SIMATIC ET 200S 故障安全型 CPU：

• SIMATIC IM 151-7 F-CPU
• SIMATIC IM 151-8 F PN/DP CPU
• SIPLUS 型号
  • 用于 SIMATIC ET 200S、带有集成故障安全 CPU 的接口模块
  • 带 DP/MPI 接口
  • 用于构建故障安全型自动化系统，提高工厂的安全性
  • 根据标准 IEC 61508、IEC 62061 的标定，高可符合 SIL 3 安全要求；根据标准 13849.1 的规定，可符合 PL e 的安全要求。
  • 故障安全 I/O 模块可通过 DP 主站模块 (PROFIsafe) 连接在分布式配置中
  • ET200S PROFIsafe 的安全保护 I/O 模块可以集中连接。
  • 支持没有安全保护功能的标准模块

IM 151-7 F-CPU接口模块包括:

• 微处理器; 每条二进制指令的处理时间为100 ns
• 128 KB RAM
• 可以进行高度的模块化扩展, 因而具有大的灵活性; 在必要的时候,多可以混合连接 63个 I/O 模块 (电源模块, 电子模块, 工艺模块和 电动机起动器模块)
• 组合的多点接口 PG, OP/DP, 通过 RS 485 (铜质的 9-针 sub-D 插座) 可配置为 DP 的从站或 MPI
• 为了保护应用程序不致被没有授权的人员访问,设有密码
• 诊断缓冲器,可以存储 100 个先前发生的故障和运行中断事件
• SIMATIC MMC
  • 没有电池, 无须进行数据备份的维护工作
  • 程序备份 (装载存储器)
  • 通过MMC可以进行微程序(软件)的刷新
  • MMC卡上装有外部装载存储器
• 通过MMC进行软件的刷新
• 设有硬件时钟; 可以提供CPU的诊断信息帧,并记录日期和时间
• 集成的通讯功能:
  • 编程器/OP 通讯
  • PROFIBUS DP 从站/MP
• 作为器的基本通讯功能 (利用 I-Put/I-Get, S7-CPUs 通过PROFIBUS总线从IM 151-7 F CPU接口模块访问数据 )
• TeleService(远程)

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 。
• 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 认证
• CSA 认证 或 cULus 认证
• FM 认证
• ATEX 认证
• C-Tick、EMC 标记，适用于澳大利亚和新西兰
• IEC 61131-2
• 船级社的船用认证
  • 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”，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。

这些包括：

• 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。

这些包括：

• 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 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 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 可确保精确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），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：

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 的操作系统可自主执行 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，两个输入模块之一出现故障），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 指定相互形成冗余的模块。只需指定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 库中的专用函数块并进行互连。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。

西门子S7系统PLC的符号编程基础介绍

一、系统存储区

S7的系统存储区集成在CPU中，不能被扩展。系统存储区根据功能分为不同的区域供用户使用。在用户程序中使用相应的指令可以在相应的地址区内直接对数据进行寻址。

1．输入过程暂存区（I）

2．输出过程暂存区（Q）

3．位存储区（M）

4．外部输入输出（PI/PQ）

5．计时器（T）

6．计数器（C）

7．数据块（DB）

8．局部数据（L）

二、地址寻址

什么是地址寻址？

1.位寻址

2.字节寻址

3.字寻址

4.双字寻址

三、符号地址寻址

1.       全局符号

在符号编辑器中定义的符号。

2.       局部符号

局部符号是在程序块中变量申明区中定义，定义的对象也只限于本块的块参数、静态数据和临时数据等，且所定义的符号只在本程序块中有效。

• CPU 1512SP-1 PN 适用于基于 S7-1500 CPU 1513-1 PN 的 SIMATIC ET 200SP
• 适用于对程序范围和处理速度具有中等要求的应用，通过 PROFINET IO 和 PROFIBUS DP 进行分布式配置。
• 增强了系统和设备的可用性
• 可连接多 128 个 IO 设备的 PROFINET IO 控制器
• PROFINET I-Device，用于连接作为智能 PROFINET 设备、带 SIMATIC 或第三方 PROFINET I/O 控制器的 CPU
• 适用于 4 个控制器的 PROFINET 共享智能设备
• PROFINET IO IRT 接口，带集成 3 端口交换机
• 经由 PROFIBUS 的等时同步模式
• 具有多种通信功能：
  编程器/OP 通信，PROFINET IO，开放式 IE 通信（TCP，ISO-on-TCP 和 UDP），Web 器和 S7 通信 （带可装载的 FB）
• 可选 PROFIBUS DP 主站，用于 125 个 PROFIBUS DP 从站（带 CM DP 模块 6ES7545-5DA00-0AB0）
• 可选 PROFIBUS DP 从站（带 CM DP 模块 6ES7545-5DA00-0AB0）
• 组态控制（选项处理）
• 集成运动控制功能，可以控制速度控制轴和定位轴，支持外部编码器

注

CPU 的运行需要使用 SIMATIC 存储卡。
总线适配器不在供货范围内，需要单独订购。

CPU 1512SP-1 PN 适用于独立生产技术领域中对处理性能和响应速度具有中等要求的应用。CPU 1512SP-1 PN 可被用作 PROFINET IO 控制器或分布智能系统（PROFINET 智能设备）。集成式 PROFINET IO IRT 接口的设计形式为 3 端口交换机，这样就可以在系统中通过端口 1 和 2 建立总线型拓扑，并且也可通过端口 3 来连接编程设备/PC 或 HMI 设备。

作为智能设备使用时，CPU 1512SP-1 PN 可实现在本地对过程数据进行分布式预处理，并且仅将实际需要的信息传输到上位控制器。这样做有以下优势：

• 减轻中央控制器的工作负荷
• 缩短对现场重要信号的响应时间
• 数据量减少，总线系统上的负荷降低
• 各单元经过预测试并进行平行调试，设置更快速
• 由于自带机械装置,增加了可用性和灵活性
• 组态清晰明了

CPU 1512SP-1 PN 完全独立于中央控制器运行。如果其发生故障，CPU 1512SP-1 PN 仍继续运行。

位模块化设计的 ET 200SP I/O 系统和 CPU 1512SP-1 PN 可实现面向功能的站设计。

另外，CPU 通过易组态的块提供全面控制功能，以及通过标准化 PLC-open 块 提供连接至驱动器的能力。

CPU 1512SP-1 PN CPU 可直接卡装到标准安装导轨上。它具有：

• A powerful processor:
  The CPU achieves command execution times as low as 48 ns per binary instruction.
• 大容量工作存储器：
  200 KB 用于程序，1 MB 用于数据
• SIMATIC 存储卡作为装载存储器；
  允许附加固件更新、数据日志和归档等功能
• 位模块化扩展性，灵活性好；
  任意组合达 64 个 I/O 模块（I/O 模块、工艺模块和通信模块）。大 1 m 的站宽度。
• PROFINET IO IRT 接口，带集成 3 端口交换机：
  • 端口 1 和 2 通过总线适配器来连接
    （CPU 1512SP-1 PN 未提供总线适配器，不使用该适配器也可运行）。
    如果需要，相应的总线适配器（BA 2xRJ45 或 BA 2xFC）需单独订购。）
  • 端口 3 集成式 RJ45 接口
• 集成通信功能：
  • 编程器/OP 通信
  • PROFINET IO
  • 开放式 IE 通讯（TCP，ISO-on-TCP 和 UDP）
  • Web 器
  • S7 通信
  • S7 路由
  • 数据集路由
• 免维护数据备份（无电池）
• 用于错误 (Error)、运行状况 (RUN/Stop)、维护 (MT)、电源 (PWR) 以及每个端口一个链路 LED 的诊断显示
• 可选标签采用浅灰色或黄色标签条。有两种材料可供选择：
  • 标签箔和带有 500 个标签条的标签卷，用于热转印打印机
  • 标签纸 (280 g/m2)，规格 DIN A4，每张 100 个标签条，适用于激光打印机
• ET 200SP CPU 可带有一个参考 ID 标签
• 借助于总线适配器，可实现不同的 PROFINET 连接类型
  • 在标准环境条件下，BA 2xRJ45 用于通过 RJ45 插头进行连接
  • 对于运行期间的机械负荷和/或更高的 EMC 要求，可使用 BA 2xFC 来直接连接 PROFINET 电缆
• 在将 AC I/O 模块或 AI Energy Meter ST 用作第一个 I/O 模块时，应将深色的基本单元用作 ET 200SP CPU 后面的第一个基本单元

西门子MASTERDRIVES系列驱动器

西门子SIMATIC系列PLC的子系列的功能和适用范围

SIMATIC S7-200系列PLC

SIMATIC S7-200系列PLC适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此S7-200系列具有极高的性价格比。S7-200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。    

SIMATIC S7-300系列PLC

S7-300是SIMATIC控制器中销售量多的产品，它已成功地用于范围广泛的自动化领域。S7-300 的重点在于为生产制造工程中的系统解决方案提供一个通用的自动化平台，是用于集中式或分布式结构的解决方案。模块化设计，安装简单、维护方便。

S7系列PLC分为S7-200小型机、 S7-300中型机、S7-400大型机。S7-200系列PLC是西门子公司20世纪90年代推出的整体式小型机，其结构紧凑、功能强，具有很高的性能价格比，在中小规模控制系统中应用广泛。

CP443-5 扩展通信处理器是 PROFIBUS 总线系统的 SIMATIC S7-400 所需的模块。

它减轻了 CPU 的通信任务，并可进行进一步的附加连接。

通过通信模块实现的 S7-400 通信选项：

• 按照 IEC 61158/EN 50170 充当 PROFIBUS-DP 主站
• 与编程部件、操作器接口系统的通信
• 与其他 SIMATIC S7 系统进行通信。
• 与 SIMATIC S5 可编程控制器的通信；
• 可运行的的 CP 数目取决于所使用的 CPU 的性能范围和通信。

Functions