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西門子S7-300/400串口通信模塊使用時的注意事項

?1. 串行通訊模塊基本信息介紹

CP340/CP341/CP440/CP441-1/CP441-2模塊是西門子S7-300/400系列PLC中的串行通訊模塊，這些模塊具有1個或2個（CP441-2）串行通訊接口（RS232C、20mA-TTY或RS485/422）?？梢赃\用這些通訊模塊完成S7-300/400體系與其他串行通訊設(shè)備的數(shù)據(jù)交換，例如打印機、掃描儀、智能儀表、第三方MODBUS主從站、Data Highway、變頻器，USS站等。

2.注意事項：

2.1完成MODBUS通訊時，需要在CP341/CP441-2模塊上刺進相應(yīng)協(xié)議的硬件狗（硬件狗、Dongle、協(xié)議驅(qū)動或Loadable driver指的是同一個東西）

2.2  MODBUS 是單主站結(jié)構(gòu)的串行通信協(xié)議，體系中只可以有一個MODBUS主站，而且只可以完成主站和從站的數(shù)據(jù)交換，從站之間不能進行數(shù)據(jù)交換。

2.3    RS232C接口的通訊大間隔為15m；RS422/485接口的通訊大間隔位1200m。

2.4   串行通訊模板只有RS232C、20mA-TTY或RS485/422 三種電氣接口類型， 想完成串口的光纖通訊，只能購買第三方轉(zhuǎn)化設(shè)備，西門子不供給該類設(shè)備。

在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備中，有大量的數(shù)字量及模擬量的控制裝置，例如電機的啟停，電磁閥的開閉，產(chǎn)品的計數(shù)，溫度、壓力、流量的設(shè)定與控制等，而PLC技術(shù)是解決上述問題的較有效、較便捷的工具，因此PLC在工業(yè)控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。下面就PLC控制系統(tǒng)設(shè)計中的問題進行探討。

1、PLC系統(tǒng)設(shè)備選型

PLC主要的目的是控制外部系統(tǒng)。這個系統(tǒng)可能是單個機器，機群或一個生產(chǎn)過程。不同型號的PLC有不同的適用范圍。根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，分析被控對象的復(fù)雜程度，進行I/O點數(shù)和I/O點的類型(數(shù)字量、模擬量等)統(tǒng)計，列出清單。適當(dāng)進行內(nèi)存容量的估計，確定適當(dāng)?shù)牧粲杏嗔慷焕速M資源的機型(小、中、大形機器)。并且結(jié)合市場情況，考察PLC生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品及其售后服務(wù)、技術(shù)支持、網(wǎng)絡(luò)通信等綜合情況，選定價格性能比較好的PLC機型。

目前市場上的PLC產(chǎn)品眾多，國外有德國的SIEMENS;日本的 OMRON、MITSUBISHI、FUJI、Panasonic;美國的GE;韓國的LG等。國產(chǎn)品牌有研華、研祥、合力時等。近幾年，PLC產(chǎn)品的價格有較大的下降，其性價比越來越高。PLC 的選型應(yīng)從以下幾個方面入手。

2.1 確定PLC 控制系統(tǒng)的規(guī)模

依據(jù)工廠生產(chǎn)工藝流程和復(fù)雜程度確定系統(tǒng)規(guī)模的大小?？煞譃榇?、中、小三種規(guī)模。

小規(guī)模PLC控制系統(tǒng):單機或者小規(guī)模生產(chǎn)過程，控制過程主要是條件、順序控制，以開關(guān)量為主，并且I/O點數(shù)小于128 點。一般選用微型PLC,如SIEMENS S7-200等。

中等規(guī)模PLC控制系統(tǒng):生產(chǎn)過程是復(fù)雜邏輯控制和閉環(huán)控制，I/O點數(shù)在128——512 點之間。應(yīng)該選用具有模擬量控制、PID控制等功能的PLC，如SIEMENS S7-300等。

大規(guī)模PLC控制系統(tǒng):生產(chǎn)過程是大規(guī)模過程控制、DCS系統(tǒng)和工廠自動化網(wǎng)絡(luò)控制，I/O點數(shù)在512點以上。應(yīng)該選用具有通信聯(lián)網(wǎng)、智能控制、數(shù)據(jù)庫、中斷控制、函數(shù)運算的高檔PLC,如SIEMENS S7-400等, 再和工業(yè)現(xiàn)場總線結(jié)合實現(xiàn)工廠工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的通訊和控制。

2.2 確定PLC I/O 點的類型

根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，分析被控對象的復(fù)雜程度，進行I/O點數(shù)和I/O點的類型(數(shù)字量、模擬量等)統(tǒng)計，列出清單。適當(dāng)進行內(nèi)存容量的估計，確定適當(dāng)?shù)牧粲熊浻布Y源余量而不浪費資源的機型(小、中、大型機器)。

根據(jù)PLC輸出端所帶的負載是直流型還是交流型，是大電流還是小電流，以及PLC輸出點動作的頻率等，從而確定輸出端采用繼電器輸出，還是晶體管輸出，或品閘管輸出。不同的負載選用不同的輸出方式，對系統(tǒng)的穩(wěn)定運行是很重要的。

電磁閥的開閉、大電感負載、動作頻率低的設(shè)備，PLC輸出端采用繼電器輸出或者固態(tài)繼電器輸出;各種指示燈、變頻器/數(shù)字直流調(diào)速器的啟動/停止應(yīng)采用晶體管輸出。

2.3 確定PLC編程工具

(1) 一般的手持編程器編程。手持編程器只能用商家規(guī)定語句表中的語句表(STL)編程。這種方式效率低，但對于系統(tǒng)容量小、用量小的產(chǎn)品比較適宜，具有體積小、價格低、易于現(xiàn)場調(diào)試等優(yōu)點。 這主要用于微型PLC的編程。

(2) 圖形編程器編程。圖形編程器采用梯形圖(LAD)編程，方便直觀，一般的電氣人員短期內(nèi)就可應(yīng)用自如，但該編程器價格較高,主要用于微型PLC和中檔PLC。

(3) 計算機加PLC軟件包編程 。這種方式是效率高的一種方式，但大部分公司的PLC 開發(fā)軟件包價格昂貴，并且該方式不易于現(xiàn)場調(diào)試，主要用于中高檔PLC系統(tǒng)的硬件組態(tài)和軟件編程。

3、PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計

PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計包括硬件設(shè)計和軟件設(shè)計。

硬件設(shè)計是PLC控制系統(tǒng)的至關(guān)重要的一個環(huán)節(jié)，這關(guān)系著PLC控制系統(tǒng)運行的可靠性、安全性、穩(wěn)定性。主要包括輸入和輸出電路兩部分。

(1) PLC控制系統(tǒng)的輸入電路設(shè)計。PLC供電電源一般為AC85—240V，適應(yīng)電源范圍較寬，但為了抗干擾，應(yīng)加裝電源凈化元件(如電源濾波器、1:1隔離變壓器等);隔離變壓器也可以采用雙隔離技術(shù)，即變壓器的初、次級線圈屏蔽層與初級電氣中性點接大地，次級線圈屏蔽層接PLC 輸入電路的地，以減小高低頻脈沖干擾。

PLC輸入電路電源一般應(yīng)采用DC 24V, 同時其帶負載時要注意容量，并作好防短路措施，這對系統(tǒng)供電安全和PLC安全至關(guān)重要，因為該電源的過載或短路都將影響PLC的運行，一般選用電源的容量為輸入電路功率的兩倍，PLC輸入電路電源支路加裝適宜的熔絲，防止短路。

(2) PLC控制系統(tǒng)的輸出電路設(shè)計。依據(jù)生產(chǎn)工藝要求，各種指示燈、變頻器/數(shù)字直流調(diào)速器的啟動停止應(yīng)采用晶體管輸出，它適應(yīng)于高頻動作，并且響應(yīng)時間短;如果PLC 系統(tǒng)輸出頻率為每分鐘6 次以下，應(yīng)繼電器輸出，采用這種方法，輸出電路的設(shè)計簡單，抗干擾和帶負載能力強。

如果PLC輸出帶電磁線圈等感性負載，負載斷電時會對PLC的輸出造成浪涌電流的沖擊，為此，對直流感性負載應(yīng)在其旁邊并接續(xù)流二極管，對交流感性負載應(yīng)并接浪涌吸收電路，可有效保護PLC。

前期的工業(yè)生產(chǎn)進程中，由繼電器建立的操控體系逐漸成為工業(yè)生產(chǎn)范疇早的操控體系，并且運用越來越廣泛。但繼電器操控體系一般只能針對某一斷定的動作次序或生產(chǎn)工藝而規(guī)劃，其操控功用也局限于邏輯操控、定時、計數(shù)等一些簡略的操控需求，還存在著布線多、接線復(fù)雜的狀況， 一旦動作次序或生產(chǎn)工藝發(fā)作變化，就必須從頭進行規(guī)劃、布線、設(shè)備和調(diào)試，構(gòu)成時刻和資金的嚴(yán)重。因而隨著生產(chǎn)規(guī)劃的逐漸擴展，繼電器操控體系由于其體積大、耗電多、牢靠性差、壽命短、運轉(zhuǎn)速度慢、適應(yīng)性差等原因，已越來越難以適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的要求。

一、PLC 的產(chǎn)生和定義

1968年美國大的轎車制作商通用汽車公司（GM）為了適應(yīng)轎車類型不斷更新的需求，并能在競爭劇烈的轎車工業(yè)中占有優(yōu)勢，提出要研制一種新型的

工業(yè)操控設(shè)備來替代繼電器操控設(shè)備，為此，擬定了10項公開招標(biāo)的技術(shù)要求，即：

1）編程簡略，可在現(xiàn)場修正程序。

2）維護便利，是插件式。

3）牢靠性高于繼電器操控柜。

4）體積小于繼電器操控柜。

5）可將數(shù)據(jù)直接送入辦理計算機。

6）在本錢上可與繼電器操控柜競爭。

7）輸入可所以溝通115V。

8）輸出可所以溝通115V，2A以上，可直接驅(qū)動電磁閥等。

9）在擴展時，原有體系只需很小變更。

10）用戶程序存儲器容量至少能擴展到4K。

依據(jù)招標(biāo)的技術(shù)要求，第二年，美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制出了上*臺PLC，并在通用轎車公司主動設(shè)備線上試用成功。這種新型的工控設(shè)備，以其體積小、可變性好、牢靠性高、運用壽命長、簡略易懂、操作維護便利等一系列長處，很快就在美國的許多行業(yè)里得到推廣運用，也受到了上許多國家的高度重視。1971年，日本從美國引進了這項新技術(shù)，很快研制出了他們的第1臺PLC。1973年，西歐國家也研制出他們的第1臺PLC。而我國也從1974年開端研制了相應(yīng)的產(chǎn)品，并于1977年開端運用于工控范疇。

前期的PLC上選用了計算機的規(guī)劃思維，但功用上比較簡略，只能完成次序操控，僅有邏輯運算等簡略功用，所以人們將它稱為可編程邏輯操控器（Programmable Logic Controller）簡稱為PLC。

到了20世紀(jì)70年代末至20世紀(jì)80年代初期，微處理器日趨老練，PLC的處理速度也大大進步，一起添加了許多功用。例如：在軟件方面，堅持了原有的邏輯運算、計時、計數(shù)等功用的基礎(chǔ)上，還添加了算術(shù)運算、數(shù)據(jù)處理、網(wǎng)絡(luò)通訊、自確診等功用；在硬件方面，在堅持原有的開關(guān)量模塊的基礎(chǔ)上，還添加了模仿量模塊、長途I/O模塊以及各種特殊功用的模塊，并擴展了存儲器的容量，并且還供給一定數(shù)量的數(shù)據(jù)寄存器，因而功用上有了較大的進步，為此，美國電氣制作協(xié)會將可編程序邏輯操控器正式命名為可編程序操控器（Programmable Controller），簡稱PC。但由于PC簡單和個人計算機PC（Personal Computer）混雜，所以人們?nèi)赃m應(yīng)地用PLC作為可編程序操控器的簡稱。

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9 個不同 CPU 可用于 S7-400
3 個 CPU 可用于 S7-400H 和 S7-400F/FH
2 個故障安全 CPU 可用于 S7-400F
各種性能級別適用于廣泛應(yīng)用
SIMATIC S7-400 提供多種 CPU，以滿足不同的性能要求：

CPU 412-1 和 CPU 412-2:
用于中等性能范圍的小型設(shè)備。
CPU 414-2, CPU 414-3, CPU 414-3 PN/DP:
用于具有對編程、處理速度和通訊有額外要求的中型設(shè)備。
CPU 416-2, CPU 416-3, CPU 416-3 PN/DP:
滿足性能要求。
CPU 417-4 DP:
滿足的性能要求。
CPU 412-3H, CPU 414-4H 和 CPU 417-4H:
用于 SIMATIC S7-400H 和 S7-400F/FH
CPU 416F-2 和 CPU 416F-3 PN/DP:
用于建立故障安全自動化系統(tǒng)，滿足日益增長的安全需要。
產(chǎn)品訂貨號：
電源模塊
6ES7 407-0DA02-0AA0 電源模塊(4A)
6ES7 407-0KA02-0AA0 電源模塊(10A)
6ES7 407-0KR02-0AA0 電源模塊(10A)冗余
6ES7 407-0RA02-0AA0 電源模塊(20A)
6ES7 405-0DA02-0AA0 電源模塊(4A)
6ES7 405-0KA02-0AA0 電源模塊(10A)
6ES7 405-0RA01-0AA0 電源模塊(20A)
6ES7 971-0BA00 備用電池
CPU
6ES7 412-3HJ14-0AB0 CPU 412-3H; 512KB程序內(nèi)存/256KB數(shù)據(jù)內(nèi)存
6ES7 414-4HM14-0AB0 CPU 414-4H; 冗余熱備CPU 2.8 MB RAM
6ES7 417-4HT14-0AB0 CPU 417-4H; 冗余熱備CPU 30 MB RAM
6ES7 400-0HR00-4AB0 412H 系統(tǒng)套件包括 2 個CPU、1個H型*機架、2個電源、2個1M 存儲卡、4個同步模塊、2根同步電纜，以及4個備用電池(PS407 10A)
6ES7 400-0HR50-4AB0 412H 系統(tǒng)套件包括 2 個CPU、1個H型*機架、2個電源、2個1M 存儲卡、4個同步模塊、2根同步電纜，以及4個備用電池(PS405 10A)
6ES7 412-1XJ05-0AB0 CPU412-1,144KB程序內(nèi)存/144KB數(shù)據(jù)內(nèi)存

6ES7 412-2XJ05-0AB0 CPU412-2,256KB程序內(nèi)存/256KB數(shù)據(jù)內(nèi)存
6ES7 414-2XK05-0AB0 CPU414-2,512KB程序內(nèi)存/512KB數(shù)據(jù)內(nèi)存
6ES7 414-3XM05-0AB0 CPU414-3,1.4M程序內(nèi)存/1.4M數(shù)據(jù)內(nèi)存 1個IF模板插槽
6ES7 414-3EM05-0AB0 CPU414-3PN/DP 1.4M程序內(nèi)存/1.4M數(shù)據(jù)內(nèi)存 1個IF模板插槽
6ES7 416-2XN05-0AB0 CPU416-2,2.8M程序內(nèi)存/2.8M數(shù)據(jù)內(nèi)存
6ES7 416-3XR05-0AB0 CPU416-3,5.6M程序內(nèi)存/5.6M數(shù)據(jù)內(nèi)存 1個IF模板插槽
6ES7 416-3ER05-0AB0 CPU416-3PN/DP 5.6M程序內(nèi)存/5.6M數(shù)據(jù)內(nèi)存 1個IF模板插槽
6ES7 416-2FN05-0AB0 CPU416F-2,2.8M程序內(nèi)存/2.8M數(shù)據(jù)內(nèi)存
6ES7 416-3FR05-0AB0 CPU416F-3PN/DP,5.6M程序內(nèi)存/5.6M數(shù)據(jù)內(nèi)存
6ES7 417-4XT05-0AB0 CPU417-4,15M程序內(nèi)存/15M數(shù)據(jù)內(nèi)存
內(nèi)存卡
6ES7 955-2AL00-0AA0 2 X 2M字節(jié) RAM
6ES7 955-2AM00-0AA0 2 X 4M字節(jié) RAM
6ES7 952-0AF00-0AA0 64K字節(jié) RAM
6ES7 952-1AH00-0AA0 256K字節(jié) RAM
6ES7 952-1AK00-0AA0 1M字節(jié) RAM
6ES7 952-1AL00-0AA0 2M字節(jié) RAM
6ES7 952-1AM00-0AA0 4M字節(jié) RAM
6ES7 952-1AP00-0AA0 8M字節(jié) RAM
6ES7 952-1AS00-0AA0 16M字節(jié) RAM
6ES7 952-1AY00-0AA0 64M字節(jié) RAM
6ES7 952-0KF00-0AA0 64K字節(jié) FLASH EPROM
6ES7 952-0KH00-0AA0 256K字節(jié) FLASH EPROM
6ES7 952-1KK00-0AA0 1M字節(jié) FLASH EPROM
6ES7 952-1KL00-0AA0 2M字節(jié) FLASH EPROM
6ES7 952-1KM00-0AA0 4M字節(jié) FLASH EPROM
6ES7 952-1KP00-0AA0 8M字節(jié) FLASH EPROM
6ES7 952-1KS00-0AA0 16M字節(jié) FLASH EPROM
6ES7 952-1KT00-0AA0 32M字節(jié) FLASH EPROM
6ES7 952-1KY00-0AA0 64M字節(jié) FLASH EPROM
開關(guān)量輸入模板
6ES7 421-7BH01-0AB0 開關(guān)量輸入模塊(16點,24VDC)中斷
6ES7 421-1BL01-0AA0 開關(guān)量輸入模塊(32點,24VDC)
6ES7 421-1EL00-0AA0 開關(guān)量輸入模塊(32點,120VUC)
6ES7 421-1FH20-0AA0 開關(guān)量輸入模塊(16點,120/230VUC)
6ES7 421-7DH00-0AB0 開關(guān)量輸入模塊(16點,24V到60VUC)
開關(guān)量輸出模板
6ES7 422-1BH11-0AA0 開關(guān)量輸出模塊(16點,24VDC，2A）
6ES7 422-1BL00-0AA0 32點輸出，24VDC,0.5A
6ES7 422-7BL00-0AB0 32點輸出，24VDC,0.5A,中斷
6ES7 422-1FH00-0AA0 16點輸出，120/230VAC，2A
6ES7 422-1HH00-0AA0 16點輸出，繼電器，5A
模擬量模塊
6ES7 431-0HH00-0AB0 16路模擬輸入，13位
6ES7 431-1KF00-0AB0 8路模擬輸入，13位，隔離
6ES7 431-1KF10-0AB0 8路模擬輸入，14位，隔離，線性化
6ES7 431-1KF20-0AB0 8路模擬輸入，14位，隔離
6ES7 431-7QH00-0AB0 16路模擬輸入，16位，隔離