SIMATIC S7-400 SIMATIC S7-400: 製造與製程工業系統解決方案適用的強大控制器 在控制器系列中,SIMATIC S7-400 是針對製造與製程自動化中的系統解決方案而設計 典型應用 : 汽車產業 標準機械設備製造, 包括自訂的機械設備製造 倉儲系統 樓宇工程 鋼鐵工業 輸配電 造紙與印刷產業 木工 紡織製造 製藥產業 食品 飲料與煙草產業 製程工程, 例如供水與廢水處理設備 化學工業與石化工業 重要功能介紹 下列功能使得 SIMATIC S7-400 成為最強大的 PLC: S7-400 特別適合製程工業中的資料密集工作 高處理速度與可確定的反應時間, 確保製造業中高速機器的機器短週期時間 S7-400 的高速背板匯流排, 可確保有效率地連結中央 I/O 模組 S7-400 具有強大通訊功能與整合式介面, 最常被用來整合整體廠房, 控制與受控站的低階通訊線路 由於 CPU 的分級系列, 因此可擴充 S7-400 的功能,I/O 的功能幾乎不受限制 CPU 所預留的能力可整合新的功能, 而無須進一步的硬體投資, 例如高品質資料的處理 使用者人性化的診斷 整合至更高階的 MES 解決方案, 或是透過匯流排系統進行的高速通訊 S7-400 可以模組化方式建構, 無須遵循任何插槽規則 ; 集中式組態和分散式架構, 都可使用各種廣泛的模組 S7-400 的分散式 I/O 組態, 可在運作時修改 另外, 也可在運作時移除和插入訊號模組 ( 熱插拔 ), 如此在發生故障時, 即可非常輕鬆的地擴充系統或更換模組 在 CPU 上儲存完整的專案資料 ( 包括符號與註解 ), 可簡化維修與維護電詢服務 可將安全技術與標準自動化功能整合到 S7-400 控制器中, 設置備援的 S7-400, 可提高廠房的可用性 外部環境狀況適用的 SIPLUS 版本中, 也可使用許多的 S7-300 組件, 例如, 擴大的溫度範圍 (-25 到 +60 C), 以及用於極端氣候 / 凝結情況下 如需詳細資訊, 可造訪 www.siemens.com/siplus 用於釀酒廠... 42
設計 模組化 S7-400 的重要功能為模組化特性 S7-400 的強大背板匯流排與 DP 通訊介面, 可直接插進 CPU, 以高效能運作許多通訊線路 這可將一條通訊線路分給 HMI 和程式設計工作之用, 一條分給高效能與等距即時運動控制元件使用, 一條作為 正常 的 I/O 現場匯流排 另外也可實作其他至 MES- /ERP 系統的必要連線, 或是透過 SIMATIC IT 連至網際網路 設計 S7-400 基本上由機架 電源供應器與中央處理器構成, 可以模組化的方式進行安裝與擴充 所有的模組, 可任意擺放在左側插入的電源供應器旁 S7-400 擁有無風扇的耐熱設計 訊號模組可熱插拔 多樣模組系列可用於集中式擴充, 以及簡易設定 ET 200 的分散式拓撲, 這可達成極具成本效益的備用零件處理 S7-400 可視工作而定, 以集中式或分散式組態擴充 為... 或是在紡織業中此, 也可集中使用附加裝置與介面模組 透過內建於 CPU 中的 PROFIBUS 或 PROFINET 介面, 也可進行分散式擴充 需要時也可使用通訊處理器 (CP) 藉由插入模組, 簡易地安裝 SIMATIC S7-400 除了標準安裝機架外, 也提供 9 和 18 個插槽的鋁製安裝機架 這些鋁製機架極能承受惡劣的環境條件, 不但更加堅固, 重量也減少 25% 43
設計 擴充 集中式擴充在集中式擴充中, 會將其他安裝機架直接連到中央控制器 可橋接遠達 100 公尺的距離, 同時仍提供背板匯流排的完整效能 在短距離間, 電源供應器電源迴路也可使用 可選用具 4 9 或 18 個插槽的安裝機架作為中央機架 可透過介面模組連接多達 21 個擴充裝置 ( 也具有 S7-400 模組適用的 18 或 9 個插槽 ) 分散式擴充分散式擴充可使用 PROFIBUS 或 PROFINET 為此,S7-400 可透過 CPU 中內建的介面, 連接至匯流排系統 有眾多具不同程度保護 ( 例如 IP20 IP65/67) 的 I/O 模組適用於此項應用, 這些模組可讓 S7-400 適用最多樣化的工作 SIMATIC S7-400 適用組件 組件特殊功能訂購編號群組 機架 UR1 1) CC 和 EU 用,18 個插槽 6ES7 400-1TA0. UR1 ( 鋁製 ) CC 和 EU 用,18 個插槽 6ES7 400-1TA1. UR2 CC 和 EU 用,9 個插槽 6ES7 400-1JA0. UR2 ( 鋁製 ) CC 和 EU 用,9 個插槽 6ES7 400-1JA1. UR2-H 1) 分割區段式 CC 用 9 個插槽 6ES7 400-2JA0. UR2-H ( 鋁製 ) 1) 分割區段式 CC 用 9 個插槽 6ES7 400-2JA1. CR1 分區段式 CC 用,18 個插槽 6ES7 401-2TA. CR3 CC 和 EU 用,4 個插槽 6ES7 401-1DA. ER1 EU 用,18 個插槽 6ES7 403-1TA0. ER1 ( 鋁製 ) EU 用,18 個插槽 6ES7 403-1TA1. ER2 EU 用,9 個插槽 6ES7 403-1JA0. ER2 ( 鋁製 ) EU 用,9 個插槽 6ES7 403-1JA1. 介面模組 IM 460-0 集中式擴充用的傳送介面模組,5 公尺 6ES7 460-0A. IM 461-0 集中式擴充用的接收介面模組,5 公尺 6ES7 461-0A. IM 460-1 1) 集中式擴充用的傳送介面模組,1.5 公尺 6ES7 460-1B. IM 461-1 1) 集中式擴充用的接收介面模組,1.5 公尺 6ES7 461-1B. IM 460-3 集中式擴充用的傳送介面模組,102 公尺 6ES7 460-3A. IM 461-3 集中式擴充用的接收介面模組,102 公尺 6ES7 461-3A. IM 467 PROFIBUS 適用的主介面模組 6ES7 467-5G. IM 467 FO PROFIBUS 適用的主介面模組 ( 光纖 ) 6ES7 467-5F. 電源供應 PS 405 (4 A) 24 V DC 6ES7 405-0D. PS 405 (10 A) 2) 24 V DC 6ES7 405-0KA. PS 405 (10 A) 24 V DC, 備援型式 6ES7 405-0KR. PS 405 (20 A) 24 V DC 6ES7 405-0R. PS 407 (4 A) 120/230 V AC 6ES7 407-0D. PS 407 (10 A) 1) 120/230 V AC 6ES7 407-0KA. PS 407 (10 A) 1) 120/230 V AC, 備援型式 6ES7 407-0KR. PS 407 (20 A) 120/230 V AC 6ES7 407-0R. 1) SIPLUS 組件也適用於極端氣壓 / 濕氣 (www.siemens.com/siplus) 2) 也適用更廣的溫度範圍 (-25 C 到 +60 C) 與極端氣壓 / 濕氣 (www.siemens.com/siplus) 44
CPU 範圍 CPU 的分級系列, 涵蓋了從入門級 CPU 到高效能 CPU 可規劃性的控制器 所有的 CPU 皆可控制大量化架構 ; 可讓數顆 CPU 在多重運算組態中同時運作, 以大幅提升效能 由於高處理速度和可確定性的回應時間計算,CPU 可達成機器的短週期時間 可以各種項目區分不同 CPU, 例如 RAM 位址範圍 連線數目和執行時間 除了標準型 CPU 外, 也有 2 種失效安全型 CPU 和 2 種容錯複聯型 CPU MB 30,0 11,2 5,6 2,8 1,0 0,5 0,288 CPU 412-1 CPU 412-2 CPU 414-2 CPU 414-3 CPU 416-2 CPU 416-3 CPU 417-4 在多處理器運算中, 所有 CPU 如同單顆 CPU 般運作, 當一顆 CPU 停止 (STOP) 時, 其他的 CPU 也會暫停 數顆 CPU 的動作, 可透過同步呼叫下指令, 選擇性地加以協調 此外,CPU 間的資料交換可藉由 全域資料 機制, 以極高速進行 效能 S7-400 的特色不只有極短回應時間, 也包括所保留的強大效能 即使需要同時通訊或出現其他未預期的負荷時, 也可以此種方式達成極短的回應時間 這可達到指定的回應時間, 例如輸出訊號回應輸入訊號改變的時間 也可整合其他功能, 無須再投資任何硬體 新功能的範例包括, 儲存和處理高品質資料 使用者人性化的診斷, 或是垂直整合至更高階的 MES 解決方案中 提升的通訊效能可達成透過工業乙太網路的高速通訊, 並透過 PROFIBUS 有效率地連結現場層級, 例如在等時工作進行時 診斷 CPU 的智慧診斷系統可持續監控系統的功能和程序, 並登錄錯誤與特定的系統事件 ; 也可加入使用者自己的診斷訊息 64 32 16 0,075 0,045 0,03 0,018 4 8 16 / KB µs 診斷可用來判定, 模組的訊號取得 ( 在數位模組的情況中 ) 或類比處理 ( 類比模組 ) 是否無錯誤 有診斷訊息待處理時 ( 例如 無編碼器輸入 ), 模組會觸發診斷中斷 CPU 接著中斷使用者程式的執行, 並執行相關診斷中斷區塊 可監控程序訊號, 並利用程序中斷回應訊號變更 S7-400 標準型 CPU 的範圍 多重運算 在單一 S7-400 中央控制器中數顆 CPU 的同步運作 ( 多重運算 ), 可為使用者帶來不同的效益 : 透過多重運算, 可共享 S7-400 的整體效能 例如, 開迴路控制 運算或通訊等技術中的複雜工作, 可經過分割並指派給不同 CPU 處理 為此, 會指派各 CPU 自己的本體 I/O 在多重運算中, 也可將某些工作分割獨立處理, 也就是由一顆 CPU 處理時間關鍵程序的工作, 另一顆處理非時間關鍵的工作 45
S7-400 CPU 的技術規格 新功能 新功能 CPU CPU 412-1 CPU 412-2 CPU 414-2 CPU 414-3 CPU 414-3 PN/DP 尺寸 (mm) 25 x 290 x 219 50 x 290 x 219 插槽數目 1 2 訂購編號群組 :6ES7 412-1XJ. 412-2XJ. 414-2XK. 414-3XM. 414-3EM. 工作記憶體內建 288 KB 512 KB 1 MB 2.8 MB 指令 48 K 84 K 170 K 460 K 程式用 144 KB 256 KB 512 KB 1.4 MB 資料用 144 KB 256 KB 512 KB 1.4 MB 處理時間位元運算 0.075 μs 0.045 μs 字元運算 0.075 μs 0.045 μs 整數運算 0.075 μs 0.045 μs 浮點數運算 0.225 μs 0.135 μs 位元記憶體 計時器 計數器位元記憶體 4 KB 8 KB S7 計時器 / 計數器 2048 / 2048 2048 / 2048 IEC 計時器 / 計數器 位址範圍 I/O 4 KB / 4 KB 8 KB / 8 KB 處理 I/O 映像 4 KB / 4 KB 8 KB / 8 KB 數位通道 32768 / 32768 65536 / 65536 類比通道 2048 / 2048 4096 / 4096 DP 介面 DP 介面數目 1 (MPI/DP) 1 1 2 1 DP 受控端數目 32 64 96 各 96 個 各 125 個 可插入的介面擴充模組 1 x DP 1 x DP PN 介面 PN 介面數目 1 (2 ports) PROFINET I/O 具 IRT 的 PROFINET PROFINET CBA TCP/IP UDP ISO-on-TCP (RFC 1006) Web server 資料設定閘道 46
新功能 新功能 CPU CPU 416-2 CPU 416F-2 CPU 416-3 1) CPU 416-3 CPU 416F-3 PN/DP 1) PN/DP CPU 417-4 1) 尺寸 (mm) 25 x 290 x 219 50 x 290 x 219 50 x 290 x 219 插槽數目 1 2 2 訂購編號群組 :6ES7 416-2XN. 416-2FN. 416-3XR. 416-3ER. 416-3FR. 417-4XT. 工作記憶體內建 5.6 MB 11.2 MB 30 MB 指令 920 K 560 K F 1840 K 1120 K F 5 M 指令 指令 程式用 2.8 MB 5.6 MB 15 MB 資料用 2.8 MB 5.6 MB 15 MB 處理時間位元運算 0.03 μs 0.018 μs 字元運算 0.03 μs 0.018 μs 整數運算 0.03 μs 0.018 μs 浮點數運算 0.09 μs 0.054 μs 位元記憶體 計時器 計數器位元記憶體 16 KB 16 KB S7 計時器 / 計數器 2048 / 2048 2048 / 2048 IEC 計時器 / 計數器 位址範圍 I/O 16 KB / 16 KB 16 KB / 16 KB 處理 I/O 映像 16 KB / 16 KB 16 KB / 16 KB 數位通道 131072 / 131072 131072 / 131072 類比通道 8192 / 8192 8192 / 8192 DP 介面 DP 介面數目 1 1 2 1 1 3 DP 受控端數目 125 125 各 125 個 各 125 個 各 125 個 各 125 個 可插入的介面擴充模組 1 x DP 1 x DP 1 x DP 2 x DP PN 介面 PN 介面數目 1 (2 埠 ) 1 (2 埠 ) PROFINET I/O 具 IRT 的 PROFINET PROFINET CBA TCP/IP UDP ISO-on-TCP (RFC 1006) Web server 資料設定閘道 1 ) SIPLUS 組件也適用於極端氣壓 / 濕氣 (www.siemens.com/siplus) 47
記憶體概念 緩衝 特殊功能 資料 / 程式記憶體 S7-400 的所有 CPU 都區分了資料記憶體與程式記憶體 這種工作記憶體的劃分, 為某些群組系統帶來了 100% 的效能提升 標準處理器必須存取 RAM 至少兩次,S7-400 特製處理器則可在同一週期中, 同時存取程式碼記憶體與資料記憶體 為此, 也有分開的程式與資料匯流排, 這可讓使用者獲得額外的效能! 依據工作記憶體的大小, 可決定如何從精細分級的 CPU 系列中選取需要的 CPU RAM RAM 內建載入記憶體 (RAM) 足以供中小型程式使用 對於較大型的程式, 可插入 RAM 或 FEPROM 記憶卡 (64 KB 到 64 MB), 加大載入記憶體 (64 KB 到 64 MB) 利用 64 MB RAM 記憶卡, 甚至可儲存最大型 CPU 的整個工作記憶體內容 RAM 記憶體是使用電源供應器的電池備援 RAM 記憶卡特別可在某些情況中使用, 例如, 必須在啟動階段經常修改使用者程式時 RAM 記憶卡的儲存速度較 FEPROM 記憶卡快, 並可進行任意數量的寫入週期 對於無備用電池的保存性儲存, 可使用插入式 FEPROM 記憶卡, 即使拔出後此種記憶卡上的資料仍可保存 備用電池 50% RAM 50% RAM 視類型而定,S7-400 的電源供應器模組具有 1 或 2 個備用電池用的電池盒 如果經過背板匯流排的供電壓失效, 此電池會備援保留 CPU 和可參數化模組中的設定參數與記憶體內容 (RAM), 進而可在電壓失效後, 使用儲存的參數重新啟動 CPU 電源供應模組與備援模組可監控操作電壓, 並指示電池耗盡的時間 模組化控制器 - SIMATIC S7-400 特殊功能 S7-400 CPU 具有某些極為有用的特殊功能 : 透過網路進行韌體升級, 可更簡單快速的進行升級 利用硬體開關, 將所有設定重設為出廠值 ( 回復原廠設定 ) 透過系統功能提供額外的寫入保護 ( 例如, 不會從 PC 將元件下載到 CPU) 讀取記憶卡的序號, 選擇性的保護關鍵技術, 如此可確保程式只隨特定記憶卡執行 內建的資料記錄閘道, 可在不同的匯流排系統和網路邊界間, 以整合的方式存取資料記錄, 例如, 控制層級 PC 可透過 PROFINET, 和較低階的 S7-400 控制器通訊, 而現場裝置透過 PROFIBUS 連接控制層級 PC 48
RUN 中的組態 在系統運作時變更組態 在廠房運作時也需要進行修改或擴充 ( 區段 ), 例如執行其他感測器或致動器 I/O 模組的重新參數化 ( 例如選擇其他中斷限制 ) 可能的應用為不中斷運作需求, 也就是用於不能關閉的連續製程中, 或是生產製造不能中斷的情況中 : 重新啟動成本高的加工廠或製造廠 使用 SIMATIC S7-400, 即可在廠房運作期間變更硬體組態, 而不會造成任何負面影響 CiR (Configuration in RUN) 可在系統運作階段進行廠房擴充與轉型 優點 CiR 可達成廠房擴充與最佳化 製程運作時可進行廠房的擴充與轉型, 這些對廠房所作的變更不會造成影響 這表示能夠以更低的成本, 更快速完成擴充與轉型 此外,RUN 狀態中的修改, 可極具彈性地回應程序的變更與最佳化 在沒有不中斷需求廠房進行轉型所需的時間, 也可利用 RUN 期間縮短變更與重新設定時間, 因為廠房不需隨硬體組態改變而重新啟動或同步化 應用 使用分散式 I/O, 可變更 RUN 狀態中的硬體組態 可使用 S7-400 所有的標準型 CPU, 以及採獨立運作的 S7-400H 容錯複聯型 CPU 可使用下列 DP 主控端執行 CiR 程序 : CPU ( 經由內建介面 ) CP 443-5 延伸 ( 從第 5.0 版開始 ) IF 964 DP 介面模組 容錯複聯備援組態中的 S7-400H CPU, 可在運作期間使用 H- CiR 功能修改 功能 下列的硬體組態變更, 可在廠房運作期間進行 : 新增分散式 I/O 節點 (PROFIBUS DP 和 PROFIBUS PA 受控端 ), 例如, 用於建立其他處理線路 在 ET 200M 分散式 I/O 系統中新增 I/O 模組, 例如用來實作其他感測器技術 復原變更, 也就是再次移除已經新增的現場裝置 (DP/PA 受控端 ) 和模組 ET 200M I/O 系統中 I/O 模組的重新參數化, 例如在使用具其他規格的感測器時更換零件, 或適用於選擇其他中斷限制 PROFIBUS PA PROFIBUS S7-400 CPUs ET 200M DP DP/PA PA S7-400H ET 200M ET 200M ( F ) DP DP/PA PA 在 S7-400 主控運作期間, 可從廠房新增或移除的模組系列 49
模組系列 S7-400 的多面向模組系列, 可進行模組化自訂, 配合最多樣化的工作 S7-400 支援多面向性技術工作, 提供完備的通訊選項 在 S7-400 設計技術和通訊中, 有各種廣泛的特殊模組 功能模組 FM 452 通訊處理器 CP 443-1 進階版 技術 功能模組為智慧型模組, 可獨立執行技術工作, 進而減少 CPU 的工作負荷量 需要高準確度和高度動態回應時, 可使用功能模組 網路通訊 通訊處理器是用來將 S7-400, 連接至不同的匯流排系統 / 通訊網路與點對點連接耦合 功能模組 技術功能 通道 / 軸 模組 計數 量測 配量 2 FM 450 3) 位置偵測 ( 增量 ) 凸輪控制 1 FM 452 PID 控制 16 FM 455C ( 連續 ) PID 控制 16 FM 455S ( 步進 / 脈衝 ) 定位 3 FM 451 ( 快速進給 / 緩行進給 ) 定位 3 FM 453 ( 使用步進與伺服驅動器 ) 可任意設定的 PLC 控制 運動控制與技術工作 任意 FM 458-1 DP 通訊處理器匯流排系統 / 通訊網路 模組 PROFIBUS DP 2) CP 443-5 Extended 擴充版 PROFIBUS FMS 2) CP 443-5 Basic 基本版 3) PROFINET / CP 443-1 Advanced 進階版工業乙太網路 2) 1) 3) ( 具 IT 功能 ) 點對點連結 CP 440 CP 441 1) IT 功能提供 : 使用任何 HTML 工具建立專屬網頁, 簡單地將 S7 的程控變數指派給 HTML 物件 使用標準瀏覽器, 透過網頁監控 S7 從 S7 的使用者程式, 利用函數呼叫傳送電子郵件 透過電話網路進行遠端程式設計 維護和診斷 ( 例如 ISDN) 您可在 SIMATIC 技術 產品手冊與 www.siemens.com/simatic-technology 網站上, 取得詳細的資訊 2) 您可在 工業通訊 產品手冊中與 www.siemens.com/automation/simatic-net 網站上, 取得詳細的資訊 3) SIPLUS 組件也適用於極端氣壓 / 濕氣 (www.siemens.com/siplus) 50