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基础信息Product information

产品名称:西门子S7-1200/6ES7231-5PF32-0XB0

产品简介:

西门子S7-1200/6ES7231-5PF32-0XB0
湖南昭伟智能科技有限公司本着“以人为本、科技先导、顾客满意、持续改进"的工作方针,致力于工业自动化控制领域的产品开发、工程配套和系统集成,拥有丰富的自动化产品的应用和实践经验以及雄厚的技术力量,尤其以PLC复杂控制系统、传动技术应用、伺服控制系统、数控备品备件、人机界面及网络/软件应用为公司的技术特长。

访问量:20

更新时间:2020-06-09

产品特性Product characteristics

西门子S7-1200/6ES7231-5PF32-0XB0

  

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:

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超过 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

  • 输入值超出过量程值

 

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)


西门子S7-1200/6ES7231-5PF32-0XB0

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。

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