西门子数字量模块6ES7321-7BH01-OABO

MicroMaster440变频器

MicroMaster440变频器是全新一代可以广泛应用的多功能西门子标准变频器。它采用高性能的矢量控制技术，提供低速高转矩输出和良好的动态特性，同时具备超强的过载能力，以满足广泛的应用场合。创新的BiCo（内部功能互联）功能有无可比拟的灵活性。 
主要特征： 
200V-240V ±10%，单相/三相，交流，0.12kW-45kW； 
380V-480V±10%，三相，交流，0.37kW-250kW； 
矢量控制方式，可构成闭环矢量控制，闭环转矩控制； 
高过载能力，内置制动单元； 
三组参数切换功能。
控制功能： 
线性v/f控制，平方v/f控制，可编程多点设定v/f控制，磁通电流控制免测速矢量控制，闭环矢量控制，闭环转矩控制，节能控制模式； 
标准参数结构，标准调试软件； 
数字量输入6个，模拟量输入2个，模拟量输出2个，继电器输出3个； 
独立I/O端子板，方便维护； 
采用BiCo技术，实现I/O端口自由连接； 
内置PID控制器，参数自整定； 
集成RS485通讯接口，可选PROFIBUS-DP/Device-Net通讯模块； 
具有15个固定频率，4个跳转频率，可编程； 
可实现主/从控制及力矩控制方式； 
在电源消失或故障时具有"自动再起动"功能； 
灵活的斜坡函数发生器，带有起始段和结束段的平滑特性； 
快速电流限制（FCL），防止运行中不应有的跳闸； 
有直流制动和复合制动方式提高制动性能。
保护功能： 
过载能力为200％额定负载电流，持续时间3秒和150％额定负载电流，持续时间60秒； 
过电压、欠电压保护； 
变频器、电机过热保护； 
接地故障保护，短路保护； 
闭锁电机保护，防止失速保护； 
采用PIN编号实现参数连锁。 

模块化设计，可灵活扩展 
面向未来的驱动理念，用户可以在同一变频器系统中实现不断的创新。出众的维护和维修友好性。 应用：灵活驱动，适用于各种应用完全集成的安全保护功能，全球具有SS1和SLS功能的产品。 
基于集成化的安全保护技术，设备运行更安全，操作更简便。
由于集成了安全保护功能，使具有安全保护的自动化和驱动系统的购建费用大大降低。也有效的了人机安全。应用：生产机械（包装机、纺织机），材料运输机械等。
PROFIBUS和PROFINET总线标准——全球将这两种总线通讯直接集成在变频器中。 
更多节点，多种网络拓扑，具有更高的性能PROFIBUS和PROFINET的优点不见在于它是被众多用户广泛使用的总线，而且表现在其的工程和组态结构。它们使成熟的IT技术应用于工业领域，并使办公工具应用在工业控制中。 
应用：远程控制生产机线和传动设备（例如汽车工业）。 
再生能量回馈能力：该输出功率范围内全球。 
节能，节省空间，无需制动电阻。采用创新的功率模块，可实现的能量回馈。全功率段都能实现换相整流，不产生任何系统干扰。而且所需线电流小，与常规变频器相比，降低到80%。 
应用：适用于车辆运输、离心机以及其它具有高惯性矩的生产机器的驱动。
采用全新冷却概念，鲁棒性大大增强。 
通过外部散热片冷却功率模块，散热效率高。 
功率部分的散热全部由外部散热片来完成，电子部分的冷却则通过系统对流，这使其可用于更加苛刻的气候环境。电子部分增加了牢固的涂层。 
应用：可用于气候条件苛刻、具有空气污染的应用场合（例如纺织工业）
提供690V可选型 
应用：标准的输入电压适合基本工业和过程工业的应用
下篇推荐：MM430变频器

S7-400

大量功能可支持用户对 S7-400 进行编程、调试和维护：

• 高速指令执行。
• 用户友好的参数分配
• 人机界面：
  S7-400 的操作系统中集成了用户友好的 OCM 。
• 诊断功能和自检：
  CPU 的智能诊断系统可连续检查系统功能并记录错误和特定系统事件。
• 密码保护。
• 模式选择开关
• 系统功能

SIMATIC S7-400 符合以下国内和国际标准：

• CE 标志
• UL
• CSA 或 cULus
• FM
• ATEX
• C-Tick、EMC 标记，适用于澳大利亚和新西兰
• IEC 61131-2
• 船级社的船用
  • ABS（美国船级社）
  • BV（法国船级社）
  • DNV（挪威船级社）
  • GL（德国劳氏船级社）
  • LRS（英国劳氏船级社）
  • Class NK（日本船级社）

有关详细信息，请参见手册《S7-400 自动化系统 S7-400 模块技术规格》。

设计

S7-400 系统可方便地构建为模块化系统。S7-400 的突出特点是不带风扇，运行可靠，支持信号模块的热插拔。

S7-400 设计简洁，使用灵活，操作极为方便：

• 模块安装十分简单。
• 背板总线集成在安装机架中。
• 模块更换简单，不会将模块相互混淆
• 成熟可靠的连接技术
• TOP Connect 连接方式：
  通过 1 芯到 3 芯接头和螺钉型或弹簧型端子进行预接线。
• 规定的安装深度：
  所有接头和连接器都应该嵌入到模块内并通过盖板来保护。
• 小限度的插槽规则

通信

CPU 和通信处理器支持以下通信类型：

• 过程通信；
  通过总线（AS-Interface、PROFIBUS DP 或 PROFINET）对 I/O 模块进行循环寻址（交换过程映像）。从循环执行级调用过程通信
• 数据通信；
  在自动化系统之间或 HMI 与多个自动化系统之间
  进行数据交换。数据通信可循环进行，或在发生特定事件时通过块从用户程序调用。

数据通信

SIMATIC S7-400 拥有不同的数据通信机制：

• 通过全局数据通信 (GD) 实现联网的 CPU 之间的数据包循环交换。
• 通过通信功能进行事件驱动型通信。

通过 MPI、PROFIBUS 或 PROFINET 实现网络连接。

全局数据 (GD)

通过 MPI 以及“全局数据通信”，联网的 CPU 可以相互循环交换数据（多可达 16 个 GD 数据包，每个循环的大 GD 数据包大小为 64 字节）。例如，CPU 可以访问另一个 CPU 的数据/位存储器/过程映像。若网络上连接有 S7-300，则数据交换限制为大 22 字节。全局数据通信可通过 MPI 来实现。可使用 STEP 7 来执行组态。在分段式 CR2 安装机架中，两个 CPU 可以使用 GD 并通过 C 总线通信。

通信功能

通过系统内集成的块，可以建立与 S7/C7 伙伴之间的通信。

这些包括：

• 通过 MPI 和 PROFIBUS S7 进行的 S7 通信。
• 通过 MPI、C 总线、PROFIBUS 和 PROFINET/工业以太网进行的 S7 通信。

通过可加载的块，可以建立与 S5 通信伙伴和西门子设备之间的通信。

这些包括：

• 通过 PROFIBUS 和工业以太网进行的 S5 兼容通信。
• 通过 PROFIBUS 和工业以太网进行的标准通信（通过 PROFIBUS/工业以太网进行的开放式用户通信）。

与全局数据不同的是，必须建立通信连接才能实现通信功能。

集成到 IT 环境中

通过 S7-400，可方便地将现代 IT 环境与自动化环境链接。使用插入式 CP 443-1 Advanced，可以实现下列功能：

• 使用任何 HTML 工具创建自己的 Web 页面。方便地将 S7-400 的过程变量分配给 HTML 对象。
• 使用标准浏览器并通过这些 Web 页面监控 S7-400。
• 通过 FC 调用，从S7-400 的用户程序发送电子邮件。
• 由于 TCP/IP 具有的 WAN 特性，可进行远程编程，甚至可通过电话网（如ISDN）。

带有 PROFINET 接口的 S7-400-H CPU 配有集成式 Web 器。因此，可以使用标准 Web 浏览器读出 S7-400 站的信息：

• CPU 常规信息
• 诊断缓冲区的内容
• 变量表
• 变量状态
• 模块状态
• 消息
• 有关工业以太网的信息
• OUC 连接诊断
• PROFINET 节点拓扑
• 通过用户定义的 Web 页面显示过程数据和用户数据

可通过使用用户权限并支持 HTTPS 协议在 Web 器内提供安全机制。

等时同步模式

通过等时同步模式系统功能，可通过连接到等时同步 PROFIBUS 和 PROFINET 的循环，以实现：

• 分布式信号采集
• 信号传输
• 程序执行

创建自动化解决方案，以恒定间隔时间（恒定总线周期时间）来捕捉并处理输入和输出信号。同时创建一致的部分过程图像。

借助于恒定总线周期时间和分布式 I/O 同步信号处理，S7-400 可确保精确重现定义的的过程响应时间。

提供了大量支持等时同步模式系统功能的组件，可用来处理运动控制、测量值采集和高速控制等领域内的要求苛刻的任务。

在分布式自动化解决方案中，SIMATIC S7-400 还将开辟高速处理操作的重要领用领域，并可实现高精度和可重现性。这意味着可在提供佳且恒定的质量的同时提高产量。

在运行模式下更改硬件组态（运行时组态，CiR）

通过 SIMATIC S7-400，在工厂运转期间可以实现硬件组态的更改，不会影响生产的进行。选项包括：

• 增加分布式 I/O 节点（PROFIBUS DP 或 PA 从站）
• 在 ET 200M I/O 系统中增加模块并重新设置参数。

CiR（即运行时组态）功能可在设备运行期间实现设备扩展和转换，从而降低设备调试和重新装备的时间。此外，通过该系统功能，还可以灵活响应工艺的变化（例如，工艺的），因为不必因硬件组态发生改变而将设备初始化或同步。

模块的诊断和过程监控

SIMATIC S7-400 的众多输入/输出模块具有智能功能：

• 监控信号采集（诊断）
• 监控来自过程的信号（硬件中断）

诊断

智能诊断系统可用来确定模块的信号采集（对于数字量模块）或者模拟量处理（对于模拟量模块）是否正常工作。在诊断分析中，必须区分可参数化和不可参数化的诊断消息：

• 可参数化的诊断消息：
  仅当通过适当参数设置启用之后，才会发送诊断消息。
• 不可参数化的诊断消息：
  这些消息是自动发送的，即与参数设置无关。

如果某个诊断消息处于激活状态（例如，“无传感器输入”），则该模块会触发一个诊断中断（如果已为该诊断消息设置了参数，则仅在相应的参数设置之后才会触发中断）。CPU 将中断用户程序或低优先级任务的处理，并处理相关诊断中断块 (OB 82)。通过硬件中断可以监控过程信号，并且可以触发对信号变化的响应。

根据模块类型的不同，提供了各种不同诊断消息：

硬件中断

可以监控过程信号，并且可通过过程中断触发对信号变化的响应。

• 数字量输入模块：
  根据具体参数设置，该模块可在信号状态变化的上升沿、下降沿或上升沿和下降沿上为每个通道组触发硬件中断。CPU 中断用户程序或低优先级任务的处理，并处理相关过程中断块（例如，OB 40）。信号模块可以每个通道缓冲一个中断。
• 模拟量输入模块：
  通过设置上限值和下限值，可以定义工作范围。模块将数字化测量值与这些限值进行比较。若测量值违反其中任何一个限值，就会触发硬件中断。CPU 中断用户程序或低优先级任务的处理，并处理相关过程中断块（例如，OB 40）。若限值高于/低于过量程/欠量程值，则不进行进行比较。

S7-400H

容错通信

进行高可用性通信时，SIMATIC 将提供以下功能：

• 更高可用性：
  发生故障时，通信可通过多 4 个冗余连接继续进行。
• 操作简便；
  高可用性对用户来说并不是透明的。可以并经过任何改动而采用标准通信的用户程序。冗余功能仅在参数设置阶段进行定义。

S7-400H（冗余和非冗余配置）和 PC 目前支持容错通信。在 PC 上，需要安装 Redconnect 程序包（参见“SIMATIC NET 通信系统”）。

根据具体可用性要求，可使用不同组态选项：

• 单一总线或冗余总线。
• 总线型拓扑或环型拓扑总线。

操作模式

CPU 417-5H/416-5H/414-5H/412-5H 的操作系统可自主执行 S7-400H 的所有必要额外功能：

• 数据交换
• 故障响应（故障转移至备用设备）
• 两个子单元的同步
• 自检

冗余原理

S7-400H 按“热备份”模式下的主动冗余原理工作（发生故障时执行无反应的自动切换）。根据该原理，在无故障运行期间，两个子单元都处于激活状态。发生故障时，未发生故障的设备独自接管过程控制。

为确保平稳接管，必须通过中央控制器链路实现高速、可靠的数据交换。

在故障转移期间，设备会自动保留：

• 相同的用户程序
• 相同的数据块
• 相同的过程映像内容
• 相同的内部数据，如定时器、计数器、位存储器等

这意味着，这两个设备始终保持在新状态，并且可以在出现故障时独立地继续执行控制。

采用冗余 I/O 操作时，这会带来以下结果：

• 在无故障的运行期间，两个模块均处于激活状态，例如在采用冗余输入时，将通过两个模块读取共用传感器（也可以是两个传感器）的信号，对结果进行比较并提供给用户以作为用于进一步处理的统一值。采用冗余输出时，由用户程序计算的值通过两个模块进行输出。
• 发生故障时（例如，两个输入模块之一出现故障），不再对有故障的模块寻址，发生故障信号，仅未受影响的模块继续运行。在线进行修复之后，将再次对两个模块寻址。

同步

为了实现无反应切换，需要对两个子单元进行同步。

S7-400H 遵循“时间驱动的同步”工作原理。

每当子单元中发生可能导致不同内部状态的事件时，都会执行同步操作，例如在发生以下事件时：

• 直接访问 I/O
• 中断、报警
• 更新用户时间
• 通过通信功能修改数据

同步是通过操作系统自动进行的，可在编程阶段将其忽略。

自检

S7-400H 可执行大量自检。自检涉及以下方面：

• 中央控制器的连接
• 中央处理单元
• 处理器/ASIC
• 存储器

报告每个检测到的故障。

启动时自检

启动时，每个子单元都会完整执行全部自检功能。

循环操作期间的自检

完整的自检分布在多个循环中。每个循环仅执行一小部分自检，因此，实际控制器所承受的负荷不是很大。

组态、编程

S7-400H 的编程与 S7-400 类似。所有可用的 STEP 7 功能都可以使用。

对 S7-400H 编程需要使用 STEP 7 V5.2。

I/O 模块的组态

硬件组态时，用户必须通过 HW Config 指定相互形成冗余的模块。只需指定要在冗余模式下运行的模块以及要作为“冗余伙伴”的第二个模块。在用户程序中，应访问具有低地址的模块。第二个地址不向用户显示，并且含有冗余和非冗余 I/O 的控制部分的编程完全相同。与非冗余 I/O 之间的差别是块库中的两个函数块（RED_IN 和 RED_OUT），需要在用户程序的开始处和结束处调用这两个函数块。

在 STEP 7 V5.3 或更高版本中，该库已作为标准库集成到 STEP 7 中。

S7-400H

S7-400F/FH 满足下列安全要求：

• 要求等级 AK 1 至 AK 6，根据 DIN V 19250/DIN V VDE 0801
• 安全要求等级 SIL 1 至 SIL 3，根据 IEC 61508
• Cat1 至 Cat4，根据 EN 954-1

操作模式

S7-400F/FH 的安全功能包含在 CPU 的 F 程序中，并包含在故障安全信号模块中。

信号模块通过差异分析和测试信号注入来监控输出和输入信号。

通过定期自检、命令测试以及按时间顺序执行的逻辑程序执行检查，CPU 可检查控制器的运行是否正常。此外，通过状态监视 (sign-of-life) 请求，还可以检查 I/O 状况。

若在系统中诊断出故障，则将系统切换到安全状态。

F-Runtime 许可证

必须将 F-Runtime 许可证加载到 CPU 上以运行 S7-400F/FH。每个 S7-400F/FH 都需要一份许可证。

编程

S7-400F/FH 的编程方式与其它 SIMATIC S7 系统的编程方式相同。非故障安全工厂部分的用户程序可用成熟可靠的编程工具（如 STEP 7）来创建。

S7 F Systems 可选软件包

编程安全相关的程序段时，需要使用可选软件包“S7 F Systems”。该软件中包括创建 F 程序所需的全部函数和块。

对于包含安全功能的 F 程序，可使用 CFC 调用来 F 库中的专用函数块并进行互连。使用 CFC 可以简化工厂的组态和编程工作，由于工厂范围内具有统一的表示形式，也将简了验收测试。无需使用额外工具，程序员就可以完全专注于安全相关应用程序。

• 软控制器用于在 SIMATIC IPC 上执行 SIMATIC S7-1500 控制器的功能
• 针对使用 IPC427 小型箱式 PC 和 IPC477D 面板式 PC 完成的基于 PC 的控制任务进行了。
• 也可在 IPC627D 和 IPC827D 箱式 PC、IPC677D 面板式 PC 以及 IPC647D 和 IPC847D 机架式 PC 上使用

CPU 1507S 软控制器具有以下组件：

• 独立于 Windows 的控制内核：
  • 通过实时 Hypervisor 技术并行运行控制和 Windows
  • 可在控制运行时重启 Windows
  • 不依赖于 Windows 而访问大容量存储器（CFast、固态硬盘、硬盘），以便独立存储组态和数据
• 屏幕应用程序具有以下功能：
  • 显示概览信息，如集成接口的 IP 地址、站名称、设备名称、位置标识符等。
  • 显示诊断信息
  • 模块信息显示
  • 显示可由用户定义的徽标
  • 显示显示屏设置
  • 设置 IP 地址
  • 设置日期和时间
  • 选择运行模式
  • 将 CPU 复位为出厂设置
  • 禁用/启用显示
  • 启用保护级别。
• 通过 PC 的以太网和 PROFIBUS 接口进行 IO 通信的集成驱动程序
• 通过 Windows 接口进行通信的集成驱动程序
• 与 WinCC RT Advanced 的 PC 内部通信
• 与 Windows 应用程序的 PC 内部通信

S7-1500 标准 CPU (CPU 1507S) 执行 S7-1500 控制器的功能，作为软件在 PC 上的 Windows 系统中运行。这样，PC 就能用于控制机器设备。

• 使用 TIA Portal 中的 STEP 7 工程组态工具进行组态和编程（V13 SP1 及更高版本）：
• 根据标准 IEC 61131-3 进行编程
• 支持的编程语言：
  • SCL (IL)
  • LAD
  • FBD
  • STL
  • GRAPH7 (SFC)
• 基于虚拟化技术的创新实时系统；
  借助于集成式 S7-1500 软控制器的实时系统，可并行、独立运行 Windows：
  • 大实时和确定性属性
  • 独立于 Windows 运行 –可在控制器正在运行时重启 Windows
  • 独立于 Windows 快速重启控制
• 高速程序执行，带几个优先级控制的执行层级（循环，时间控制，PROFINET 或 PROFIBUS 等时同步，过程和诊断报警事件驱动）
• 保存保持性数据；
  即使在电源出现故障时，软控制器也能确保设备数据安全：
  • 在 PC 硬盘上存储保持性数据（需要 UPS）
  • 电压下降时可将保持性数据保存在 CPU 的 NVRAM
• 通信
  软控制器使用 PC 的接口进行 PROFINET 和 PROFIBUS 通信：
  • 独立于 Windows，使用 PROFINET 或 PROFIBUS 来运行分布式 I/O。根据所使用的接口硬件，可提供以下功能：
    PROFINET IO RT、PROFIenergy、PROFIBUS DP 主站、介质冗余、I 设备、等时同步模式
  • 通过 PC 的 Windows 接口与 Windows 应用程序通信（SIMATIC 通信、开放式用户通信）或与外部设备通信
• 集成 web 器；
  所有 S7-1500 自动化系统的 CPU 都支持通过 Web 器扫描 CPU。CPU Web 器提供以下诊断选项：
  • 通过 LED 指示灯显示 CPU 状况和当前运行状态
  • 读出诊断缓冲区条目
  • 查询模块状态
  • 查询当前消息
  • 拓扑 / PROFINET 设备的状态信息
  • 将用户数据传送到 CPU 并进行管理
  • 用户可编程的 Web 页面，支持具体机器功能的维护和调试
• 跟踪功能
  S7-1500 自动化系统的所有 CPU 都支持跟踪功能。支持记录每个循环的模拟和数字变量，将使用 STEP 7 以曲线表示。这对于运动控制或闭环控制应用来说尤其有用。
• 集成工艺功能：
  • S7-1500 运动控制；
    PLCopen 块用于通过 PROFINET IO IRT 接口来编程运动控制功能。
    此功能支持转速轴、定位轴和外部传感器
  • 集成控制功能；
    通用 PID 或三级控制器（带有集成功能）和集成温度控制器。
• 集成系统诊断：
  自动生成系统诊断，并通过编程器/PC、HMI 设备、Web 器或集成式显示屏加以显示。当 CPU 处于 STOP 模式时，也可以系统诊断功能。
• 集成安全功能：
  • 专有技术保护；
    为算法提供可靠保护，防止未许可证的访问和修改。
  • 访问保护；
    扩展访问保护功能提供全面保护，防止未经授权的组态更改。各种授权级别可用于向不同的用户组分配不同的权限。
  • 完整性保护；
    系统可以防止传输到 CPU 的数据受到未授权的操纵。CPU 可安全检测并能防止修改工程数据或第三方传送。