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SIMATIC S7-400过程控制器性能强大的解决方案
作为SIMATIC过程控制器系列的一部分，S7- 400被设计用于制造和过程自动化领域的系统解决方案。这个过程控制器是数据密集型任务，特别是典型过程工业的理想选择。高处理速度和高确定性的响应时间能够确保对制造业高速加工中的短机器循环周期。
9 6ES7 412-3HJ14-0AB0 CPU 412-3H; 512KB程序内存/256KB数据内存
10 6ES7 414-4HM14-0AB0 CPU 414-4H; 冗余热备CPU 2.8 MB RAM
11 6ES7 417-4HT14-0AB0 CPU 417-4H; 冗余热备CPU 30 MB RAM
12 6ES7 400-0HR00-4AB0 412H 系统套件包括 2 个CPU、1个H型*机架、2个电源、2个1M 存储卡、4个同步模块、2根同步电缆，以及4个备用电池(PS407 10A)
13 6ES7 400-0HR50-4AB0 412H 系统套件包括 2 个CPU、1个H型*机架、2个电源、2个1M 存储卡、4个同步模块、2根同步电缆，以及4个备用电池(PS405 10A)
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。Design
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：
**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**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**多 32 个连接。模式选择开关：
波动开关设计。诊断缓冲区：
**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（交换机）：
PROFINET I/O，可连接 256 个 IO 设备
PROFINET CBA
Functions
块保护：
用户程序使用密码保护，可防止非法访问。集成的 HMI 服务：
用户只能用HMI设备数据源地址和数据目标地址，此后系统将自动地进行数据传输。集成的通讯功能:
PG/OP 通讯
共享数据通讯
S7 标准通讯
S7 通讯
CPU 414-3 PN/DP 其它：
在TCP/IP、UDP和ISO-on-TCP (RFC1006)上实现开放的通讯
在基于组件的自动化 (CBA) 中实现分布式智能系统 (PROFINET)
通过集成的 Web 服务器而获得附加诊断功能
通过网络进行固件更新
可以参数化的属性
CP 443-1Advanced： 带千兆级联和板载 4 端交换接口的电源系列
除了 CP 443-1 所具备的工业特性之外，CP 443-1 Advanced 还通过 E-Mail、基于 http 的诊断和可自行建立的网页等 IT 功能为维护和提供理想的支持。诸如 FTP 通讯的互联网功能甚至能够直接连接 ERP 层，无需附加网关。 CP 通过两个独立的接口适用于分离控制层和现场层之间的网络，例如负载耦合。第二个接口上集成的 4 端交换机尤其适合于构建小型网络，例如连接 PROFINET I/O 设备。由此，CP 为 S7-400 通过 PROFINET 的现场层和控制层之间建立了连接。
一、电器控制系统与plc控制系统
1. 电器控制系统的组成
通过章的学习可知，任何一个电器控制系统，都是由输入部分、输出部分和控制部分组成，如图1所示。
图1 电器控制系统的组成
其中输入部分是由各种输入设备，如按钮、位置开关及传感器等组成；控制部分是按照控制要求设计的，由若干继电器及触点构成的具有一定逻辑功能的控制电路；输出部分是由各种输出设备，如接触器、电磁阀、指示灯等执行元件组成。电器控制系统是根据操作指令及被控对象发出的信号，由控制电路按规定的动作要求决定执行什么动作或动作的顺序，然后驱动输出设备去实现各种操作。由于控制电路是采用硬接线将各种继电器及触点按一定的要求连接而成，所以接线复杂且故障点多，同时不易灵活改变。
2. PLC控制系统的组成
由PLC构成的控制系统也是由输入、输出和控制三部分组成，如图2所示。
图2 PLC控制系统的组成
从图中可以看出，PLC控制系统的输入、输出部分和电器控制系统的输入、输出部分基本相同，但控制部分是采用“可编程”的PLC，而不是实际的继电器线路。因此，PLC控制系统可以方便地通过改变用户程序，以实现各种控制功能，从根本上解决了电器控制系统控制电路难以改变的问题。同时，PLC控制系统不仅能实现逻辑运算，还具有数值运算及过程控制等复杂的控制功能。
二、PLC的等效电路
从上述比较可知，PLC的用户程序（软件）代替了继电器控制电路（硬件）。因此，对于使用者来说，可以将PLC等效成是许许多多各种各样的“软继电器”和“软接线”的集合，而用户程序就是用“软接线”将“软继电器”及其“触点”按一定要求连接起来的“控制电路”。
为了更好的理解这种等效关系，下面通过一个例子来说明。如图3所示为三相异步电动机单向起动运行的电器控制系统。其中，由输入设备SB1、SB2、FR的触点构成系统的输入部分，由输出设备KM构成系统的输出部分。
图3 三相异步电动机单向运行电器控制系统
a）主电路 b）控制电路
如果用PLC来控制这台三相异步电动机，组成一个PLC控制系统，根据上述分析可知，系统主电路不变，只要将输入设备SB1、SB2、FR的触点与PLC的输入端连接，输出设备KM线圈与PLC的输出端连接，就构成PLC控制系统的输入、输出硬件线路。而控制部分的功能则由PLC的用户程序来实现，其等效电路如图4所示。
图4 PLC的等效电路
图中，输入设备SB1、SB2、FR与PLC内部的“软继电器”X0、X1、X2的“线圈”对应，由输入设备控制相对应的“软继电器”的状态，即通过这些“软继电器”将外部输入设备状态变成PLC内部的状态，这类“软继电器”称为输入继电器；同理，输出设备KM与PLC内部的“软继电器”Y0对应，由“软继电器”Y0状态控制对应的输出设备KM的状态，即通过这些“软继电器”将PLC内部状态输出，以控制外部输出设备，这类“软继电器”称为输出继电器。
因此，PLC用户程序要实现的是：如何用输入继电器X0、X1、X2来控制输出继电器Y0。当控制要求复杂时，程序中还要采用PLC内部的其它类型的“软继电器”，如辅助继电器、定时器、计数器等，以达到控制要求。
要注意的是，PLC等效电路中的继电器并不是实际的物理继电器，它实质上是存储器单元的状态。单元状态为“1”，相当于继电器接通；单元状态为“0”，则相当于继电器断开。因此，我们称这些继电器为“软继电器”。
三 、PLC控制系统与电器控制系统的区别
PLC控制系统与电器控制系统相比，有许多相似之处，也有许多不同。不同之处主要在以下几个方面：
1）从控制方法上看，电器控制系统控制逻辑采用硬件接线，利用继电器机械触点的串联或并联等组合成控制逻辑，其连线多且复杂、体积大、功耗大，系统构成后，想再改变或增加功能较为困难。另外，继电器的触点数量有限，所以电器控制系统的灵活性和可扩展性受到很大限制。而PLC采用了计算机技术，其控制逻辑是以程序的方式存放在存储器中，要改变控制逻辑只需改变程序，因而很容易改变或增加系统功能。系统连线少、体积小、功耗小，而且PLC所谓“软继电器”实质上是存储器单元的状态，所以“软继电器”的触点数量是无限的，PLC系统的灵活性和可扩展性好。
2）从工作方式上看，在继电器控制电路中，当电源接通时，电路中所有继电器都处于受制约状态，即该吸合的继电器都同时吸合，不该吸合的继电器受某种条件限制而不能吸合，这种工作方式称为并行工作方式。而PLC的用户程序是按一定顺序循环执行，所以各软继电器都处于周期性循环扫描接通中，受同一条件制约的各个继电器的动作次序决定于程序扫描顺序，这种工作方式称为串行工作方式。
3）从控制速度上看，继电器控制系统依靠机械触点的动作以实现控制，工作频率低，机械触点还会出现抖动问题。而PLC通过程序指令控制半导体电路来实现控制的，速度快， 程序指令执行时间在微秒级，且不会出现触点抖动问题。
4）从定时和计数控制上看，电器控制系统采用时间继电器的延时动作进行时间控制，时间继电器的延时时间易受环境温度和温度变化的影响，定时精度不高。而PLC采用半导体集成电路作定时器，时钟脉冲由晶体振荡器产生，精度高，定时范围宽，用户可根据需要在程序中设定定时值，修改方便，不受环境的影响，且PLC具有计数功能，而电器控制系统一般不具备计数功能。
5）从可靠性和可维护性上看，由于电器控制系统使用了大量的机械触点，其存在机械磨损、电弧烧伤等，寿命短，系统的连线多，所以可靠性和可维护性较差。而PLC大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成，其寿命长、可靠性高，PLC还具有自诊断功能，能查出自身的故障，随时显示给操作人员，并能动态地监视控制程序的执行情况，为现场调试和维护提供了方便