西门子S7-400CPU模块6ES7416-3XR05-0AB0西门子S7-400CPU模块6ES7416-3XR05-0AB0
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
西门子S7-400CPU模块6ES7416-3XR05-0AB0西门子S7-400CPU模块6ES7416-3XR05-0AB0
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。
