西门子6XV1840-2AH10详情

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PLC安全型自动化系统S7-400F/FH编程

 CPU 412-3H、CPU 414-4H和CPU 417-4H是S7-400H容错式自动控制系统和S7-400F/FH安全型自动控制系统的CPU模块，它们带有两个用于安装同步模块的插槽。

  1. S7-400F/FH的应用场合

  S7-400F/FH安全型自动化系统适用于对安全性要求很高的系统，控制过程(直接关闭某些输出)应尽量减少对人和环境产生的危害。增强的安全功能由F CPU中与安全有关的用户程序和故障安全I/O模块(F模块)提供。故障安全型CPU可以连接分布式故障安全I/O模块，ET200M和ET200S可以使用故障安全的数字量模块，实现集中式连接。也可以使用标准模块，来满足与安全无关的应用。S7-400F/FH有两种基本类型

  1)安全型自动化系统S7-400F。系统中出现故障时生产过程转为安全状态，并执行中断。

  2)安全及容错自动化系统S7-400FH。如果系统出现故障，冗余控制使生产过程能继续执行。

  S7-400F/FH可以使用标准模块和安全型模块来配置一个安全型集成控制系统，在无安全要求及有部分安全要求的工厂中使用，整个工厂可以用相同的标准工具软件来组态和编程。

  2. S7-300F和S7-400F/FH的工作原理

  F CPU的安全功能包含在CPU的F程序中和包含在故障安全信号模块中。信号模块通过差异分析监视输入和输出信号。CPU通过自检、指令测试和顺序程序流控制来监视PLC 的运行。通过请求信号检查I/O，如果系统诊断出一个错误，则转入安全状态。

  将F运行许可证安装到S7-400F/FH的CPU，每个F的CPU需要一个F运行授权。

  3. S7-300F和S7-400F/FH的编程

  S7-300F和S7-400F/FH的编程方法与其他S7系统的编程方法相同，无安全性要求的部分可以用STEP7来编写。S7-300F和S7-400F/FH使用STEP7选件包“S7FDistrib-uted Safety”(S7F分布式安全)来编写与安全有关的程序，选件包中包括用来创建F程序的所有功能和功能块，提供FFBD或FLAD语言。用这两种语言编写与安全有关的F程序，可以简化工厂的规划和编程，程序员可以将精力集中到安全应用的组态中。

  4. S7-400F/FH的通信

  中央控制器和ET200M之间的安全型通信和标准通信通过FROFIBUS-DP进行，故障安全型CPU使用内置的DP接口和PROFIsafe协议，允许安全型功能的数据和标准报文帧一起传送。不需要对故障安全I/O进行额外的布线，就可以实现与故障安全有关的通信。

  5.多CPU处理

  多CPU处理运行是指在S7-400中央机架上，多4个具有多CPU处理能力的CPU同时运行。这些CPU自动地、同步地变换其运行模式。也就是说它们同时启动，同时进入STOP模式，这样可以同步地执行控制任务。

  多CPU处理适用于以下情况对于一个CPU来说用户程序太长，或者存储空间不够，需要将程序分配给多个CPU执行。如果整个系统由多个不同的部分组成，并且这些部分可以很容易地彼此拆开并可以单控制，则各CPU分别处理不同的部分，每个CPU访问分配给它的模块。通过通信总线，CPU彼此互联。如果组态正确，通过编程软件可以访问 MPI 网络上的全部CPU。在启动时，多CPU运行的CPU将自动检查彼此间是否能同步。每个CPU可以访问用STEP7为其组态分配的模块，模块的地址区总是单分配给一个CPU。每个具有中断能力的模块被分配给一个CPU，这样的模块产生的中断不能被其他CPU接收。过程中断和诊断中断只能发送给一个CPU，在模块有故障或插/拔某一模块时，由参数赋值时分配的CPU处理中断。有机架故障时，每个CPU调用OB86。

  使用多CPU中断(OB60)可以在相应的CPU中同步地响应一个事件。与通过模块触发的过程中断相比，通过调用SFC35“MP_ALM”触发的多CPU中断只能通过CPU输出。

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。