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CP443-5 擴展通信處理器是 PROFIBUS 總線系統的 SIMATIC S7-400 所需的模塊。

它減輕了 CPU 的通信任務，并可進行進一步的附加連接。

通過通信模塊實現的 S7-400 通信選項：

• 按照 IEC 61158/EN 50170 充當 PROFIBUS-DP 主站
• 與編程部件、操作器接口系統的通信
• 與其他 SIMATIC S7 系統進行通信。
• 與 SIMATIC S5 可編程控制器的通信；
• 可運行的的 CP 數目取決于所使用的 CPU 的性能范圍和通信。

Functions

S7-400

大量功能可支持用戶對 S7-400 進行編程、調試和維護：

• 高速指令執行。
• 用戶友好的參數分配
• 人機界面：
  S7-400 的操作系統中集成了用戶友好的 OCM 。
• 診斷功能和自檢：
  CPU 的智能診斷系統可連續檢查系統功能并記錄錯誤和特定系統事件。
• 密碼保護。
• 模式選擇開關
• 系統功能

SIMATIC S7-400 符合以下國內和國際標準：

• CE 標志
• UL 認證
• CSA 認證 或 cULus 認證
• FM 認證
• ATEX 認證
• C-Tick、EMC 標記，適用于澳大利亞和新西蘭
• IEC 61131-2
• 船級社的船用認證
  • ABS（美國船級社）
  • BV（法國船級社）
  • DNV（挪威船級社）
  • GL（德國勞氏船級社）
  • LRS（英國勞氏船級社）
  • Class NK（日本船級社）

有關詳細信息，請參見手冊《S7-400 自動化系統 S7-400 模塊技術規格》。

設計

S7-400 系統可方便地構建為模塊化系統。S7-400 的突出特點是不帶風扇，運行可靠，支持信號模塊的熱插拔。

S7-400 設計簡潔，使用靈活，操作極為方便：

• 模塊安裝十分簡單。
• 背板總線集成在安裝機架中。
• 模塊更換簡單，不會將模塊相互混淆
• 成熟可靠的連接技術
• TOP Connect 連接方式：
  通過 1 芯到 3 芯接頭和螺釘型或彈簧型端子進行預接線。
• 規定的安裝深度：
  所有接頭和連接器都應該嵌入到模塊內并通過蓋板來保護。
• 小限度的插槽規則

通信

CPU 和通信處理器支持以下通信類型：

• 過程通信；
  通過總線（AS-Interface、PROFIBUS DP 或 PROFINET）對 I/O 模塊進行循環尋址（交換過程映像）。從循環執行級調用過程通信
• 數據通信；
  在自動化系統之間或 HMI 與多個自動化系統之間
  進行數據交換。數據通信可循環進行，或在發生特定事件時通過塊從用戶程序調用。

數據通信

SIMATIC S7-400 擁有不同的數據通信機制：

• 通過全局數據通信 (GD) 實現聯網的 CPU 之間的數據包循環交換。
• 通過通信功能進行事件驅動型通信。

通過 MPI、PROFIBUS 或 PROFINET 實現網絡連接。

全局數據 (GD)

通過 MPI 以及“全局數據通信”，聯網的 CPU 可以相互循環交換數據（多可達 16 個 GD 數據包，每個循環的大 GD 數據包大小為 64 字節）。例如，CPU 可以訪問另一個 CPU 的數據/位存儲器/過程映像。若網絡上連接有 S7-300，則數據交換限制為大 22 字節。全局數據通信可通過 MPI 來實現。可使用 STEP 7 來執行組態。在分段式 CR2 安裝機架中，兩個 CPU 可以使用 GD 并通過 C 總線通信。

通信功能

通過系統內集成的塊，可以建立與 S7/C7 伙伴之間的通信。

這些包括：

• 通過 MPI 和 PROFIBUS S7 進行的 S7 通信。
• 通過 MPI、C 總線、PROFIBUS 和 PROFINET/工業以太網進行的 S7 通信。

通過可加載的塊，可以建立與 S5 通信伙伴和西門子設備之間的通信。

這些包括：

• 通過 PROFIBUS 和工業以太網進行的 S5 兼容通信。
• 通過 PROFIBUS 和工業以太網進行的標準通信（通過 PROFIBUS/工業以太網進行的開放式用戶通信）。

與全局數據不同的是，必須建立通信連接才能實現通信功能。

集成到 IT 環境中

通過 S7-400，可方便地將現代 IT 環境與自動化環境鏈接。使用插入式 CP 443-1 Advanced，可以實現下列功能：

• 使用任何 HTML 工具創建自己的 Web 頁面。方便地將 S7-400 的過程變量分配給 HTML 對象。
• 使用標準瀏覽器并通過這些 Web 頁面監控 S7-400。
• 通過 FC 調用，從S7-400 的用戶程序發送電子郵件。
• 由于 TCP/IP 具有的 WAN 特性，可進行遠程編程，甚至可通過電話網（如ISDN）。

帶有 PROFINET 接口的 S7-400-H CPU 配有集成式 Web 器。因此，可以使用標準 Web 瀏覽器讀出 S7-400 站的信息：

• CPU 常規信息
• 診斷緩沖區的內容
• 變量表
• 變量狀態
• 模塊狀態
• 消息
• 有關工業以太網的信息
• OUC 連接診斷
• PROFINET 節點拓撲
• 通過用戶定義的 Web 頁面顯示過程數據和用戶數據

可通過使用用戶權限并支持 HTTPS 協議在 Web 器內提供安全機制。

等時同步模式

通過等時同步模式系統功能，可通過連接到等時同步 PROFIBUS 和 PROFINET 的循環，以實現：

• 分布式信號采集
• 信號傳輸
• 程序執行

創建自動化解決方案，以恒定間隔時間（恒定總線周期時間）來捕捉并處理輸入和輸出信號。同時創建一致的部分過程圖像。

借助于恒定總線周期時間和分布式 I/O 同步信號處理，S7-400 可確保精確重現定義的的過程響應時間。

提供了大量支持等時同步模式系統功能的組件，可用來處理運動控制、測量值采集和高速控制等領域內的要求苛刻的任務。

在分布式自動化解決方案中，SIMATIC S7-400 還將開辟高速處理操作的重要領用領域，并可實現高精度和可重現性。這意味著可在提供佳且恒定的質量的同時提高產量。

在運行模式下更改硬件組態（運行時組態，CiR）

通過 SIMATIC S7-400，在工廠運轉期間可以實現硬件組態的更改，不會影響生產的進行。選項包括：

• 增加分布式 I/O 節點（PROFIBUS DP 或 PA 從站）
• 在 ET 200M I/O 系統中增加模塊并重新設置參數。

CiR（即運行時組態）功能可在設備運行期間實現設備擴展和轉換，從而降低設備調試和重新裝備的時間。此外，通過該系統功能，還可以靈活響應工藝的變化（例如，工藝的），因為不必因硬件組態發生改變而將設備初始化或同步。

模塊的診斷和過程監控

SIMATIC S7-400 的眾多輸入/輸出模塊具有智能功能：

• 監控信號采集（診斷）
• 監控來自過程的信號（硬件中斷）

診斷

智能診斷系統可用來確定模塊的信號采集（對于數字量模塊）或者模擬量處理（對于模擬量模塊）是否正常工作。在診斷分析中，必須區分可參數化和不可參數化的診斷消息：

• 可參數化的診斷消息：
  僅當通過適當參數設置啟用之后，才會發送診斷消息。
• 不可參數化的診斷消息：
  這些消息是自動發送的，即與參數設置無關。

如果某個診斷消息處于激活狀態（例如，“無傳感器輸入”），則該模塊會觸發一個診斷中斷（如果已為該診斷消息設置了參數，則僅在相應的參數設置之后才會觸發中斷）。CPU 將中斷用戶程序或低優先級任務的處理，并處理相關診斷中斷塊 (OB 82)。通過硬件中斷可以監控過程信號，并且可以觸發對信號變化的響應。

根據模塊類型的不同，提供了各種不同診斷消息：

硬件中斷

可以監控過程信號，并且可通過過程中斷觸發對信號變化的響應。

• 數字量輸入模塊：
  根據具體參數設置，該模塊可在信號狀態變化的上升沿、下降沿或上升沿和下降沿上為每個通道組觸發硬件中斷。CPU 中斷用戶程序或低優先級任務的處理，并處理相關過程中斷塊（例如，OB 40）。信號模塊可以每個通道緩沖一個中斷。
• 模擬量輸入模塊：
  通過設置上限值和下限值，可以定義工作范圍。模塊將數字化測量值與這些限值進行比較。若測量值違反其中任何一個限值，就會觸發硬件中斷。CPU 中斷用戶程序或低優先級任務的處理，并處理相關過程中斷塊（例如，OB 40）。若限值高于/低于過量程/欠量程值，則不進行進行比較。

S7-400H

容錯通信

進行高可用性通信時，SIMATIC 將提供以下功能：

• 更高可用性：
  發生故障時，通信可通過多 4 個冗余連接繼續進行。
• 操作簡便；
  高可用性對用戶來說并不是透明的�？梢圆⒔涍^任何改動而采用標準通信的用戶程序。冗余功能僅在參數設置階段進行定義。

S7-400H（冗余和非冗余配置）和 PC 目前支持容錯通信。在 PC 上，需要安裝 Redconnect 程序包（參見“SIMATIC NET 通信系統”）。

根據具體可用性要求，可使用不同組態選項：

• 單一總線或冗余總線。
• 總線型拓撲或環型拓撲總線。

操作模式

CPU 417-5H/416-5H/414-5H/412-5H 的操作系統可自主執行 S7-400H 的所有必要額外功能：

• 數據交換
• 故障響應（故障轉移至備用設備）
• 兩個子單元的同步
• 自檢

冗余原理

S7-400H 按“熱備份”模式下的主動冗余原理工作（發生故障時執行無反應的自動切換）。根據該原理，在無故障運行期間，兩個子單元都處于激活狀態。發生故障時，未發生故障的設備獨自接管過程控制。

為確保平穩接管，必須通過中央控制器鏈路實現高速、可靠的數據交換。

在故障轉移期間，設備會自動保留：

• 相同的用戶程序
• 相同的數據塊
• 相同的過程映像內容
• 相同的內部數據，如定時器、計數器、位存儲器等

這意味著，這兩個設備始終保持在新狀態，并且可以在出現故障時獨立地繼續執行控制。

采用冗余 I/O 操作時，這會帶來以下結果：

• 在無故障的運行期間，兩個模塊均處于激活狀態，例如在采用冗余輸入時，將通過兩個模塊讀取共用傳感器（也可以是兩個傳感器）的信號，對結果進行比較并提供給用戶以作為用于進一步處理的統一值。采用冗余輸出時，由用戶程序計算的值通過兩個模塊進行輸出。
• 發生故障時（例如，兩個輸入模塊之一出現故障），不再對有故障的模塊尋址，發生故障信號，僅未受影響的模塊繼續運行。在線進行修復之后，將再次對兩個模塊尋址。

同步

為了實現無反應切換，需要對兩個子單元進行同步。

S7-400H 遵循“時間驅動的同步”工作原理。

每當子單元中發生可能導致不同內部狀態的事件時，都會執行同步操作，例如在發生以下事件時：

• 直接訪問 I/O
• 中斷、報警
• 更新用戶時間
• 通過通信功能修改數據

同步是通過操作系統自動進行的，可在編程階段將其忽略。

自檢

S7-400H 可執行大量自檢。自檢涉及以下方面：

• 中央控制器的連接
• 中央處理單元
• 處理器/ASIC
• 存儲器

報告每個檢測到的故障。

啟動時自檢

啟動時，每個子單元都會完整執行全部自檢功能。

循環操作期間的自檢

完整的自檢分布在多個循環中。每個循環僅執行一小部分自檢，因此，實際控制器所承受的負荷不是很大。

組態、編程

S7-400H 的編程與 S7-400 類似。所有可用的 STEP 7 功能都可以使用。

對 S7-400H 編程需要使用 STEP 7 V5.2。

I/O 模塊的組態

硬件組態時，用戶必須通過 HW Config 指定相互形成冗余的模塊。只需指定要在冗余模式下運行的模塊以及要作為“冗余伙伴”的第二個模塊。在用戶程序中，應訪問具有低地址的模塊。第二個地址不向用戶顯示，并且含有冗余和非冗余 I/O 的控制部分的編程完全相同。與非冗余 I/O 之間的差別是塊庫中的兩個函數塊（RED_IN 和 RED_OUT），需要在用戶程序的開始處和結束處調用這兩個函數塊。

在 STEP 7 V5.3 或更高版本中，該庫已作為標準庫集成到 STEP 7 中。

S7-400H

S7-400F/FH 滿足下列安全要求：

• 要求等級 AK 1 至 AK 6，根據 DIN V 19250/DIN V VDE 0801
• 安全要求等級 SIL 1 至 SIL 3，根據 IEC 61508
• Cat1 至 Cat4，根據 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號模塊中。

信號模塊通過差異分析和測試信號注入來監控輸出和輸入信號。

通過定期自檢、命令測試以及按時間順序執行的邏輯程序執行檢查，CPU 可檢查控制器的運行是否正常。此外，通過狀態監視 (sign-of-life) 請求，還可以檢查 I/O 狀況。

若在系統中診斷出故障，則將系統切換到安全狀態。

F-Runtime 許可證

必須將 F-Runtime 許可證加載到 CPU 上以運行 S7-400F/FH。每個 S7-400F/FH 都需要一份許可證。

編程

S7-400F/FH 的編程方式與其它 SIMATIC S7 系統的編程方式相同。非故障安全工廠部分的用戶程序可用成熟可靠的編程工具（如 STEP 7）來創建。

S7 F Systems 可選軟件包

編程安全相關的程序段時，需要使用可選軟件包“S7 F Systems”。該軟件中包括創建 F 程序所需的全部函數和塊。

對于包含安全功能的 F 程序，可使用 CFC 調用來 F 庫中的專用函數塊并進行互連。使用 CFC 可以簡化工廠的組態和編程工作，由于工廠范圍內具有統一的表示形式，也將簡了驗收測試。無需使用額外工具，程序員就可以完全專注于安全相關應用程序。

S7-200數據長度和數值范圍

S7-200 尋址時，可以使用不同的數據長度。不同的數據長度表示的數值范圍不同。S7-200 指令也分別需要不同的數據長度。

    S7-200系列在存儲單元所存放的數據類型有布爾型( BOOL)、整數型( INT )、實數型和字符串型四種。數據長度和數值范圍如表6所列。

表1   數據長度和數值范圍

● 實數的格式

    實數（浮點數）由32位單精度數表示，其格式按照ANSI/IEEE 754-1985標準中所描述的形式。實數按照雙字長度來存取。對于S7-200來說，浮點數精確到小數點后第六位。因而當使用一個浮點數常數時，多可以指定到小數點后第六位。
● 實數運算的精度
    在計算中涉及到非常大和非常小的數，則有可能導致計算結果不精確。 
● 字符串的格式
    字符串指的是一系列字符，每個字符以字節的形式存儲。字符串的第一個字節定義了字符串的長度，也就是字符的個數。一個字符串的長度可以是0到254個字符，再加上長度字節，一個字符串的大長度為255個字節。而一個字符串常量的大長度為126字節。
● 布爾型數據（0或1）。 
● S7-200CPU不支持數據類型檢測
    例如：可以在加法指令中使用VW100中的值作為有符號整數，同時也可以在異或指令中將VW100中的數據當作無符號的二進制數。
● S7-200提供各種變換指令，使用戶能方便地進行數據制式及表達方式的變換。

一個方案，3 個平臺

自動化系統主要通過以下特性來識別：

• 系統特定的特性，如功能和工程
• 硬件相關特性，如性能、設計和可擴展性

但是，機械工程需求差異非常大，取決于具體的機器型號。

每個硬件平臺在特定應用中使用時都有其優點。

不同的平臺之間還可以非常輕松地進行組合，這是模塊化機器和設備的突出優點。因為單個的硬件平臺總是具有相同的系統特性，即不論使用什么平臺，功能和工程總是一樣。

PROFIBUS 或 PROFINET 可以用來創建驅動和 I/O 之間的遠程連接。

PROFINET/PROFIBUS 還可以用于 HMI 設備（如 SIMATIC HMI 或 SIMATIC S7 之類的上位控制器）之間的通信。這就意味著，SIMATIC HMI 面板以及安裝有 WinCC 的 PC 可以用作操作員系統。甚至第 3 方應用也可以通過 OPC 接口與 SIMOTION 進行通信。

SIMOTION D – 緊湊型，集成在驅動中

在 SIMOTION D 中，SIMOTION 的功能直接集成于 SINAMICS S120 驅動系統的閉環控制模塊中。因此，整個系統（包括開環控制和驅動）都極其緊湊且響應快速。

SIMOTION D 提供兩種型號：

• SIMOTION D410-2 單軸系統，也可選配多軸（模塊型）
• SIMOTION D4x5-2 多軸系統，四種性能型號多提供 128 軸（書本型）

這種性能細分確保大程度的可擴展性和靈活性。應用領域從單軸機器到高性能的多軸機器。為了實現可視化和操作，SIMATIC HMI 設備可通過 PROFIBUS、以太網或 PROFINET 進行連接，具體取決于SIMOTION D 的型號。通過 PROFINET 或 PROFIBUS 來連接分布式 I/O。

SIMOTION C – 模塊化和靈活性

SIMOTION C 是采用 SIMATIC S7-300 設計的運動控制器。

其提供兩種型號，接口不同，但運動控制功能或性能都相同。除了已經集成的 I/O 外，兩種控制器還可通過 SIMATIC S7-300 系列的 I/O 模塊加以擴展。

SIMOTION C240 是采用模擬量設定值接口和步進驅動器的應用的理想解決方案。它具有四個內置驅動器和編碼器接口，非常適合機器改裝項目。

SIMOTION C240 PN 可用于基于 PROFINET 的機器自動化項目。這種控制器具有三個 PROFINET 端口，除支持 TCP/IP 和 RT 通信外，還支持具有 IRT 功能的 PROFINET。它能夠操作采用 PROFIdrive 行規的 PROFINET 驅動器以及 PROFINET I/O（如高速 SIMATIC ET 200SP）。

兩種型號都另外配備兩個 PROFIBUS 接口，通過這兩個接口可以連接支持 PROFIdrive 行規和標準 I/O 的驅動。除此以外，兩個控制器還具有工業以太網接口，從而提供更多的通信選項。

SIMOTION P – 對其他任務開放

SIMOTION P 是基于 PC 的運動控制系統，具有兩種型號：

• SIMOTION P320-4 E（嵌入式）
  處理器：高性能 Intel i3 處理器
  存儲器：內部 CFast/外部可訪問 CFast 
  操作系統：Windows Embedded Standard 7
• SIMOTION P320-4 S（標準型）
  處理器：高性能型 Intel i7 處理器
  存儲器：內置固態硬盤 (SSD)/外部可訪問 CFast
  操作系統：Windows 7 Ultimate

由于 PC 中不含旋轉部件，SIMOTION P320-4 系統適用于惡劣環境中的應用。兩個 PC 都配有針對 SIMOTION 的常見實時擴展系統。這就意味著，除了 SIMOTION 機器應用程序以外，還可能隨時運行其他 PC 應用程序，例如 SIMOTION 工程系統、操作員應用程序、過程數據例程或標準的 PC 應用程序。

借助其的處理器性能，SIMOTION P350-4 特別適合對性能要求較高的應用（如具有高動態配置和壓力控制回路的液壓應用）。

SIMOTION P320-4 特別適合惡劣的操作環境。由于其尺寸小，因此對于許多可用空間有限并且需要設計非常堅固的應用均是佳選擇。

SIMOTION P320-4 可通過各種不同的 SIMOTION 工業平板顯示器來操作 (IFP)。提供了不同的屏幕大小，既可以使用鍵盤和鼠標，也可以使用觸摸屏進行操作。

這兩個型號都標配有一個現場總線接口，其形式為集成式 PROFINET 接口（3 個端口）。IsoPROFIBUS board 板可安裝在擴展插槽內以實現 PROFIBUS 應用。IsoPROFIBUS 板具有兩個附加 PROFIBUS 接口。

• 用于將兩個 CPU 41xH 安裝到 S7-400H 子單元中。
• 可直接插入到 CPU

同步模塊直接插入 CPU 41xH 的預留插槽中。每個 CPU 需要兩個同步模塊。通過光纜連接子單元中的模塊。

• 同步模塊 6ES7960-1AA06-0XA0，用于長 10m 的光纖電纜（轉接電纜）。
• 同步模塊 6ES7960-1AB06-0XA0，用于長 10 km 的光纖電纜（轉接電纜或安裝電纜）。

Y-型鏈接

• 包括：

 - 2 IM 157 接口模塊

 - 1 個 Y-型聯結器

 - 1 個 RS 485 轉發器 

• ET 200M 總線模塊上的模塊化配置

Y-型聯結器

• G從屬 DP 主站與電源之間通過 RS 485 轉發器實現電隔離
• 防護等級：IP 20

配置選項與約束

冗余 PROFIBUS-DP 主站可通過下述方式由 Y-型鏈接進行擴展：

• 冗余 DP 主站上的 Y-型鏈接數僅受限于大節點數
• 從屬 DP 主站的節點不超過 31 個
• 從屬 DP 主站的插槽不超過 223 個
• 配置信息與 Y-型鏈接的實用數據信息幀包括從屬從站的信息幀內容。因此，每一種情況下的大信息幀長度為 244 字節
• 不通過 Y-型鏈接但通過 IM 153 將 ET 200M 連接到冗余 PROFIBUS-DP 上
• 不允許 Y-型鏈接級聯
• 在從屬主站中不可能實現節點間通信與等距離

6ES7332-5RD00-0AB0模擬量輸出模塊