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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。
• zui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（zui多可达 16 个 GD 数据包，每个循环的zui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zui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*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zui高精度和可重现性。这意味着可在提供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）

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提示：

液晶触摸屏和可编程控制器组成的控制系统(PLC-GOT)，决不意味着就是将两者在电路上简单地结合起来。也不是仅仅用GOT取代原来控制面板上的指示灯、开关和仪表。由于“人机对话”功能的升级，将使得整个系统的功能产生革命性的变化。GOT应该成为系统的组织者和管理者，而不仅仅是当PLC运行中，需要显示时才被动地去显示一些

    液晶触摸屏和可编程控制器组成的控制系统(PLC-GOT)，决不意味着就是将两者在电路上简单地结合起来。也不是仅仅用GOT取代原来控制面板上的指示灯、开关和仪表。由于“人机对话”功能的升级，将使得整个系统的功能产生革命性的变化。GOT应该成为系统的组织者和管理者，而不仅仅是当PLC运行中，需要显示时才被动地去显示一些数据。请读者从这一新的设计理念出发来阅读本章的内容。

    一、切莫大材小用

    既然已经用PLC和GOT取代了原先相对落后的控制系统，那么就必须充分而有效地利用这样的有利条件，也就是充分利用计算机强大的软件资源、多媒体资源和通信能力，而绝不是简单取代了原有的功能了事，否则就太大材小用了。

    二、必须理解成一个小的综合管理系统

    任何一个控制系统除了处于正常连续控制状态外，必然还有很多其他的状态。例如每一个器件或组件，在安装或维修之后需要一一试车。不少部件或信号通道需要标定和校正。可能有些相关的信息和数据需要注册和设定。出现故障时，除了进行有效的保护外，还应该对检查和注意事项进行提示。对工作的数量、质量和经济性进行记录、统计、分析，形成报表。主动进行汇报和应对咨询等工作，这些都是在有了强大的人机对话功能后，需要尽可能实现的。这就是综合管理系统。

    三、“以软代硬”为产品的通用性、系列化、升级换代工作，提供了更大的可能性

    无论是用于PLC中，还是用于GOT中，软件产品的模块化设计，是保证通用性的重要方法。因为在不同的系统中，特别是在类似产品的不同系列中，经常会有很多功能模块是相同的，基本上*可移植。其次，应该将计算用模块中使用的参数安排成可替换的。所有参数在一定的数值范围之内都是可用的。如果将程序块比喻为一个多元变量的方程，是具有通用性的。每一次使用时，只需事先给每一个变量赋值，即可得到所需要的结果。这种程序与数据分离的方法，不仅思路清晰，可读性强，移植方便，而且修改和补充升级也较灵活方便。这与高级语言的编写方法是类似的。