S7-400PLC的硬件 自动化教研室

S7-400 是功能强大的 PLC ，它具有功能分级的CPU 以及种类齐全、综合性能强的模块，具有强大的扩展通讯能力，可实现分布式系统，因此广泛应用于

中高性能的控制领域。SIMATIC S7-400 PLC 同样采用模块化设计 ,

一个系统除包含电源模块（ PS ）、中央处理单元（ CPU ）、信号模块（ SM ）、通信处理器（ CP ）、

功能模块（ FM ）等

S7-400 PLC 还有多种通讯方式，如 MPI （多点接口），它集成在所有 CPU 内；可同时连接编程器和个人计算机、 HMI 系统、 S7-300 系统、 M7 系

统和其他 S7-400 系统； S7-400 还可通过通讯处理器连接到 PROFIBUS 和工业以太网，用于功能强大的

点对点链接。•目前，西门子公司还推出了用于需要高可靠性场合，

有冗余设计的容错自动化系统 S7-400H 。

S7-400 PLC 的基本结构 一个 S7-400 可编程控制器由一个主基板（ CR ）和一个或多个扩展基板（ ER ）组成，基板数量根据需要确定。在实际应用中，若主基板上的插槽不够或用户希望将信号模块与 CR 分开（如信号模块尽量靠近现场的情况），需要使用 ER 。在使用 ER 时，还需要使用接口模块（ IM ）和附加的基板，必要时，还需要附加电源模块，为了使接口模块能工作，必须在 CR中插入一个发送 IM ，而在每个 ER 中各插一个接收IM 。

装有 S7-400 模块的基板

CR 与 ER 的连接方式有局部连接和远程连接两种

两种连接方式的特点

用 IM460-1 和 IM461-1 进行局部连接时，通过接口模块将5V 电源传送出去，因此插在 ER 中的具有 IM460-1 和 IM461-1的模块一定不能再自带电源。由于 IM460-1 上两个接口的每一个接口传送的电源电流最大为 5A ，所以每个通过 IM460-1/IM461-1 连接的 ER 的最大功耗为 5V 时 5A 。

在连接 ER 和 CR 时，必须遵循下述规则 :（ 1 ）在 S7-400 系列中，每个 CR 最多可接 21 个 ER 。

（ 2 ）每个 ER 需分配一个用以识别它的号码，并用接收 IM 上的编码开关设定。号码的范围是 1 ～ 21, 且各 ER 的号码不能重

复。（ 3 ）在一个 CR 中最多可插 6 个发送 IM ，且其中带 5V 电源

传送的 IM 不能超过 2 个。（ 4 ）在连接到一个发送 IM 的链路中最多只能有 4 个不带 5V

电源发送的 ER ，或 1 个带 5V 电源发送的 ER 。（ 5 ）连接电缆的长度不能超过相应的连接方式所规定的长度，

如表 所示（ 6 ）通过通信总线作数据交换的范围限定在 7 个基板之内，

即主基板与 1 ～ 6 号 ER 之间。

连接 CR 与 ER 的电缆的最大长度

•电源模块通过背板总线向 S7-400 提供 DC5V 和 DC24V 电源，输出电流额定值有 4A 、 10A 和 20A 。它们不为信号模块提供负载电压。 PS405 的输入为直流电压， PS407 的输入为直流

电压或交流电压。• 如果使用两个型号为 PS407 10AR 或 PS405 10AR 的电源模块，可以在安装基板上安装冗余电源，对于可靠性要求较高

的系统，建议进行冗余设计。

直流输入型电源模块技术参数

交流输入型电源模块技术参数

CPU 模块 •S7-400 有 7 种 CPU ， S7-400H 有两种 CPU 。 CPU412-l 和CPU412-2 用于中等性能的经济型中小型系统，集成的 MPI 接

口允许 PROFIBUS-DP 总线操作。 CPU412-2 有两个PROFIBUS － DP 接口。 CPU414-2 和 CPU414-3 具有中等性能，适用于对程序规模、指令处理速度及通信要求较高的场合。CPU417-4DP 适用于最高性能要求的复杂场合，有两个插槽供IF 接口模块 (串口 ) 使用。 CPU417H 用于 S7-400H 容错控制

PLC 。• 通过 IF964DP 接口子模块， CPU414-3 和 CPU416-3 可以

扩展一个 PROFIBUS-DP 接口， CPU417-4 可以扩展两个PROFIBUSDP 接口。除了 CPU412-1 之外，集成的 DP 接口使

CPU 可作 PROFIBUS-DP 的主站。

CPU 电源规格 S7-400PLC 的 CPU 模块需要外部提供 DC24V 电源，可以通过选用 SIEMENS 配套的标准电源模块 (PS405 、 PS407等 ) 进行供电。不同型号的 CPU 模块，对电源的容量要求有所不同，但电压要求相同，对于常用的紧凑型与标准型 CPU ，模块对电源的要求如表所示。

SM421共有十多种规格可供选择，单个模块最大输出点数为 32 点。

数字量输出模块 SM422 有 7 种规格可供选择，输出可以是DC24V晶体管驱动、 AC120/230V双向晶闸管驱动、继电器触点输出等，单个模块最大输出点数为 32 点。

S7-400 信号模块的编址

S7-400 信号模块的地址是在 STEP7 中用硬件组态工具将模块配置到基板（机架）时自动生成的。系统根据同类模块所在的基板号和在基板中的插槽号按从小到大的顺序自动连续分配地址，用户可以修改模块的起始地址。每个 8 点、 16 点和 32 点数字量模块分别占用 1 个、 2 个和 4 个字节地址。例如假设 32 点数字量输入模块各输入点的地址为 I44.0~I47.7 ，模块内各点的地址从上到下顺序排列。其中 I44.0 对应的接线端子在最上面， I47.7 对应的接线端子在最下面。

•S7-400 的模拟量模块默认的起始地址从 512 开始，每个模拟量输入，输出占 2B(l 个字 ) ，同类模块的地址按顺序连续排列。模块内最上面的通道使用模块的起始地址。例如某 8 通道模拟量输出模块的起始地址

为 832 ，从上到下各通道的地址分别为QW832 ， QW834 ，……， QW846 。

S7-400PLC 信号模块默认地址的实例

FM453 定位模块

FM453 是智能的三通道模块，用于宽范的定位任务。它可以控制 3 个独立的伺服电动机或步进电机，以高时钟频率控制机械运动，用于简单的点到点定位到对响应、精度和速度有极高要求的复杂运动控制。从增量式或绝对式编码器输入位置信号，步进电动机作执行器时可以不用编码器。控制伺服电动机时输出 -10~+10V 模拟信号，控制步进电动机时输出的是脉冲和方向信号。每个通道有 6 点数字量输入， 4 点数字量输出。 FM453 具有下列特殊功能 : 长度测量、变化率限制、运行中设置实际值、通过高速输入使定位运动起动或停止

通讯模块 S7-400 具有很强的通信功能， CPU 模块集成有 MPI 和 DP通信接口，有 PROFIBUS-DP 和工业以太网的通信模块，以及点对点通信模块。通过 PROFIBUS-DP 或 AS-I 现场总线，可以周期性自动交换 I/O 模块的数据（过程映像数据交换）。在自动化系统之间、 PLC 与计算机和 HMI （人机界面）站之间，均可以交换数据。数据通信可以周期性地自动进行或基于事件驱动，由用户程序块调用

CP441-1 和 CP441-2 通过点对点链接，进行高速大容量串行数据交换，其中 CP441-1 有一个可变接口，用于简单的点对点链接； CP441-2 有两个可变接口，用于高性能的点对点链接，

CP443-5 基本型是用于 PROFIBUS-FMS 现场总线系统的SIMATIC S7-400 通讯处理模块，它通过背板总线与邻近的S7-400 相链接，当使用 SEND/RECIVE 或 S7 功能时，不存在槽位规则， CP443-5 基本型提供以下 S7 通讯服务：与 S7-300 和 S7-400 PLC 通讯；和编程器（ PG 功能）通讯；和 PC机，例如 CP5412 （ A2 ）和 S7-5412软件包， CP5511/5611和 SOFTNET软件包通讯；以及与人机接口设备（ OP ）通讯。 CP443-5 扩展型是成本优化的 SIMATIC S7-400 通讯处理器，用于 PROFIBUS 总线系统，它提供 PROFIBUS-DP 、 S7 通讯和 SEND/RECEIVE服务，它作为 DP 主站运行，符合 EN50170 ，它完全独立地处理数传输，而且允许连接从站，如 CP342-5 作为 DP从站， ET200 作为分布式 I/O 系统的 DP从站等。 CP443-5 扩展型使 S7-400 能连接到PROFIBUS-DP 。

CP443-1 TCP 是用于 TCP/IP标准工业以太网总线系统的 SIMATIC S7-400 通讯处理器，它通过工业以太网独立地处理数据，支持 TCP/IP国际标准， CP443-1IT 将 SIMATIC S7-400 连接到工业以太网，它具有： PG/OP 通讯、 S7 通讯、通过 ISO 和TCP/IP 与 S5兼容通讯、 IT 通讯；它具有用 Web浏览器访问过程数据的 Web 功能；也可通过 S7-400 发送电子信息的 E-mail 功能。目前西门子公司推出了依据 MAP3.0 通讯标准提供 MMS （制造业信息规范）服务的 CP444 通讯处理器。

接口模块

S7-400PLC 的集中式标准扩展连接

• 集中式标准扩展方式具有如下特点 :

① 中央控制单元与扩展单元间用 IM460-0/IM461-0 接口模块连接；

② 扩展接口模块 IM460-0/IM461-0 间同时连接 PLC 的并行I/0 连接总线 (P 总线 ) 与通信总线 (C 总线 );

③ 中央控制单元最大能安装 6 个 IM460-0 模块 ;

④ 每个 IM460-0 模块带有 2 个相同的扩展接口， 2 接口均可通过 468-1 连接电缆与扩展单元的接口模块 IM461-0 连接 ;

⑤ 扩展单元的接口模块 IM461-0 具有输入与输出 2 个接口，第 1 扩展单元的输入接口通过 468-1 连接电缆与中央单元的接口模块 IM460-0 连接 ; 输出接口可以与其他扩展单元接口模块

IM461-0 的输入接口进行“串联”式连接 ;

• ⑥ 扩展单元的最大“串联”扩展级数为 4 级，最后一个 IM461-0 模块的输出接口上应安装 461-0“终端

连接器” ;

• ⑦ 采用 1 个 IM460-0 接口模块的最多扩展单元连接数为 8 个 ;但整个 PLC 最大可以连接的扩展单元

数量为 21 个 ;

• ⑧ 扩展单元安装模块的功能不受限制 ;

• ⑨ IM460-0 接口模块不提供 DC5V 电源，扩展单元必须单独安装 PS 电源模块 ;

• 扩展单元与中央控制单元的距离不能超过 3m 。

分布式 PLC 扩展 • 分布式 PLC 控制扩展系统用于系统规模较大、控制对象分散、 PLC 的中央控制器与控制对象的 I/O距离较远、需要 PLC

对远程 I/0 进行控制的场合。这种情况下， PLC 的中央控制器与相应的操作、显示面板， I/O 模块等统一安装于控制柜 ( 或控制室 ) 内 ; 分散的 I/O 点按照相对集中的原则，连接到各个远程扩展单元上，从而组成分布式 ( 或远程 I/O 控制 )PLC 扩展系统。• 分布式 PLC 控制扩展系统可以用于模块间安装距离大于 3m

的场合