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- 全集成自动化 (TIA) 中的入门级 CPU
- 用于有中等过程性能需求的小型应用
CPU 运行需要 SIMATIC 微存储卡 (MMC)。
CPU 312,最小的 S7-300 CPU。满足TIA简单应用的理想套件,实现诸如集成的通讯、数据管理和诊断等优势。可使用MPI或CP组网,但标准应用是单机-非组网运行。I/O通常以一个集中式组态结构进行连接。CPU 312 安装有:
-
微处理器;
处理器处理每条二进制指令的时间可达 100 ns。 -
扩展存储器;
与执行相关的程序段的 32 KB 高速 RAM(相当于约 10 K 指令)可以为用户程序提供足够的空间;
SIMATIC 微型存储卡(最大 4 MB)作为程序的装载存储器,还允许将项目(包括符号和注释)存储在 CPU 中。 -
灵活的扩展能力;
多达 8 个模块,(1排结构) -
MPI多点接口;
集成的 MPI 接口最多可以同时建立与 S7-300/400 或编程设备、PC、OP 的 6 条连接。在这些连接中,始终为编程器和 OP 分别预留一个连接。通过“全局数据通讯”,MPI可以用来建立最多16个CPU组成的简单网络。
-
口令保护;
用户程序使用密码保护,可防止非法访问。 -
诊断缓冲;
诊断缓冲区中可存储最后 500 个错误和中断事件,其中的 100 个事件可以长期保留。 -
免维护的数据后备;
如果发生断电,则可通过 CPU 将所有保持性数据自动写入到 SIMATIC 微型存储卡(MMC 卡)上,且将在再次通电时保持不变。
可参数化的特性
可以使用 STEP 7 对 S7 的组态、属性以及CPU的响应进行参数设置:
-
MPI多点接口;
定义站地址 -
重启动/循环时间特性;
最大循环时间以及负载限制,以及自检测功能 -
时钟存储器;
设定地址 -
防护等级;
定义程序和数据的访问权限 -
系统诊断;
定义诊断报警的处理和范围 -
看门狗中断;
周期设定 -
时钟中断;
设定起始日期、起始时间和间隔周期
显示功能与信息功能
-
状态和故障指示;
发光二极管显示,例如,硬件、编程、定时器或I/O出错以及运行模式,如RUN、STOP、Startup。 -
测试功能;
可使用编程器显示程序执行过程中的信号状态,可以不通过用户程序而修改过程变量,以及输出堆栈内容。 -
信息功能;
您可以使用 PG 以纯文本的形式获取 CPU 存储容量和操作模式、主存储器和装载存储器的当前利用率以及当前循环时间和诊断缓冲区内容的相关信息。
集成的通讯功能
- PG/OP 通讯
- 全局数据通讯
- S7 基本通讯
- S7 通讯(只是服务器)
系统功能
CPU 具有广泛的系统功能特性,诸如:诊断、参数赋值、报警、定时和测量等。
详细信息请参见手册。
什么是编址 S7-200的编址方法
该指令的助记符、指令代码、操作数、程序步如表 1 所示。
表 1 乘法指令的要素
指令名称
助记符
指令代码位数
操作数范围
程序步
S1(.)
S2(.)
D(.)
乘法
MUL
MUL(P)
FNC22
(16/32)
K 、 H
KnX 、 KnY 、KnM 、 KnS
T 、 C 、 D 、V 、 Z
KnY 、KnM 、KnS
T 、 C、 D 、V 、 Z
MUL 、MULP…7 步
DMUL 、DMULP…13 步
MUL 乘法指令是将指定的源元件中的二进制数相乘,结果送到指定的目标元件中去。 MUL 乘法指令使用说明如图1 所示。它分 16 位和 32 位两种情况。
图 1 乘法指令使用说明
当为 16 位运算,执行条件 X0 由 OFF → ON 时, [D0]x[D2] → [D5 , D4] 。源操作数是 16 位,目标操作数是 32 位。当 [D0]=8 , [D2]=9 时, [D5 , D4]=72 。最高位为符号位, 0 为正, 1 为负。
当为 32 位运算,执行条件 X0 由 OFF → ON 时, [D1 、 D0]x[D3 、 D2] → [D7 、 D6 、 D5 、D4] 。源操作数是 32 位,目标操作数是 64 位。当 [D1 、 D0]=238 , [D3 、 D2]=189 时, [D7 、 D6 、 D5 、D4]=44982 ,最高位为符号位, 0 为正, 1 为负。
如将位组合元件用于目标操作数时,限于 K 的取值,只能得到低位 32 位的结果,不能得到高位 32 位的结果。这时,应将数据移入字元件再进行计算。
用字元件时,也不可能监视 64 位数据,只能通过监视高位 32 位和低 32 位。 V 、 Z 不能用于 [D] 目标元件。
SIMATIC S7-400 可采用具有不同性能级别的各种 CPU:
-
CPU 412-1、CPU 412-2 和 CPU 412-2 PN:
用于中等性能的小型工厂。 -
CPU 414-2、CPU 414-3、CPU 414-3 PN/DP:
用于具有对编程、处理速度和通信有额外要求的中等规模工厂。 -
CPU 416-2、CPU 416-3、CPU 416-3 PN/DP:
在高端性能范围内具有较高要求的工厂。 -
CPU 417-4 DP:
在高端性能范围内具有极严格要求的工厂。 -
CPU 412-5H、CPU 414-5H、CPU 416-5H 和 CPU 417-4H:
用于 SIMATIC S7-400H 和 S7-400F/FH。 -
CPU 414F-3 PN/DP、CPU 416F-2 和 CPU 416F-3 PN/DP:
用于构建故障安全型自动化系统,适用于具有较高安全要求的工厂。
所有 CPU 装在带集成的控制单元和显示单元的塑料外壳中。 相同的单元具有相同的功能。
前面板上有:
-
LED指示灯:
用于状态和故障指示。 -
波动开关:
用于选择运行模式。 - 存储器卡插槽(扩展装载存储器)
- 组合 MPI/DP 端口。
- 内置 PROFIBUS-DP 接口(非 CPU 412-1)。
-
电池插座:
用于后备电池的外部供电。
除 CPU 412-1 处理器外,所有 CPU 具有:
-
PROFIBUS DP 接口:
用于连接分布式 I/O。根据组态的不同,也可用于与 OP 或 PG/PC 的通讯。
CPU 414-3 PN/DP, CPU 416-3 PN/DP 和 CPU 416F-3 PN/DP 也可以连接 PROFINET。 每个模板有一个双口的 PROFINET 接口。
高端 CPU 还具有:
-
PROFIBUS DP 接口模板备用插槽:
用于链接其他 DP 网络。
此外,CPU 按照其性能进行分级:例如RAM、地址区大小、可装载块的数量以及处理时间。
存储器概念
所有 S7-400 CPU 均具有两种类型的存储器。工作存储器的细分可将性能提高一倍。当一个标准处理器需要访问其 RAM 至少两次时,S7-400 专用处理器可在一个循环周期中同时访问代码存储器和数据存储器。因此,数据总线和代码总线也是独立的。工作存储器的容量取决于从精细分级的 CPU 系列中所选取的适合的 CPU。
对于小型和中等程序,集成式负载内存 (RAM) 就足够了。对于较大的程序,可通过插入内存卡来增加装载内存。插入式闪存卡可用于在不使用电池的情况下进行永久性存储。
Monitor V6.2带10个客户机SIMATIC S7 I/O 模块与传感器/执行器之间的接线是关系成本高低、配置、控制柜加工、购置和维修方便性的关键因素。
通过 SIMATIC TOP connect 系统电缆连接技术,可简便而快速地建立 SIMATIC S7-300/400 的可靠连接。
使用 TIA Selection Tool,只需点击鼠标,即可组态从 SIMATIC S7 模块到 I/O 的连接。程序会自动检查合理性,并生成所选连接组件的部件列表,随后就可以在西门子工业产品网上商城中进行订购。
两种布线形式可用于十分广泛的控制柜设计:
模块化连接
单独插入每个组件。
该系统包括:
- 前连接器模块
- 连接电缆
- 连接模块,分为以下三种:基本模块、信号模块、功能模块。
从而可以几乎排除连接错误,并将安装费用降到最低。可系统性地连接 SIMATIC 系统。电缆按米销售,并且电缆经过预组装或者可方便地进行组装,从而显著降低连接电缆的组装开销。
完全模块化连接设计(以 16 通道为例)
柔性连接
包括:
- 前连接器采用螺钉式或压接式触点
- 单芯前连接器
- 单芯线符合 UL/CSA 标准。
蓝色单芯线上有编号,分别连接到控制柜内的各个元件上。单芯线上的编号与前连接器的针脚编号对应。
与常规单一布线方式相比,组装成本节约 50%,因为固定各个线芯时,已在接头上对它们进行过检查。
因此,无需对每个模块多达两倍的 46 个线芯进行复杂的预组装。
S7-200系列PLC的基本硬件组成
S7-200系列PLC可提供4种不同的基本单元和6种型号的扩展单元。其系统构成包括基本单元、扩展单元、编程器、存储卡、写入器、文本显示器等。
1.基本单元
S7-200系列PLC中可提供4种不同的基本型号的8种CPU供选择使用,其输入输出点数的分配见表4-11:
表4-11 S7-200系列PLC中CPU22X的基本单元
型 号 |
输入点 |
输出点 |
可带扩展模块数 |
S7-200CPU221 |
6 |
4 |
— |
S7-200CPU222 |
8 |
6 |
2个扩展模块 78路数字量I/O点或10路模拟量I/O点 |
S7-200CPU224 |
14 |
10 |
7个扩展模块 168路数字量I/O点或35路模拟量I/O点 |
S7-200CPU226 |
24 |
16 |
2个扩展模块 248路数字量I/O点或35路模拟量I/O点 |
S7-200CPU226XM |
24 |
16 |
2个扩展模块 248路数字量I/O点或35路模拟量I/O点 |
2.扩展单元
S7-200系列PLC主要有6种扩展单元,它本身没有CPU,只能与基本单元相连接使用,用于扩展I/O点数,S7-200系列PLC扩展单元型号及输入输出点数的分配如表4-12所示。
表4-12 S7-200系列PLC扩展单元型号及输入输出点数
类 型 |
型 号 |
输入点 |
输出点 |
数字量扩展模块 |
EM221 |
8 |
无 |
EM222 |
无 |
8 |
|
EM223 |
4/8/16 |
4/8/16 |
|
模拟量扩展模块 |
EM231 |
3 |
无 |
EM232 |
无 |
2 |
|
EM235 |
3 |
1 |
3.编程器
PLC在正式运行时,不需要编程器。编程器主要用来进行用户程序的编制、存储和管理等,并将用户程序送入PLC中,在调试过程中,进行监控和故障检测。S7-200系列PLC可采用多种编程器,一般可分为简易型和智能型。
简易型编程器是袖珍型的,简单实用,价格低廉,是一种很好的现场编程及监测工具,但显示功能较差,只能用指令表方式输入,使用不够方便。智能型编程器采用计算机进行编程操作,将专用的编程软件装入计算机内,可直接采用梯形图语言编程,实现在线监测,非常直观,且功能强大,S7-200系列PLC的专用编程软件为STEP7-Micro/WIN。
4.程序存储卡
为了保证程序及重要参数的安全,一般小型PLC设有外接EEPROM卡盒接口,通过该接口可以将卡盒的内容写入PLC,也可将PLC内的程序及重要参数传到外接EEPROM卡盒内作为备份。程序存储卡EEPROM有6ES 7291-8GC00-0xA0和6ES 7291-8GD00-0xA0两种,程序容量分别为8K和16K程序步。
5.写入器
写入器的功能是实现PLC和EPROM之间的程序传送,是将PLC中RAM区的程序通过写入器固化到程序存储卡中,或将PLC中程序存储卡中的程序通过写入器传送到RAM区。
6.文本显示器
文本显示器TD200不仅是一个用于显示系统信息的显示设备,还可以作为控制单元对某个量的数值进行修改,或直接设置输入/输出量。文本信息的显示用选择/确认的方法,最多可显示80条信息,每条信息最多4个变量的状态。过程参数可在显示器上显示,并可以随时修改。TD200面板上的8个可编程序的功能键,每个都分配了一个存储器位,这些功能键在启动和测试系统时,可以进行参数设置和诊断。
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CPU 414-2, CPU 414-3 和 CPU 414-3 PN/DP 为中等性能要求中的高需求而设计. 他们可以满足对程序容量和处理速度有较高要求的应用.
CPU 414-2 和 CPU 414-3 中内置 PROFIBUS DP 口,可以作为主站或从站直接连接到 PROFIBUS DP 现场总线。
使用 IF 964-DP 接口模板,还可将其他 DP 主站系统连接到 CPU 414-3 和 CPU 414-3 PN/DP 上。
在使用 PROFINET-ASIC ERTEC 400 时,CPU 414-3 PN/DP 具有交换机功能。 它提供了可从外部接触到的两个 PROFINET 端口。 除分层网络拓扑结构之外,还可以在新型 S7-400 控制器中创建总线形结构。
注意:
只有 6ES7 964-2AA04-0AB0 接口子模块才能使用。
CPU 装配有:
-
功能强大的处理器:
CPU 执行每条二进制指令时间仅为 0.045μs 。 -
CPU 414-2: 1 MB RAM (其中,程序和数据各使用 512 KB);
CPU 414-3: 2.8 MB RAM (其中,程序和数据各使用 1.4 MB);
CPU 414-3 PN/DP: 2.8 MB RAM (其中,程序和数据各使用 1.4 MB);
快速 RAM 用于执行部分用户程序 -
灵活扩展:
最高 131072 个数字量以及 81932 个模拟量输入/输出。 -
MPI多点接口:
通过 MPI,可将最多 32 个站连成简单网络,数据传输速率高达 12 Mbit/s。CPU 可与通讯总线(C 总线)和 MPI 的站之间建立最多 32 个连接。 -
模式选择开关:
波动开关设计。 -
诊断缓冲区:
最后的故障和中断事件保存在一个环形缓冲器中,用于进行诊断。 可以对输入数目进行设定。 -
实时时钟:
日期和时间附加在 CPU 的诊断消息后面 -
存储卡:
用于扩展内置的装载存储器。 存储在装载存储器中的信息包括S7-400参数数据以及程序,因此需要2倍的存储空间。 其结果是:- 内置的装载存储器不能满足大程序量的要求,因此需要存储卡。 可使用 RAM 和 FEPROM 卡。
-
PROFIBUS-DP 接口和组合的MPI/DP 接口:
通过 PROFIBUS DP 主站接口,可以实现分布式自动化组态,从而提高了速度,便于使用。 对用户来说,分布式I/O单元可作为一个集中式单元来处理(相同的组态、编址和编程).
组合式配置: SIMATIC S5和SIMATIC S7可以作为PROFIBUS主站符合EN 50 170规范。
CPU 414-3 和 CPU 414-3 PN/DP 还包括:
-
附加模块插槽:
可用IF 964-DP 接口子模板进行连接到PROFIBUS DP主站系统中。
CPU 414-3 PN/DP 另外包括:
-
PROFINET 接口,带 2 个端口(交换机):
- PROFINET I/O,可连接 256 个 IO 设备
- PROFINET CBA
一个方案,3 个平台
自动化系统主要通过以下特性来识别:
- 系统特定的特性,如功能和工程
- 硬件相关特性,如性能、设计和可扩展性
但是,机械工程需求差异非常大,取决于具体的机器型号。
每个硬件平台在特定应用中使用时都有其优点。
不同的平台之间还可以非常轻松地进行组合,这是模块化机器和设备的突出优点。因为单个的硬件平台总是具有相同的系统特性,即不论使用什么平台,功能和工程总是一样。
PROFIBUS 或 PROFINET 可以用来创建驱动和 I/O 之间的远程连接。
PROFINET/PROFIBUS 还可以用于 HMI 设备(如 SIMATIC HMI 或 SIMATIC S7 之类的上位控制器)之间的通信。这就意味着,SIMATIC HMI 面板以及安装有 WinCC 的 PC 可以用作操作员系统。甚至第 3 方应用也可以通过 OPC 接口与 SIMOTION 进行通信。
SIMOTION D ? 紧凑型,集成在驱动中
在 SIMOTION D 中,SIMOTION 的功能直接集成于 SINAMICS S120 驱动系统的闭环控制模块中。因此,整个系统(包括开环控制和驱动)都极其紧凑且响应快速。
SIMOTION D 提供两种型号:
- SIMOTION D410-2 单轴系统,也可选配多轴(模块型)
- SIMOTION D4x5-2 多轴系统,四种性能型号最多提供 128 轴(书本型)
这种性能细分确保最大程度的可扩展性和灵活性。应用领域从单轴机器到高性能的多轴机器。为了实现可视化和操作,SIMATIC HMI 设备可通过 PROFIBUS、以太网或 PROFINET 进行连接,具体取决于SIMOTION D 的型号。通过 PROFINET 或 PROFIBUS 来连接分布式 I/O。
SIMOTION C ? 模块化和灵活性
SIMOTION C 是一款采用 SIMATIC S7-300 设计的运动控制器。
其提供两种型号,接口不同,但运动控制功能或性能都相同。除了已经集成的 I/O 外,两种控制器还可通过 SIMATIC S7-300 系列的 I/O 模块加以扩展。
SIMOTION C240 是采用模拟量设定值接口和步进驱动器的应用的理想解决方案。它具有四个内置驱动器和编码器接口,非常适合机器改装项目。
SIMOTION C240 PN 可用于基于 PROFINET 的机器自动化项目。这种控制器具有三个 PROFINET 端口,除支持 TCP/IP 和 RT 通信外,还支持具有 IRT 功能的 PROFINET。它能够操作采用 PROFIdrive 行规的 PROFINET 驱动器以及 PROFINET I/O(如高速 SIMATIC ET 200SP)。
两种型号都另外配备两个 PROFIBUS 接口,通过这两个接口可以连接支持 PROFIdrive 行规和标准 I/O 的驱动。除此以外,两个控制器还具有工业以太网接口,从而提供更多的通信选项。
SIMOTION P ? 对其他任务开放
SIMOTION P 是一款基于 PC 的运动控制系统,具有两种型号:
-
SIMOTION P320-4 E(嵌入式)
处理器:高性能 Intel i3 处理器
存储器:内部 CFast/外部可访问 CFast
操作系统:Windows Embedded Standard 7 -
SIMOTION P320-4 S(标准型)
处理器:高性能型 Intel i7 处理器
存储器:内置固态硬盘 (SSD)/外部可访问 CFast
操作系统:Windows 7 Ultimate
由于 PC 中不含旋转部件,SIMOTION P320-4 系统适用于恶劣环境中的应用。两个 PC 都配有针对 SIMOTION 的常见实时扩展系统。这就意味着,除了 SIMOTION 机器应用程序以外,还可能随时运行其他 PC 应用程序,例如 SIMOTION 工程系统、操作员应用程序、过程数据评估例程或标准的 PC 应用程序。
借助其优秀的处理器性能,SIMOTION P350-4 特别适合对性能要求较高的应用(如具有高动态配置和压力控制回路的液压应用)。
SIMOTION P320-4 特别适合恶劣的操作环境。由于其尺寸小,因此对于许多可用空间有限并且需要设计非常坚固的应用均是最佳选择。
SIMOTION P320-4 可通过各种不同的 SIMOTION 工业平板显示器来操作 (IFP)。提供了不同的屏幕大小,既可以使用键盘和鼠标,也可以使用触摸屏进行操作。
这两个型号都标配有一个现场总线接口,其形式为集成式 PROFINET 接口(3 个端口)。IsoPROFIBUS board 板可安装在扩展插槽内以实现 PROFIBUS 应用。IsoPROFIBUS 板具有两个附加 PROFIBUS 接口。