西门子PLC模块系列代理变频器

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  SIMATICS7-400 PLC是具有的PLC，采用模块化无风扇设计，坚固，易于扩展，通信能力强大，适用于对可靠性要求的大型复杂的控制系统，如图0-11所示。

  S7-400有很强的通信功能，CPU模块集成有MPI和DP通信接口，另有PROFIBUS-DP、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，可以周期性地自动交换I/O模块的数据。

  S7-400的模块插座焊在机架中的总线连接板上，模块插在模块插座上，有不同槽数的机架供用户选用，如果一个机架容纳不下所有的模块，可以扩展一个或数个机架，各机架之间用接口模块和通信电缆交换信息。

  S7-400提供了多种级别的CPU模块和种类的通用功能模块，使用户能根据需要组成不同的系统。S7-400 采用模块化设计，性能范围宽广的不同模块可以灵活组合，扩展十分方便。可以扩展多达300个模块，背板总线集成在模块内，没有插槽限制，支持多处理器计算(在中央机架上可以使用多达4个CPU)。模块具有很高的电磁兼容性和抗冲击、耐振动性能，并可带电插拔。

  图0-11 S7-400 PLC

  1. S7-400家族

  S7-400有多种不同型号的CPU：CPU412-1、412-2、414-2、414-3、416-2、416-3，以及417-4 等，分别适用于不同等级的控制要求。

  CPU 412-1和 CPU412-2用于中等性能的经济型中小型项目，集成的MPI允许PROFIBUS-DP总线操作。CPU412-2有两个PROFIBUS-DP接口。

  CPU 412-2和CPU412-3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。CPU 417-4 DP适用于要求的复杂场合，有两个插槽供 IF接口模块(串口)使用。CPU 417H 用于S7-400H容错控制PLC。

  通过TF964 DP适用于要求的复杂场合，有两个插槽供IF接口模块(串口)使用。CPU 417-4 可以扩展两个PROFIBUS-DP接口。

  除了CPU412-1之外，集成的DP接口使CPU可作PROFIBUS-DP的主站。表0-4列出了几种有典型S7-400PLC的CPU技术规范。

  表0-4 几种S7-400PLC的CPU技术规范

  2. S7-400PLC基本结构

  S7-400 PLC由机架、电源模块(PS)、中央处理单元(CPU)、数字量输入/输出(DL/DO)模块、模拟量输入/输出(AI/AO)模块、通信处理器(CP)、功能模块(FM)和接口模块(IM)组成，如图0-12所示。DI/DO模块和AI/AO模块统称为信号模块(SM)。

  图0-12 S7-400基本结构

PLC执行程序的过程及特点

  PLC执行程序的过程分为三个阶段，即输入采样阶段、程序执行阶段、输出刷新阶段

 1．输入采样阶段

 在输入采样阶段，PLC以扫描工作方式按顺序对所有输入端的输入状态进行采样，并存入输入映象寄存器中，此时输入映象寄存器被刷新。接着进入程序处理阶段，在程序执行阶段或其它阶段，即使输入状态发生变化，输入映象寄存器的内容也不会改变，输入状态的变化只有在下一个扫描周期的输入处理阶段才能被采样到。

    2．程序执行阶段

  在程序执行阶段，PLC对程序按顺序进行扫描执行。若程序用梯形图来表示，则总是按先上后下，先左后右的顺序进行。当遇到程序跳转指令时，则根据跳转条件是否满足来决定程序是否跳转。当指令中涉及到输入、输出状态时，PLC从输入映像寄存器和元件映象寄存器中读出，根据用户程序进行运算，运算的结果再存入元件映象寄存器中。对于元件映象寄存器来说，其内容会随程序执行的过程而变化。

  3．输出刷新阶段

 当所有程序执行完毕后，进入输出处理阶段。在这一阶段里，PLC将输出映象寄存器中与输出有关的状态（输出继电器状态）转存到输出锁存器中，并通过一定方式输出，驱动外部负载。

   因此，PLC在一个扫描周期内，对输入状态的采样只在输入采样阶段进行。当PLC进入程序执行阶段后输入端将被封锁，直到下一个扫描周期的输入采样阶段才对输入状态进行重新采样。这方式称为集中采样，即在一个扫描周期内，集中一段时间对输入状态进行采样。

  在用户程序中如果对输出结果多次赋值，则后一次有效。在一个扫描周期内，只在输出刷新阶段才将输出状态从输出映象寄存器中输出，对输出接口进行刷新。在其它阶段里输出状态一直保存在输出映象寄存器中。这种方式称为集中输出。

对于小型PLC，其I/O点数较少，用户程序较短，一般采用集中采样、集中输出的工作方式，虽然在一定程度上降低了系统的响应速度，但使PLC工作时大多数时间与外部输入/输出设备隔离，从根本上提高了系统的抗干扰能力，增强了系统的可靠性。

    而对于大中型PLC，其I/O点数较多，控制功能强，用户程序较长，为提高系统响应速度，可以采用定期采样、定期输出方式，或中断输入、输出方式以及采用智能I/O接口等多种方式。

     从上述分析可知，当PLC的输入端输入信号发生变化到PLC输出端对该输入变化作出反应，需要一段时间，这种现象称为PLC输入／输出响应滞后。对一般的工业控制，这种滞后是完全允许的。应该注意的是，这种响应滞后不仅是由于PLC扫描工作方式造成，更主要是PLC输入接口的滤波环节带来的输入延迟，以及输出接口中驱动器件的动作时间带来输出延迟，同时还与程序设计有关。滞后时间是设计PLC应用系统时应注意把握的一个参数。