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SIMATIC S7-400F/FH 故障安全型自動化系統(tǒng)可使用在對安全要求很高設備中。 它控制著各種過程，如果直接停機，這些過程也不會對人員或環(huán)境構成威脅。 S7–400 F/FH 有兩種基本型號：

• S7-400F: 
  故障安全型自動化系統(tǒng)。 如果在控制系統(tǒng)中發(fā)生出錯，生產過程就轉移到安全狀態(tài)，并中斷。
• S7-400FH: 
  故障安全型和故障容錯型自動化系統(tǒng)。 如果在某個控制系統(tǒng)中發(fā)生出錯，則冗余控制機構被激活，使得生產過程繼續(xù)下去。

使用其它的標準模塊，可是使其建立一個對故障安全和非故障安全都能進行控制的全集成控制系統(tǒng)。 使用相同的標準應用程序對整個系統(tǒng)進行組態(tài)和編程。

S7-400F/FH 故障安全自動化系統(tǒng)可以根據(jù)需要進行不同的組態(tài)：

S7-400F的單通道單側I/O

此系統(tǒng)需要一個故障安全的 PLC。 但是不一定是容錯的。 需要下列部件：

• 1 個 CPU 414-4H/417-4H，帶 F 運行授權
• 1 條 PROFIBUS-DP 線路
• ET 200M ，帶 IM 153-2
• 無冗余設計的故障安全信號模塊

當發(fā)生故障時，可以訪問 I/O。 故障安全信號模塊鈍化。

單通道，S7-400FH 有可切換的 I/O

此系統(tǒng)需要一個故障安全的 PLC。 對于 CPU 需要容錯。 需要下列部件：

• 2 個 CPU 414-4H/417-4H，帶 F 運行授權
• 2 條 PROFIBUS-DP 線路
• 1 個 ET 200M ，帶 2 個 IM 153-2 (冗余)。
• 無冗余設計的故障安全信號模塊

當一個 CPU、IM 153-2 或 PROFIBUS-DP 發(fā)生故障時，PLC 可繼續(xù)工作。 當故障安全信號模塊或者 ET 200M 發(fā)生故障時，I/O 不再使用。 故障安全信號模塊鈍化。

S7-400FH 有冗余切換的 I/O

此系統(tǒng)需要一個故障安全的 PLC。 CPU 和 I/O 需要是容錯的。需要下列部件：

• 2 個 CPU 414-4H/417-4H，帶 F 運行授權
• 2 條 PROFIBUS-DP 線路
• 2 個 ET 200M ，帶 2 個 IM 153-2 (冗余)。
• 冗余設計的故障安全信號模塊

如果CPU、IM 153-2、PROFIBUS-DP、故障安全信號模塊或 ET 200M 發(fā)生故障，此 PLC 繼續(xù)可用。

在S7-400F/FH自動化系統(tǒng)中也可以使用標準模板。 但是不能與ET 200M一起使用。

通訊

中央控制器和ET200M之間通過PROFIBUS DP進行故障安全通訊和標準通訊。 經過特殊開發(fā)，PROFISafe PROFIBUS 可以在標準數(shù)據(jù)報文楨中進行安全功能的數(shù)據(jù)通訊。 需要諸如特殊安全總線的其它硬件組件。 所需的軟件既可以作為操作系統(tǒng)的一個擴展軟件集成在硬件組件中，也可以作為一個認證的軟件塊裝載到CPU中。

帶隔離模板的安全等級

在ET200M中使用隔離模板具有以下優(yōu)勢：

• PROFIBUS DP組態(tài)使用銅總線電纜。 不需要光纖電纜。
• 可使用任何 IM 153-X
• 在安全模式中故障安全信號模塊的混合運行，以及在一個ET 200M中S7-300標準模塊的混合運行

如果達到SIL2安全等級，則不需要隔離模塊。

工業(yè)信息安全覆蓋所有層級

市場決定形勢 - 當前，更加明顯：

• 短交貨時間
• 靈活的批量生產
• 具有競爭性的價格
• 可靠的產品質量

其解決方案為：縮短加工和生產設備調整時間、實現(xiàn)成本小化、積極創(chuàng)新并實現(xiàn)更高產能。借助 “源于西門子” 的自動化技術，即使復雜的需求，也可輕松滿足！

SIMATIC 自動化技術

SIMATIC 是可解決各行業(yè)自動化任務的可靠基本自動化系統(tǒng)，包括標準硬件和軟件組件，并將用于定制擴展的所有選件完全公開。

SIMATIC 系列產品包括以下組件，彼此之間可相互補充：

• 可編程控制器
• 分布式 I/O
• 編程器
• SIMATIC 軟件
• 小型自動化解決方案套件
• 基于組件的自動化
• 機器視覺技術（參見“傳感器、測試和測量技術”）

SIMATIC 控制器

SIMATIC 控制器有多種多樣，包括從高性能 PLC 的書本型迷你控制器，到基于 PC 的控制器，無論什么要求，它都能滿足要求。

這些控制器的共同特點是，在小的空間里壓縮了大處理能力，能滿足苛刻的機械和氣候條件、高速及可擴展性等要求。

這種分級的性能特征是 SIMATIC 系列產品的力量所在。

目前，SIMATIC PLC 正在執(zhí)行越來越多的功能，原本需要完全不同技術。 對您來說，一切都變得更加容易，更加一致，更加經濟。

西門子S7-400PLC 6ES7407-0KA02-0AA0

Area of application

S7-300

• 模塊化微型 PLC 系統(tǒng)，滿足中、小規(guī)模的性能要求
• 各種性能的模塊可以非常好地滿足和適應自動化控制任務
• 簡單實用的分布式結構和多界面網(wǎng)絡能力，應用十分靈活
• 操作方便，設計簡單，不含風扇
• 任務增加時可順利擴展
• 大量的集成功能，使它功能非常強勁

S7-300F

• 故障安全型自動化系統(tǒng)，可滿足工廠日益增加的安全需求
• 基于 S7-300
• 可連接配有安全型模塊的附加 ET 200S 和 ET 200M 分布式 I/O 站
• 通過采用 PROFIsafe 行規(guī)的 PROFIBUS DP 進行安全相關通信
• 標準模塊另外也可用于非安全相關應用

• S7-300

  SIMATIC S7-300 是模塊化的微型 PLC 系統(tǒng)，可滿足中、低端的性能要求。

  模塊化、無風扇設計、易于實現(xiàn)分布式結構以及方便的操作,使得 SIMATIC S7-300 成為中、低端應用中各種不同任務的經濟、用戶友好的解決方案。

  SIMATIC S7-300 的應用領域包括：

  • 特殊機械，
  • 紡織機械，
  • 包裝機械，
  • 一般機械設備制造，
  • 控制器制造，
  • 機床制造，
  • 安裝系統(tǒng)，
  • 電氣與電子工業(yè)及相關產業(yè)。

  多種性能等級的 CPU，具有用戶友好功能的全系列模塊，可允許用戶根據(jù)不同的應用選取相應模塊。任務擴展時，可通過使用附加模塊隨時對控制器進行升級。

  SIMATIC S7-300 是一個通用的控制器：

  • 具有高電磁兼容性和抗震性，可大限度地用于工業(yè)領域。
    

  S7-300F

  SIMATIC S7-300F 故障安全自動化系統(tǒng)可使用在對安全要求較高的設備中。其可對立即停車過程進行控制，因此不會對人身、環(huán)境造成損害。

  S7-300F 滿足下列安全要求：

  • 要求等級 AK 1 - AK 6 符合 DIN V 19250/DIN V VDE 0801
  • 安全要求等級 SIL 1 - SIL 3 符合 IEC 61508
  • 類別 1 - 4 符合 EN 954-1

  另外，標準模塊還可用在 S7-300F 及故障安全模塊中。因此它可以創(chuàng)建一個全集成的控制系統(tǒng)，在非安全相關和安全相關任務共存的工廠中使用。使用相同的標準工具對整個工廠進行組態(tài)和編程。

  S7-300

  一般步驟

  S7-300自動化系統(tǒng)采用模塊化設計。它擁有豐富的模塊，且這些模塊均可以獨立地組合使用。

  一個系統(tǒng)包含下列組件：

  • CPU：
    不同的 CPU 可用于不同的性能范圍，包括具有集成 I/O 和對應功能的 CPU 以及具有集成 PROFIBUS DP、PROFINET 和點對點接口的 CPU。
  • 用于數(shù)字量和模擬量輸入/輸出的信號模塊 (SM)。
  • 用于連接總線和點對點連接的通信處理器 (CP)。
  • 用于高速計數(shù)、定位（開環(huán)/閉環(huán)）及 PID 控制的功能模塊（FM）。

  根據(jù)要求，也可使用下列模塊：

  • 用于將 SIMATIC S7-300 連接到 120/230 V AC 電源的負載電源模塊(PS)。
  • 接口模塊 (IM)，用于多層配置時連接中央控制器 (CC) 和擴展裝置 (EU)。
    通過分布式中央控制器 (CC) 和 3 個擴展裝置 (EU)，SIMATIC S7-300 可以操作多達 32 個模塊。所有模塊均在外殼中運行，并且無需風扇。
  • SIPLUS 模塊可用于擴展的環(huán)境條件：
    適用于 -25 至 +60℃ 的溫度范圍及高濕度、結露以及有霧的環(huán)境條件。防直接日曬、雨淋或水濺，在防護等級為 IP20 機柜內使用時，可直接在汽車或室外建筑使用。不需要空氣調節(jié)的機柜和 IP65 外殼。

  設計

  簡單的結構使得 S7-300 使用靈活且易于維護：

  • 安裝模塊：
    只需簡單地將模塊掛在安裝導軌上，轉動到位然后鎖緊螺釘。
  • 集成的背板總線： 
    背板總線集成到模塊里。模塊通過總線連接器相連，總線連接器插在外殼的背面。
  • 模塊采用機械編碼，更換極為容易：
    更換模塊時，必須擰下模塊的固定螺釘。按下閉鎖機構，可輕松拔下前連接器。前連接器上的編碼裝置防止將已接線的連接器錯插到其他的模塊上。
  • 現(xiàn)場證明可靠的連接：
    對于信號模塊，可以使用螺釘型、彈簧型或絕緣刺破型前連接器。
  • TOP 連接：
    為采用螺釘型接線端子或彈簧型接線端子連接的 1 線 - 3 線連接系統(tǒng)提供預組裝接線另外還可直接在信號模塊上接線。
  • 規(guī)定的安裝深度：
    所有的連接和連接器都在模塊上的凹槽內，并有前蓋保護。因此，所有模塊應有明確的安裝深度。
  • 無插槽規(guī)則:
    信號模塊和通信處理器可以不受限制地以任何方式連接。系統(tǒng)可自行組態(tài)。

  擴展

  若用戶的自動化任務需要 8 個以上的 SM、FM 或 CP 模塊插槽時，則可對 S7-300（除 CPU 312 和 CPU 312C 外）進行擴展：

  • 中央控制器和3個擴展機架多可連接32個模塊：
    總共可將 3 個擴展裝置（EU）連接到中央控制器（CC）。每個 CC/EU 可以連接八個模塊。
  • 通過接口模板連接：
    每個 CC / EU 都有自己的接口模塊。在中央控制器上它總是被插在 CPU 旁邊的插槽中，并自動處理與擴展裝置的通信。
    • 通過 IM 365 擴展：
      1 個擴展裝置遠擴展距離為 1 米；電源電壓也通過擴展裝置提供。
    • 通過 IM 360/361 擴展：
      3 個擴展裝置， CC 與 EU 之間以及 EU 與 EU 之間的遠距離為 10m。
  • 單獨安裝：
    對于單獨的 CC/EU，也能夠以更遠的距離安裝。兩個相鄰 CC/EU 或 EU/EU 之間的距離：長達 10m。
  • 靈活的安裝選項：
    CC/EU 既可以水平安裝，也可以垂直安裝。這樣可以大限度滿足空間要求。

  通信

  S7-300 具有不同的通信接口：

  • 連接 AS-Interface、PROFIBUS 和 PROFINET/工業(yè)以太網(wǎng)總線系統(tǒng)的通信處理器。
  • 用于點到點連接的通信處理器
  • 多點接口 (MPI), 集成在 CPU 中；
    是一種經濟有效的方案，可以同時連接編程器/PC、人機界面系統(tǒng)和其它的 SIMATIC S7/C7 自動化系統(tǒng)。

  PROFIBUS DP進行過程通信

  SIMATIC S7-300 通過通信處理器或通過配備集成 PROFIBUS DP 接口的 CPU 連接到 PROFIBUS DP 總線系統(tǒng)。通過帶有 PROFIBUS DP 主站/從站接口的 CPU,可構建一個高速的分布式自動化系統(tǒng)，并且使得操作大大簡化。

  從用戶的角度來看，PROFIBUS DP 上的分布式I/O處理與集中式I/O處理沒有區(qū)別（相同的組態(tài)，編址及編程）。

  以下設備可作為主站連接：

  • SIMATIC S7-300
    （通過帶 PROFIBUS DP 接口的 CPU 或 PROFIBUS DP CP）
  • SIMATIC S7-400
    （通過帶 PROFIBUS DP 接口的 CPU 或 PROFIBUS DP CP）
  • SIMATIC C7 
    （通過帶 PROFIBUS DP 接口的 C7 或 PROFIBUS DP CP）
  • SIMATIC S5-115U/H、S5-135U 和 S5-155U/H，帶IM 308
  • SIMATIC 505

  出于性能原因，每條線路上連接的主站不得超過 2 個。

  以下設備可作為從站連接：

  • ET 200 分布式 I/O 設備
  • S7-300，通過 CP 342-5
  • CPU 313C-2 DP, CPU 314C-2 DP, CPU 314C-2 PN/DP, CPU 315-2 DP, CPU 315-2 PN/DP, CPU 317-2 DP, CPU 317-2 PN/DP and CPU 319-3 PN/DP
  • C7-633/P DP, C7-633 DP, C7-634/P DP, C7-634 DP, C7-626 DP, C7-635, C7-636
  • 現(xiàn)場設備

  雖然帶有 STEP 7 的編程器/PC 或 OP 是總線上的主站，但是只使用 MPI 功能，另外通過 PROFIBUS DP 也可部分提供 OP 功能。

  通過 PROFINET IO 進行過程通信

  SIMATIC S7-300 通過通信處理器或通過配備集成 PROFINET 接口的 CPU 連接到 PROFINET IO 總線系統(tǒng)。通過帶有 PROFIBUS 接口的 CPU,可構建一個高速的分布式自動化系統(tǒng)，并且使得操作大大簡化。

  從用戶的角度來看，PROFINET IO 上的分布式I/O處理與集中式I/O處理沒有區(qū)別（相同的組態(tài)，編址及編程）。

  可將下列設備作為 IO 控制器進行連接：

  • SIMATIC S7-300
    （使用配備 PROFINET 接口或 PROFINET CP 的 CPU）
  • SIMATIC ET 200
    （使用配備 PROFINET 接口的 CPU）
  • SIMATIC S7-400
    （使用配備 PROFINET 接口或 PROFINET CP 的 CPU）

  可將下列設備作為 IO 設備進行連接：

  • ET 200 分布式 I/O 設備
  • ET 200S IM151-8 PN/DP CPU, ET 200pro IM154-8 PN/DP CPU
  • SIMATIC S7-300
    （使用配備 PROFINET 接口或 PROFINET CP 的 CPU）
  • 現(xiàn)場設備

  通過 AS-Interface 進行過程通信

  S7-300 所配備的通信處理器 (CP 342-2) 適用于通過 AS-Interface 總線連接現(xiàn)場設備（AS-Interface 從站）。

  更多信息，請參見通信處理器。

  通過 CP 或集成接口（點對點）進行數(shù)據(jù)通信

  通過 CP 340/CP 341 通信處理器或 CPU 313C-2 PtP 或 CPU 314C-2 PtP 的集成接口，可經濟有效地建立點到點連接。有三種物理傳輸介質支持不同的通信協(xié)議：

  • 20 mA (TTY)（僅 CP 340/CP 341）
  • RS 232C/V.24（僅 CP 340/CP 341）
  • RS 422/RS 485

  可以連接以下設備：

  • SIMATIC S7、SIMATIC S5 自動化系統(tǒng)和其他公司的系統(tǒng)
  • 打印機
  • 機器人控制
  • 掃描器，條碼閱讀器，等

  特殊功能塊包括在通信功能手冊的供貨范圍之內。

  使用多點接口 (MPI) 進行數(shù)據(jù)通信

  MPI（多點接口）是集成在 SIMATIC S7-300 CPU 上的通信接口。它可用于簡單的網(wǎng)絡任務。

  • MPI 可以同時連接多個配有 STEP 7 的編程器/PC、HMI 系統(tǒng)（OP/OS）、S7-300 和 S7-400。
  • 全局數(shù)據(jù)：
    “全局數(shù)據(jù)通信”可以在聯(lián)網(wǎng)的 CPU 間周期性地進行數(shù)據(jù)交換。 一個 S7-300 CPU 可與多達 4 個數(shù)據(jù)包交換數(shù)據(jù)，每個數(shù)據(jù)包含有 22 字節(jié)數(shù)據(jù)，可同時有 16 個 CPU 參與數(shù)據(jù)交換（使用 STEP 7 V4.x）。 
    例如，可以允許一個 CPU 訪問另一個 CPU 的輸入/輸出。只可通過 MPI 接口進行全局數(shù)據(jù)通信。
  • 內部通信總線(C-bus)：
    CPU 的 MPI 直接連接到 S7-300 的 C 總線。因此，可以通過 MPI 從編程器直接找到與 C 總線連接的 FM/CP 模塊的地址。
  • 功能強大的通信技術：
    • 多達 32 個 MPI 節(jié)點。
    • 使用 SIMATIC S7-300/-400 的 S7 基本通信的每個 CPU 有多個通信接口。
    • 使用編程器/PC、SIMATIC HMI 系統(tǒng)和 SIMATIC S7-300/400 的 S7 通信的每個 CPU 有多個通信接口。
    • 數(shù)據(jù)傳輸速率 187.5 kbit/s 或 12 Mbit/s
  • 靈活的組態(tài)選項：
    可靠的組件用于建立 MPI 通信： PROFIBUS 和“分布式 I/O”系列的總線電纜、總線連接器和 RS 485 中繼器。使用這些組件，可以根據(jù)需求實現(xiàn)設計的調整。例如，任意兩個MPI節(jié)點之間多可以開啟10個中繼器，以橋接更大的距離。

  通過 CP 進行數(shù)據(jù)通信

  SIMATIC S7-300 通過 CP 342 和 CP 343 通信處理器可以連接到 PROFIBUS 和工業(yè)以太網(wǎng)總線系統(tǒng)。

  可以連接以下設備：

  • SIMATIC S7-300
  • SIMATIC S7-400
  • SIMATIC S5-115U/H、S5-135U 和 S5-155U/H
  • 編程器
  • PC 機
  • SIMATIC HMI 人機界面系統(tǒng)
  • 數(shù)控裝置
  • 機器人控制
  • 工業(yè)PC
  • 驅動控制器
  • 其它廠商設備

  S7-300F

  S7-300F 能夠以兩種 I/O 設計的方式運行：

  • ET 200M 中的 I/O 設計：
    故障安全數(shù)字量/模擬量輸入和輸出模塊用于集中式或分布式應用（Cat.4/SIL3 只能與隔離模塊一起使用）
  • ET 200S PROFIsafe 中的 I/O 設計：
    故障安全數(shù)字量輸入和輸出模塊可用于分布式應用

  
  
  
  

可編程控制器梯形圖設計規(guī)則

1．觸點的安排 

梯形圖的觸點應畫在水平線上，不能畫在垂直分支上。 

2．串、并聯(lián)的處理 

在有幾個串聯(lián)回路相并聯(lián)時，應將觸點多的那個串聯(lián)回路放在梯形圖上面。在有幾個并聯(lián)回路相串聯(lián)時，應將觸點多的并聯(lián)回路放在梯形圖的左面。 

3．線圈的安排 

不能將觸點畫在線圈右邊，只能在觸點的右邊接線圈。 

4．不準雙線圈輸出 

    如果在同一程序中同一元件的線圈使用兩次或多次，則稱為雙線圈輸出。這時前面的輸出無效，只有后一次才有效，所以不應出現(xiàn)雙線圈輸出。

5．重新編排電路

 如果電路結構比較復雜，可重復使用一些觸點畫出它的等效電路，然后再進行編程就比較容易。

 6．編程順序

     對復雜的程序可先將程序分成幾個簡單的程序段，每一段從左邊觸點開始，由上之下向右進行編程，再把程序逐段連接起來。

S7-400F/FH 滿足下列安全要求：

• 等級需求：AK 1 to AK 6 to DIN V 19250/DIN V VDE 0801
• 安全要求等級：SIL 1 to SIL 3 to IEC 61508
• 等級 1 to 4 to EN 954-1

運行模式

CPU的F程序和故障安全信號模板中包含有S7-400F/FH的安全功能。

使用差異分析和測試信號，信號模板可以監(jiān)視輸出和輸入信號。

CPU通過常規(guī)的自檢、監(jiān)測和邏輯命令以及程序定時檢測，檢查運行的正確性。 此外，通過申請信號進行檢測。

當系統(tǒng)診斷出一個故障時，系統(tǒng)將進入安全狀態(tài)。

F 運行版授權

CPU 417-4H必須裝在F運行授權才能運行S7-400F/FH。每個 S7-400F/FH 系統(tǒng)需要 1 個授權。

編程

S7-400F/FH 的編程方法同其他 SIMATIC S7 編程方法相同。 通過諸如STEP 7編程工具編寫非故障安全用戶程序。

S7 F 系統(tǒng)選件包

"S7 F Systems" 軟件包用來編寫故障安全程序。 軟件包包含生成F程序所需的所有功能和部件。 S7 F系統(tǒng)運行必須將下列軟件包裝載到PG或PC：

• STEP 7 V5.1 以上
• CFC V5.23 或新版本
• S7-SCL V5.1 SP 1 或新版本
• S7 H Systems Version 5.1 (S7-400FH的選件)

特殊功能塊通過CFC從F庫中進行調用，并為包含安全功能的F程序互連。