SIMATIC自动化系统S7-400硬件和安装

2018年9月6日22:58:47 发表评论 250 阅读
本手册的用途

本手册包含操作员操作的相关参考信息,以及 S7-400 的中央处理单元、电源模块及接口模块的功能说明和技术规范。

可在参考手册模块规格中找到信号模块、电源模块和接口模块的功能说明和技术数据。

所需基本知识

为了理解本手册,您需要具备自动化工程领域的常识。

您需要具备使用计算机或 PC 型工具(例如,编程设备)(安装 Windows 2000 或 XP 操作系统)的一般知识。 因为是使用 STEP 7 基本软件对 S7-400 进行组态,所以您还需要具备使用该基本软件的经验。 此主题包括在“使用 STEP 7 编程”手册中。

需要特别注意的是,在有安全规章限制的区域使用 S7-400 时,请注意“安装”手册的“附录” 中电子控制器的相关安全信息。

产品概述

S7-400 概述

S7-400 是一种可编程逻辑控制器。 通过选择合适的 S7-400 组件,可实现几乎所有的自动化任务。

S7-400 模块采用了在机架中进行悬挂安装的模块化设计。 并提供扩展机架以对系统进行扩展。

在本章中,将介绍搭建 S7-400 系统所需最重要的组件。

S7-400 的特性

S7-400 自动化系统集原有系统与新系统和新软件的所有优点于一身。 这些优点如下:

  • 性能分级的 CPU平台
  • 向上兼容的 CPU
  • 耐恶劣环境的封闭式模块
  • 更方便信号模块接线的端子系统
  • 高组件密度的紧凑型模块
  • 最佳的通讯和网络选项
  • 更方便的操作员接口系统集成
  • 可为所有模块分配软件参数
  • 大量的插槽选择范围
  • 无需风扇便能进行正常工作
  • 可在非分段机架中实现多值计算
S7-400 组件

下表中列出了 S7-400 最重要的组件及其功能:

S7-400最重要的组件

S7-400最重要的组件及功能

S7-400 的其它组件(如通讯处理器、功能模块等)将在各自的手册中进行介绍。

订货号和产品版本的位置

订货号和产品版本印刷在 SIMATIC S7-400 的各个模块上,固件版本也印刷在 CPU 上。下图显示了它们在模块上的位置。

对于产品版本,将输入 X 来代替有效编号。 下图显示产品版本为 1 的模块示意。

订货号和产品版本的位置

铭牌实例

铭牌实例

安装 S7-400

S7-400 自动化系统由中央机架(CR)和一个或多个扩展机架(ER)(根据需要)组成。 可针对应用在缺少插槽时添加 ER 或远程操作信号模块(例如,在处理位置附近)。

使用 ER 时,需要接口模块(IM)、附加机架,以及附加电源模块(如有必要)。 使用接口模块时,必须始终使用相应的连接器件: 如果在 CR 中插入发送 IM,应该在每个连接的

ER 中插入匹配的接收 IM(请参见参考手册)。

中央机架(CR)和扩展机架(ER)

包含 CPU 的机架称为中央机架(CR)。 包含系统中的模块并连接到 CR 的机架为扩展机架

(ER)。

下图显示了组态为 CR、带有 18 个插槽的机架。

图 3-1 S7-400 系统中安装有模块的机架

连接 CR ER

要将一个或多个 ER 连接到 CR,必须在 CR 中安装一个或多个发送 IM。

发送 IM 有两个接口。 在 CR 中,两个发送 IM 接口中的每个接口都能串连多达四个 ER。分别为本地连接和远程连接提供了不同的 IM。

连接 5 V 电源

对于使用 IM 460-1 和 IM 461-1 的本地连接,还会通过接口模块传输 5 V 电源电压。 因此,无需在与 IM 460-1/IM 461-1 相连的 ER 中插入电源模块。

IM 460-1 两个接口中的各个接口可通过多达 5 A 的电流,即通过 IM 460-1/461-1 连接的每个 ER 在 5 V 电压时最大可消耗 5 A 电流。更多相关详细信息请参见参考手册

连接概述

请注意本节结尾处的连接规则。

连接概述

连接概述

连接中央机架和扩展机架的方法

连接规则

将扩展机架连接到中央机架时,必须遵守下列规则:

  • 一个 CR上最多可连接 21 个 S7-400 ER。
  • 应该为 ER分配编号以便识别。 必须在接收 IM 的编码开关中设置机架号。 可以分配

1 到 21 之间的任何机架号。 但编号不得重复。

  • 在一个 CR中最多可插入六个发送 IM。 不过,一个 CR 中只允许存在两个能够传输

5 V 电压的发送 IM。

  • 连接到发送 IM接口的每个链中最多可包括四个 ER(不能传输 5 V 电压)或一个 ER(能传输 5 V 电压)。
  • 通过通讯总线进行数据交换时限定为 7个机架,即 1 个 CR 和编号为 1 到 6 的 6 个

ER。

  • 不得超过为连接类型指定的最大(总)电缆长度。
连接类型 最大()电缆长度
本地连接,通过

IM 460-1 和 IM 461-1,带 5 V 电压传输

1.5 m
本地连接,通过

IM 460-0 和 IM 461-0,不带 5 V 电压传输

5 m
远程连接,通过 IM 460-3 和 IM 461-3 进行 102.25 m
远程连接,通过 IM 460-4 和 IM 461-4 进行 605 m

安装中央机架(CR)和扩展机架(ER)

机架的功能

S7-400 系统的机架是安装各个模块的基本框架。 这些模块通过背板总线交换数据和信号及供电。机架设计用于壁式安装、导轨安装、框架安装及柜内安装。

S7-400 系统中的机架

供电

将通过背板总线和基本连接器,由安装在机架最左侧插槽中的电源模块为插入机架的模块提供所需的工作电压(5 V 用于逻辑控制器,24 V 用于接口模块)。

对于本地连接,还可通过 IM 460-1/IM 461-1 接口模块为 ER 供电。

发送 IM 460-1 两个接口中的各个接口最多可通过 5 A 的电流,即最多可为本地连接中的每个 ER 提供 5 A 的电流。

I/O 总线

I/O 总线是并行背板总线,设计用于快速交换 I/O 信号。 每个机架均有一条 I/O 总线,对信号模块的过程数据进行时间要求严格的访问均通过 I/O 总线进行。)

通讯总线(C 总线)

通讯总线(C 总线)是串行背板总线,设计用于快速交换与 I/O 信号相应的大量数据。 除机架 ER1 和 ER2 外,其余每个机架均有一条通讯总线。

带有 I/O 总线和通讯总线的机架

下图显示了带有 I/O 总线和通讯总线的机架。每个插槽中都有 I/O 总线和通讯总线连接器。 交付机架时,这些连接器由外盖加以保护。

  • I/O总线连接器
  • 通讯总线连接器

 分段 CR

属性

“分段”特性与 CR 的组态相关。 在非分段 CR 中,I/O 总线是连续的,且所有 18 个或 9 个插槽互连在一起;而在分段 CR 中,I/O 总线由两个 I/O 总线段组成。

分段 CR 具有以下重要特性:

  • 通讯总线是连续的(全局),而 I/O总线分为两个 I/O 总线区段,分别有 10 个和 8 个插槽。
  • 一个本地总线区段中可插入一个 CPU。
  • 分段 CR中的两个 CPU 可处于不同的操作状态。
  • 两个 CPU可通过通讯总线彼此通讯。
  • 插入分段 CR中的所有模块均通过插槽 1 中的电源模块供电。
  • 两个区段有一个公用的后备电池。

下图显示带有分段 I/O 总线和连续通讯总线的分段 CR。

细分 CR

“细分”特性与 CR 的组态相关。 在非细分 CR 中,I/O 总线和通讯总线是连续的,且所有插槽互连在一起;而在细分 CR 中,I/O 总线和通讯总线分别由两段组成。 此处使用的UR2-H 机架相当于安装在同一机架底座上的两个电气隔离 UR2 机架。

细分 CR 具有以下重要特性:

  • 通讯总线和 I/O总线细分为各有 9 个插槽的两段。
  • 每段代表一个独立的 CR。

下图显示带有分段 I/O 总线和分段通讯总线的细分 CR。

固定机架并将其接地

安装时的重要注意事项

机架设计用于壁式安装、导轨安装、框架安装及柜内安装。 其安装尺寸符合 DIN

41 494。根据 UL/CSA 和 EU 指令 73/23/EEC (低压指令),必须将其安装在机柜、箱柜或封闭的操作室内,以符合电气安全要求(请参见参考手册)。

步骤 1: 保持间距
  1. 必须在机架和相邻设备间留出最小间距。

安装和操作期间需要保持这些最小间距,以便:

  • 安装和拆卸模块
  • 安装和拆下模块前连接器
  • 确保运行期间有模块冷却空气流动下图显示了必须为机架提供的最小间距。

使用电缆线槽和风扇部件时必需的空间

必须将电缆线槽或风扇部件安装位于机架正下方 19 英寸之下。 还要在两侧留出额外的布线空间。

下图显示使用电缆线槽或风扇部件时需要预留的空间。

机架尺寸

下图显示分别带有 18、9 和 4 个插槽的机架的尺寸及安装螺钉的开口位置。开口按照 19 英寸标准排列。

未安装模块时机架深度为 28 mm,安装模块后为 237 mm。

步骤 2: 安装机架
  1. 用螺钉将机架安装在安装底板上。

如果底板为接地金属板或接地设备安装板: 请确保机架与底板间为低阻抗连接。 例如,在表面涂漆或经阳极氧化处理的金属板上,请始终使用合适的接触剂或特殊的接触垫圈。

如果不使用此类型的面板,则无需采取特殊措施。

固定螺钉

可选择使用以下型号的螺钉来固定机架:

螺钉型号 说明
符合 ISO 1207/ISO 1580 (DIN 84/DIN

85)的 M6 圆柱头螺钉

请选择适合安装的螺钉长度。

还需要符合 ISO 7092 (DIN 433)的“6.4”垫圈。

符合 ISO 4017 (DIN 4017)的 M6 六角

头螺钉

步骤 3: 将机架连接到本地接地点上
  1. 将机架连接到本地接地点上 机架左下部有一个用于实现此目的的螺栓。连接本地接地导线的最小横截面积为: 10mm2。

如果将 S7-400 安装在可移动机架上,必须采用软导线来实现本地接地。

说明

请始终确保与本地接地的低阻抗连接(请参见下图)。 使用尽可能短的、大面积低阻抗导线实现大面积接触,从而达到此目的。

5.M6螺栓

6.到本地接地

步骤 4: 安装其它机架
  1. 对于含有两个或多个机架的 S7-400 系统,请在机架间预留额外的间距以安装风扇部件或电缆线槽。

下图显示了安装期间必须在 S7-400 的两个机架间预留的间距。

下图显示了组装 S7-400(带有电缆线槽或风扇部件的两个机架)时所必须预留的空间。 每增加一个带有电缆线槽或风扇部件的机架,便要求增加 400 mm 的高度。 安装了模块的机架的最大安装深度为 237 mm。

1.电缆线槽/风扇部件

2.19英寸基准间距

说明

不必为机架和电缆线槽或风扇部件间留出如上图所示的最小间距,但对于两个相邻的机架及机架与其它设备间一定要留出此最小间距。

非隔离组态中的基座端子连接

参考点

在机架中可选择将非隔离组态中的 24 V 负载电压的接地点连接到 5 V 接地点上(参考电位

M,逻辑接地)。

将底架接地点连接到非隔离模块的参考点。 参考点通过金属片连接到参考电位 M。下图显示了机架上参考点的位置。

与参考点连接

对于与参考点的连接,请使用随附的 M4 电缆接线片、合适的弹簧锁紧垫圈(例如,符合

DIN 6796 的夹紧垫圈)和圆柱头螺钉。

说明

与参考点连接时,请勿使用长度超过 6 mm 的圆柱头螺钉。 否则,会在参考点和其后面的机架底座间形成不需要的连接,并因此造成与本地接地相连。 同样出于此原因,请保留机架上的金属连接片,并将其用作非接地组态中的垫圈。

布置模块的规则

布置模块

在机架中安装模块时仅需遵守两条规则:

  • 在所有机架中,必须始终在最左侧插入电源模块(从插槽 1 开始)。 在 UR2-H 中,从两个区段的各个插槽 1开始。
  • 必须始终在最右侧插入 ER的接收 IM。 在 UR2-H中,从各个区段的插槽 9 开始。

说明

请确定是否有本手册中未提及的适用于所有模块的其它规定。

下表显示了在不同机架中可使用的模块:

表格 3- 1 不同机架中的模块

下表显示了在不同机架中可使用的模块:

模块的空间要求

S7-400系统中,有占用一个、两个或三个插槽的模块(宽 25、50 或 75 mm)。 请参见关键字“尺寸”下的模块技术规范,找到各个模块占用的插槽数。 安装了模块的机架的最大安装深度为 237 mm。

在机架中安装模块

所有模块在机架中均使用同样的步骤进行安装。

可能会损坏模块和机架。

在机架中安装模块时切勿过分用力,因为很可能会因此而损坏设备。请认真遵循下述步骤完成安装过程。

工具

安装模块所需的工具是刀口宽度为 3.5 mm 的圆柱形螺丝刀。

安装模块

在机架中安装模块:

  1. 卸下将要插入模块的插槽上的隔板。 插入 CP441 模块并向下倾斜按入。对于双槽和三槽宽的模块,必须拆下将被相关模块覆盖的所有插槽的隔板。
  2. 仅对于带有外盖的模块(例如,电源模块和 CPU): 请在安装模块前卸下外盖:向下按锁定杆(1),然后将外盖拉动下来(2)。

图 3-2 卸下外盖

3.断开电源模块的电源连接器。

4.一个接一个安装模块(1)并小心向下旋转装入(2)。

如果向下旋转模块时觉得有阻力,请先轻轻向上提,然后再继续。

5.以 0.8 到 1.1 Nm 的扭矩拧紧模块顶部和底部螺钉。 三槽宽的模块在顶部和底部有两个螺钉固定。

6.重新装入模块外盖(如有必要)。

7.以相同方法安装其余的模块。

拆下模块的方法将在维护一节中加以介绍。

使用插槽标签标记模块

插槽号

安装模块后,应该使用插槽号将其一一进行标记,以免在操作期间混淆这些模块。 如果确实将模块弄混,则必须重新组态系统。

插槽号印刷在机架上。

双槽宽的模块占用两个插槽,并分配有两个插槽的连续插槽号。三槽宽的模块占用三个插槽,并分配有三个插槽的连续插槽号。

安装插槽标签

通过插槽标签使用模块的插槽号来标记该模块。 插槽标签以“数字轮”的形式随机架一起提供。

要安装插槽标签:

  1. 握住模块上的“数字轮”,然后将其旋转到插入此模块的插槽的插槽号。
  2. 用手指将插槽标签按到模块上。 该标签将与“数字轮”分离。

扩展和连网方法

引言

除安装一节中提及的结构外,也可进行其它扩展,例如通过连接分布式 I/O 或通过连网。

分布式 I/O

使用分布式 I/O 系统对 S7-400 进行组态后,输入/输出将按照本地分布式排列的方式进行操作,并通过 PROFIBUS DP 直接连接到 CPU。

使用了一个具有主站功能的 S7-400 CPU。

例如,可使用下列设备作为从站,即作为本地输入/输出:

  • ET200M
  • ET200S
  • ET200X
  • ET200eco
  • 所有 DP标准从站
连网

可将 S7-400 设备连接到各种子网:

  • 通过 SIMATICNET 以太网 CP 连接到工业以太网子网
  • 通过 SIMATIC NET PROFIBUS CP连接到 PROFIBUS-DP 子网
  • 通过集成 MPI接口连接到MPI 子网
  • 通过集成 PROFIBUS-DP接口连接到 PROFIBUS DP 子网

安装/扩展

S7-400 选择和安装机柜

需要机柜的原因

在大型安装和易受干扰或污染的环境中,可将 S7-400 安装在机柜中。 例如,在机柜中进行安装时能够更好符合 UL/CSA 的要求。

机柜的类型和尺寸

选择机柜类型及其尺寸时请切记下列条件:

  • 机柜安装地点的环境条件
  • 机架所需的间距
  • 机柜中组件的总功耗

机柜安装地点的环境条件(温度、湿度、灰尘、化学影响、爆炸危险)决定机柜所需的防护等级(IP xx)。 有关防护等级的更多信息,请参见 IEC 529 和 DIN 40050。

下表提供了最常用机柜类型的概述。 其中还包括散热原理、估计可达到的最大功耗以及防护等级。

实例: 机柜中可达到的功耗(实例)

机柜中可达到的功耗取决于机柜的类型、其环境温度及机柜中的设备排列。

下图显示了尺寸为 600 x 600 x 2000 mm 的机柜中允许环境温度基准值与功耗的函数关系图。 仅当遵守机架的指定安装尺寸和间距时,这些值才适用。 更多相关信息,请参见西门子目录 NV21 和 ET1。

  1. 带有热交换器的闭式机柜;热交换器尺寸为 11/6(920 x 460 x 111 mm)
  2. 通过自然对流实现穿透式通风的机柜
  3. 通过设备风扇实现自然对流和强制循环的闭式机柜

图 4-1 机柜最高环境温度(°C)与机柜中设备功耗(W)的函数关系

可能会损坏模块。

环境温度过高可能会损坏模块。

实例: 取决于机柜类型

下例针对不同机柜类型显示了在特定功耗下所允许的最高环境温度。在机柜中安装以下设备组态:

中央控制器 150 W
2 个扩展机架,每个功耗 150 W 300 W
满负载下的负载电源 200 W
累积功耗 650 W

通过上图可看出,当累积功耗达到 650 W 时,环境温度如下表所示:

机柜类型 允许的最高环境温度
闭式,具有自然对流和强制循环(曲线 3) (操作无法进行)
开式,具有穿透式通风(曲线 2) 大约 38°C
闭式,具有热交换器(曲线 1) 大约 45°C
机柜尺寸

在决定适用于安装 S7-400 的机柜尺寸时,请考虑以下因素:

  • 机架的空间要求
  • 机架与机柜壁之间的最小间距
  • 机架间的最小间距
  • 电缆线槽或风扇部件的空间要求
  • 支架的位置

通风方法

 

在极端环境条件下,尤其是当 S7-400 在机柜中工作时,可使用电缆线槽或风扇部件来改善通风。

有两种实现模块通风的方法。 从后部或底部吸入空气。 可以改装电缆线槽和风扇部件, 以实现此目的。

下图显示从后部吸入空气时的通风情况。

下图显示从底部吸入空气时的通风情况。

利用电缆线槽和风扇部件改变通风情况

产品如何运输

电缆线槽和风扇部件的基板上有一个可以移动以修正通风管的盖板。 运输时,盖板盖在底部。 空气从后面进入。

改变通风情况

要改变通风情况,请按下述步骤操作:

  1. 将电缆线槽或风扇部件前面的两个快速释放锁定装置用螺丝刀逆时针旋转 90°,将其打开。
  2. 双手握住基板,向下轻按,将其从电缆线槽或风扇部件中完全拔出。
  3. 用夹子固定基板上的盖板。 用力按下盖板被夹住的区域并将盖板取下。
  4. 将盖板卡入基板后沿的弹簧铰链中,与基板大约成直角。
  5. 重新滑入基板并向上按。
  6. 将两个快速释放锁定装置用螺丝刀顺时针旋转 90°,将其关闭。空气便从底部吸入。

过滤垫(可选)

为过滤吸入的空气,可为电缆线槽和风扇部件安装过滤垫。 过滤垫为可选件,不是电缆线槽或风扇部件的组成部分。

与盖板一样,过滤垫可平行插入基板或插在基板后沿的相应弹簧铰链或快速释放锁定装置中。

安装风扇部件

步骤

  1. 取下风扇部件的左侧盖子。
    • 使用 17 mm开口扳手将快速释放锁定装置拧动 90°。
    • 拔出风扇部件的左侧盖子。 进行此操作时,要沿着与风扇部件平行的方向移动左侧盖子,以防损坏另一侧的插入式触点。

下图显示如何取下左侧盖子。

说明

在空插槽下面的隔板上安装风扇部件,这可确保最有效的通风。

风扇部件随附 18 个隔板,分为 2 组,每组 9 个。 可采用在某个断缝处将它们断开的方法按需要分开隔板。

  1. 松开盖子上的卡扣机械装置拔出隔板,以卸下不需要的隔板。
  2. 按需要的数量断开隔板。
  3. 将隔板插在空插槽上:将隔板放在电缆走线的后壁,将隔板推回使它的前端装入预备好的开口,
  4. 推入隔板直到卡扣机械装置与电缆走线后面的开口咬合。
  5. 然后以 19英寸的间距将风扇部件安装到机架下方或两个机架之间。 用M6 大小的螺钉安装。

下图显示如何在两个机架之间安装风扇部件。

  • 隔板
  • 19英寸基准间距
  1. 重新装入左侧盖子。
  2. 使用快速释放锁定装置固定左侧盖子。

监视风扇部件

为了在程序中监视风扇部件的功能,需要将输出连接到数字量模块。监视原理的相关详细说明,请参见参考手册

  • 安装电缆线槽
  • 步骤
    1. 以 19英寸的栅距将电缆线槽安装到机架下方或两个机架之间。 用 M6 大小的螺钉安装。

    下图显示如何在两个机架之间安装电缆线槽。

     

(1) 19 英寸基准间距

连接 S7-400

为模块供电

电源模块和负载电流电源

电源模块通过机架的背板总线为 S7-400 系统的模块提供所有需要的工作电压。 在机架中使用什么电源模块取决于系统要求(线路电压、使用模块的电流消耗)。

必须通过外部负载电流电源提供负载电压和电流。

下图显示如何为 S7-400 的各个模块提供电流和电压。

说明

电源模块在次级侧不能并联。

选择电源模块

估计电源要求

应估计 S7-400 系统中的每个机架的电源要求,以便为机架选择合适的电源模块。 可在相关的数据表单中找到各个模块的电流消耗和功耗。

计算实例

下列模块将装入到一个带 18 个插槽的 CR 上:

  • 1 个 CPU 417-4
  • 3个模拟量输入模块 SM 431;AI 16 x 16 位
  • 5个数字量输入模块 SM 421;DI 32 x 24 VDC
  • 6个数字量输入模块 SM 422;DO 32 x 24 VDC/0.5A
  • 1个发送 IM,IM 460-0

利用来自各个数据表单的数据来计算此机架的电流消耗 I,如下所述:

模块 数量 +5 VDC (最大电流消耗值)
I/模块 I 合计
CPU 417-4 1 2600 mA 2600 mA
SM 431;AI 16 x 16 位 3 700 mA 2100 mA
SM 421;DI 32 x DC 24 V 5 30 mA 150 mA
SM 422;DO 32 x 24 VDC/0.5A 6 200 mA 1200 mA
IM 460-0 1 140 mA 140 mA
总计 6190 mA

从表中的数据可以看出,此机架需要安装电源模块 PS 407 10A (连接到 120/230 VAC)或PS 405 10A (连接到 24 VDC),以满足在此计算出的电流消耗。

说明

如果要通过带电流转换功能的发送 IM 连接 ER 与 CR,那么在选择电源模块时必须考虑此 ER 的电流消耗。

选择负载电流电源

输入和输出电路(负载电流电路)以及传感器和执行器均由负载电流电源供电。 下面列出在特殊应用中负载电流电源所需具备的特征,以供选择负载电流电源时进行参考。

负载电流电源的特征 适用于... 备注
安全隔离 要求电源电压 ≤ 60 VDC

或 ≤ 25 VAC 的模块

西门子 SITOP 负载电流电源具备此特征。
24 VDC 负载电路
输出电压的允许范围: 如果超出输出电压允许范围,则应配备储能电容器。 额定值: 每 1 A 负载电流 200 µF (桥式整流)。
20.4 V 到 28.8 V 24 VDC 负载电路
40.8 V 到 57.6 V 48 VDC 负载电路
51 V 到 72 V 60 VDC 负载电路
负载电流电源

DC 负载电流电源必须符合下列要求:

仅安全、隔离的超低电压(≤ 60 VDC)可用作负载电流电源。 可根据以下要求实施隔离(包含在其它出版物中):VDE 0100-410 / HD 384-4-41 S2 / IEC 60364-4-41 (功能超低电压隔离)或 VDE 0805 / EN 60950 / IEC 60950 (安全超低电压 SELV)或 VDE 0106 第 101 部

分。

计算负载电流

需要的输出负载电流由所有与输出连接的传感器和执行器的电流之和确定。

如果出现短路情况,在开关电子短路保护生效前,DC 输出中会暂时流过达到额定输出电流两倍到三倍的电流。 因此,在选择负载电流电源时,必须确保能承受增加的短路电流。 使用未调节的负载电流电源时,一般能保证承受此类过载电流。 使用调节后的负载电流电源时,尤其是在低输出电平(多达 20 A)时,必须确保适当的过载电流。

装配带过程 I/O S7-400

定义: 接地电源(TN-S 网络)

在接地电源中,系统的中性导线接地。 火线与地面或与安装的接地部分之间的任何故障都将导致保护设备跳闸。

组件和保护措施

在进行完全安装时指定各种组件和保护措施。 组件类型以及保护措施是强制的还是推荐的取决于安装所依据的 VDE 规范,VDE 0100 或 VDE 0113。下表说明 S7-400 完全装配的规范。

装配可编程控制器的 VDE 规范

表格 5- 1 装配可编程控制器的 VDE 规范

比较... 参考图 VDE 0100 VDE 0113
控制系统、传感器和执行器的断路元件 (1) ... 第 460 部分: 主开关 ... 第 1 部分: 隔离开关
短路和过载保护: 传感器和执行器组 (2) ... 第 725 部分: 电路的单级保护 ... 第 1 部分:

· 带接地的次级电路: 单级保护

· 不带接地的次级电路: 全级

保护

电磁设备超过 5 项的 AC 电源电路负载电流 PS (3) 推荐采用变压器隔离 要求采用变压器隔离
规则: 负载电流电路接地

负载电流电路必须接地。

公共参考电位(接地)提供可靠的安全功能。

可提供一个到负载电流电源(端子 L-或 M)或隔离变压器上保护性接地导线的可拆分连接

(参见下图)。 这种连接便于在出现配电故障时查找接地错误。

S7-400 的整机安装

下图显示从 TN-S 系统供电的 S7-400 整机安装(负载电流电源和接地概念)的位置。注意: 显示的电源端子排列并不是实际排列;这样选择是为了使得显示更清晰。

用接地电源为 S7-400 供电

 带接地参考电位(M)S7-400 组态

应用

带接地参考电位(M)的 S7-400 组态可用于各种机器或工业设备。

干扰电流放电

当 S7-400 组态带接地参考电位(M)时,所有干扰电流都将对本地接地放电。

端子连接模型

 交付时,各机架在模块的内部参考电位 M 和机架的框架元件间有一个可拆分的金属连接。 在此连接之后是一个 RC 网络(位于电路中用于未接地组态)。 此连接位于机架的左侧。 用于本地接地的端子还与框架元件存在电气连接。

下图显示带接地参考电位的 S7-400 组态。 为使参考电位 M 接地,必须将底板接地端子与本地接地连接,切勿卸下参考电位 M 与机架上的框架元件之间的跳线。

  1. 可拆卸的跳线
  2. RC网络
  3. 框架元件端子
  4. 金属连接
  5. 参考电位 M
  6. 与本地接地连接

图 5-2 带接地参考电位(M)的 S7-400 组态

带接地参考电位的 S7-400 组态

应用

在大型安装中,可能需要带接地参考电位的 S7-400 组态,例如,用于接地故障监视时。举例来说,化工行业或发电厂就是如此。

干扰电流放电

对于未接地的 S7-400 组态,任何干扰电流都将通过机架中集成的 RC 网络在本地接地上释放掉。

端子连接模型

下图显示带接地参考电位的 S7-400 组态。 此时,必须卸下参考电位 M 和机架上的框架元件端子之间的跳线。 然后 S7-400 的参考电位 M 通过 RC 网络连接到本地接地端子。在将此端子连接到本地接地后,将释放 RF 干扰电流并防止产生静电。

图 5-3 带未接地参考电位的 S7-400 组态

电源装置

使用电源装置时,要确保次级线圈不与保护接地导线连接。

24 VDC 电源过滤

在使用未接地组态的电池为 S7-400 供电时,必须为 24 VDC 电源提供干扰抑制。 请使用西门子电源电缆过滤器,例如 B84102-K40。

隔离监视

如果双重故障可导致安装进入危险状态,则必须提供隔离监视。

未接地操作实例

只有已组态带本地连接的 S7-400,并且在 CR 中将整个安装接地,才可在未接地组态中操作 ER。

说明

如果通过本地连接(带 5 V 传送功能)连接 ER,则强制对 ER 进行不接地操作。

装配带隔离模块的 S7-400

定义

在带有隔离模块的组态中,控制电路的参考电位(Minternal)和负载电路(Mexternal)是隔离的(请参见下图)。

应用

隔离模块用于:

  • 所有 AC负载电路
  • 带有离散参考电位的 DC负载电路带有离散参考电位的负载电路实例:
    • 传感器有不同参考电位的 DC负载电路(例如,在接地传感器远离可编程控制器使用并且不能进行等电位连接时)。
    • 正极端子(L+)接地的 DC负载电路(电池电路)。
隔离模块和接地概念

无论可编程控制器的参考电位是否接地,都可以使用隔离模块。

带隔离模块的组态

下图显示带隔离输入和输出模块组态的 S7-400 电位。

图 5-4 组态(带隔离模块)的简化表示

  1. 机架
  2. 230 VAC负载电流电源
  3. 24 VDC负载电流电源
  4. 机柜中的接地总线

数字量 S7-400 输出的并行接线

数字量输出(带不同额定负载电压)的并行接线

只能通过串联二极管来实现数字量输出(额定负载电压 1L+)与另一个数字量输出(额定负载电压 2L+)或额定负载电压 3L+的并行接线。

数字量输出(带不同额定负载电压)的并行接线

数字量输出(带相同额定负载电压)的并行接线

如果数字量输出模块的 L+电源和并联到输出的 L+电压始终相同(差值 < 0.5 V),则无需使用二级管,请参见下图。

数字量输出(带相同额定负载电压)的并行接线

接地

引言

按照规则认真进行接地是可编程控制器正常发挥功能的前提。

S7-400 和控制系统的每个单独组件都必须正确接地。

接地连接

低电阻接地连接降低了在短路或系统出现故障时发生电击的危险。 而且,正确接地(低阻抗连接: 大面积,宽范围连接)以及对线路和设备的有效屏蔽可降低系统中的干扰影响和干扰信号的发射。

说明

务必确保操作电流不流经地面。

保护性接地

所有安全等级 Class I 的设备和所有大型金属部件都必须与保护性接地相连。 这是确保用户不受到设备电击的基本要求。

这也可用来释放通过外部电源电缆、信号电缆或连接 I/O 设备的电缆传输的干扰。下表显示了各个组件要求的接地方法。

表格 5- 2 保护性接地的方法

设备 接地方法
机柜/框架 通过带保护性传导特性的电缆连接到中间接地点(例如,接地总线)
机架 如果机架没有安装在机柜内而且没有与大型金属部件互联,则应使用最小横截面积为 10 mm2 的电缆与中央接地点连接
模块 无;安装时通过背板总线自动接地
I/O 设备 通过“Schuko”插头接地
连接电缆的屏蔽 连接到机架或中央接地点(防止产生接地回路)
传感器和执行器 按照系统适用的规范接地

接地连接负载电压

许多输出模块需要附加的负载电压以进行执行器切换。 此负载电压可使用两种不同的模式:

  • 非隔离操作
  • 浮地操作

下表显示在各个模式下如何连接负载电压框架接地。

表格 5- 3 接地连接负载电压

操作模式 负载电压连接
非隔离操作
· 接地组态 到机架的参考点;必须在框架元件和本地接地间进行金属连接。
· 未接地组态 到机架的参考点;必须在框架元件和本地接地间进行金属连接。
浮地操作
· 接地和未接地组态 开路或连到任何点,但不连到保护性接地或工作电压的参考电位 M。

下图显示如何将非隔离操作的负载电压接地。

图 5-7接地连接负载电压

图 5-7 接地连接负载电压

本地和远程连接的无干扰组态

仅使用批准使用的组件

说明

如果使用未经批准的组件建立本地或远程连接,则抗干扰能力可能下降。

本地连接的无干扰组态

如果通过合适的接口模块连接 CR 和 ER(发送 IM 和接收 IM),则无需进行特殊屏蔽和接地。 但要确保

  • 所有机架彼此必须低阻抗连接
  • 接地排列的机架必须为星形接地组态
  • 机架上的弹簧触点必须清洁且不能弯曲,以确保将干扰电流放电。
远程连接的无干扰组态

如果通过合适的接口模块连接 CR 和 ER(发送 IM 和接收 IM),则通常无需进行特殊屏蔽和接地。

如果在干扰等级极高的环境下操作系统,则需要特殊屏蔽和接地。 在此情况下,切记下列要点:

  • 电缆屏蔽进入机柜后应立即连接到屏蔽总线。
    • 在屏蔽总线区域,剥去电缆绝缘层的外层,但不要破坏电缆的屏蔽编织物。
    • 确保屏蔽编织物在屏蔽总线上具有尽可能大的接触面积,例如,用金属软管夹夹持大面积的屏蔽层。
  • 大面积连接屏蔽总线和框架或机柜壁。
  • 将屏蔽总线连接到本地接地。

在远程连接中,请务必遵守铺设保护性接地的 VDE 规则。

下图显示了此处说明的方法。 如果接地点间允许的电位差超出限值,则必须安装等电位连接导线(横截面 ≥ 16 mm2 的铜导线)。

远程连接的无干扰组态

对于远程连接,必须使用固定长度的预切割/预装配连接电缆。 如果在铺设连接电缆时有超出的长度。 超出的长度必须用双线绕法盘绕放置。

接线规则

电缆、电线和工具

对于为 S7-400 模块接线,有若干关于电缆/电线和使用工具的规则。

表格 5- 4 电缆、电线和工具

 为电源模块接线

电源连接器

使用电源连接器,将电源模块连接到电源上。 交货时,电源连接器插在电源模块上。 有两种类型的电源连接器(AC 和 DC)。 两种类型均已编码,即,AC 连接器只能插入 AC 电源模块,而 DC 连接器只能插入 DC 电源模块。

拆卸电源连接器

在接线前,必须从电源模块上拔下电源连接器。

  1. 打开电源模块的盖子。
  2. 用合适的工具(例如螺丝刀)在提供的开口处撬动连接器,使之与电源模块分离(1)。
  3. 将连接器从电源模块中向前拉出(2)。

为电源连接器接线

要为电源连接器接线,请按照下述步骤执行:

  1. 在交流电源断路器处切断线路电压。

说明

电源模块的备用开关不会将电源模块与电源断开。

  1. 如果使用带外绝缘的装有护套的软电缆(230VAC 强制使用),则请去除 70 mm 的外部绝缘。 请记住,总直径在 3 mm 到 9 mm 之间的电缆在连接后必须夹在张力消除装置下。

否则: 用绝缘带缠绕线芯,这样,张力消除装置下的电缆总直径就在 3 mm 到 9 mm

之间。 可用热套管代替绝缘带。

  1. 将不需要连接保护性接地(PE)的两个线芯截短 10毫米。
  2. 将线芯外皮剥去 7毫米长。
  3. 松开电源连接器外盖上的螺钉,打开连接器。
  4. 松开张力消除装置的螺钉,并插入电缆。
  5. 按电源连接器外盖上的图示连接线芯。 将较长的线芯连接到 PE。 拧紧线芯的螺钉, 扭矩为 6到 0.8 Nm。

为电源连接器接线

  1. 拧紧张力消除装置的螺钉,以正确保护电缆。
  2. 盖上电源连接器的盖子并拧上螺钉。

电源模块或电源连接器可能遭到毁坏。

如果在带电时插拔插座,可能会损坏电源模块或连接器。仅在断电后才能插拔电源连接器。

插入电源连接器

仅当安装了电源模块后才能够插入连接器(拧紧下方的安装螺钉)。要将已接线的电源连接器插入电源模块,请按照下述步骤执行:

  1. 打开电源模块的盖子。
  2. 将电源连接器插入模块外壳的导槽中。
  3. 将电源连接器尽可能深地推入电源模块。
  4. 合上电源模块的盖子。

下图显示如何将电源连接器插入电源模块。

插入电源连接器

插入电源连接器

为信号模块接线

 概述

步骤

分两步将设备的传感器和执行器连接到 S7-400 信号模块:

  1. 为前连接器接线

将传感器和执行器的所有进出的接线都连接到前连接器上。

  1. 固定前连接器
前连接器的三种类型

S7-400 信号模块可用的前连接器有三种类型:

  • 带压接型端子的前连接器
  • 带螺钉型端子的前连接器
  • 带弹簧型端子的前连接器。

准备为前连接器接线

步骤
  1. 将螺丝刀插入前连接器底部左侧标记的点,然后撬起盖子较低的一角。
  2. 完全打开盖子。
  3. 从底部将打开的盖子向上拉并将盖子向上转出。

图 5-12 准备为前连接器接线

  1. 将电线切成所需长度。 避免接线后前连接器出现任何线路缠绕。
  2. 按接线规则剥去电线外皮。

说明

前连接器包含一个跳线,在某些信号模块上启用特定功能时需要此跳线。 不要拆卸此跳线。

5.13.1 为前连接器接线,压接型

步骤

要为已准备好的前连接器接线,请按照下述步骤执行:

  1. 将导线外皮剥去大约 5毫米长。
  2. 将触点压接到导线上。 可使用压接工具,并可将其作为信号模块的附件定购。
  3. 将压接接头置于前连接器的开口中。 从前连接器的底部开始接线。压接接头的订货号可在参考手册“模块规格”中查到。

带压接型端子的前连接器接线

图 5-13 为带压接型端子的前连接器接线

为前连接器接线(螺钉型端子)

步骤

要为已准备好的前连接器接线,请按照下述步骤执行:

  1. 如果使用线末端套管,将电线的绝缘层剥去 10毫米长。 将套管压接到导线上。或者将导线外皮剥去 8 到 10 毫米。
  2. 连接电线。 从前连接器的底部开始接线。
  3. 用螺钉将电线未端固定到前连接器,扭距为: 6到 0.8 Nm。 同时也将未用的端子拧紧。

图 5-14 为带螺钉型端子的前连接器接线

为前连接器接线(弹簧型端子)

步骤

要为已准备好的前连接器接线,请按照下述步骤进行操作:

  1. 如果使用线末端套管,将电线的绝缘层剥去 10毫米长。 将套管压接到导线上。或者将导线外皮剥去 8 到 10 毫米。
  2. 用螺丝刀(0.5x 5 mm DIN 5264)松开第一个端子的弹簧触点。 从前连接器的底部开始接线。

可从三个位置松开各个弹簧触点: 从前面、从侧面或从后面(参见下图)。

  1. 将第一根线推入松开的弹簧触点,然后抽出螺丝刀。
  2. 重复步骤 2和 3 处理其它所有电线。
图 5-15 为带弹簧型端子的前连接器接线

图 5-15 为带弹簧型端子的前连接器接线

  1. 从后面松开弹簧触点
  2. 从侧面松开弹簧触点
  3. 从前面松开弹簧触点
弹簧触点的原理

下图显示弹簧触点的原理。 图中说明了从前面松开和咬合的过程。

弹簧触点的原理

 安装张力消除装置

使用电缆匝消除张力
  1. 为前连接器接线后,应该将提供的电缆匝安装在前连接器的底部,用作消除连接电缆的张力。

根据电缆的厚度,有三种安装张力消除装置的方法。 在前连接器的底部有三个开口。

图 5-17 安装张力消除装置(底视图)

标记前连接器

标签和端子图

每个信号模块出厂时都有三个标签: 两个空白标签和一个印有输入或输出端子图的标签。

下图显示了在前连接器上安装各个标签的位置。

图 5-18在前连接器上安装标签

图 5-18 在前连接器上安装标签

步骤

要标记前连接器,请按照下述步骤进行:

  1. 在两个标签上输入各个通道的地址。 记下标签上的插槽号,以记录模块的前连接器分配情况。
  2. 将标签放置在打开的前连接器左侧。 在标签的中间有一个 T 形档块,供您将标签固定到前连接器外壳上。 向一侧轻轻弯曲该档块,然后将它推入前连接器的相应开口后, 同时将标签滑入(参见下图)。
图 5-19在前连接器上安装标签

图 5-19 在前连接器上安装标签

  1. 带空白的标签
  2. 前连接器的开口
  3. 重新装上前连接器的盖子。
  4. 将输入或输出(带端子图)的标签滑入前连接器盖子的内部。
  5. 从外部将标签滑到前连接器的盖子内。

标签

订购标签

除了产品随附的标签外,还可为 SIMATIC S7-400 信号模块(包括 FM)订购机器可打印标签条,以便可以专业、方便地标记 SIMATIC S7-400 模块。

单色标签不易撕破且抗污染。 提供的单色标签有褐色、浅褐色、红色和黄色。

在 DIN A4 大小的纸张上提供多个带孔的标签条,不需要使用工具便可轻易分开。 这方便了它们的使用并确保外观整洁。

使用下列工具,可用普通激光打印机打印标签条:

  • 使用可从 Internet上免费下载打印模板
  • 使用 SIMATICSTEP 7 的“S7-SmartLabel”附加工具
订购 S7-400 使用的标签纸

提供下列标签纸:

订货号 说明
SIMATIC S7-400,10 张 A4 标签纸,4 条/张信号模块用标签。 材料: 带孔的薄膜,可用激光打印机打印。 每包 10 张。
6ES7492-2AX00-0AA0 褐色
6ES7492-2BX00-0AA0 浅褐色
6ES7492-2CX00-0AA0 黄色
6ES7492-2DX00-0AA0 红色

打印S7-400 模块的标签

标签选项

通过如下方式,使用普通的激光打印机可以很容易打印标签条:

  • 使用打印模板(可从 Internet免费下载)
  • 使用 SIMATICSTEP 7 的“S7-SmartLabel”附加工具
使用模板
  1. 在 Internet上查找模板

可以从 Internet 上免费下载模板。 而模板可以在客户支持主页上文章号 11765788 下搜索到。

  1. 下载

下载内容包括可在 WORD 中编辑的模板,以便为 S7-400 模块贴标签。

可以使用 S7-400 模板制作在前连接器盖外侧及前连接器板内侧接线图上使用的标签条。

  1. 在 WORD中打开文件并且选择页面布局视图以编辑模板。
  2. 通过单击文本框并且输入相关应用的名称来标注模块。
  3. 务必先在白纸上打印表单以便进行预先查看,并且与原始标签页进行比较。 由于不同的打印机以及打印机驱动程序之间会存在差别,并且其打印精度和尺寸可能有所变 化,因此可能需要进行必要的调整。 如果行和列的间距设置不正确,则可以用“标题 >图片 > 位置”和“文件 > 页面设置 > 页边距”来设置整个模板的位置。
  4. 打印一些模板时可能会出现下列消息: “页边距超出可打印区域。” 可忽略该消息。
  5. 打印完薄膜纸后,一定先沿穿孔折叠标签条,然后将其分开。 这样将确保标签条的边沿平齐。 随后可以把标签条贴到相应的模块上。
使用 SIMATIC STEP 7 “S7-SmartLabel”附加工具

可以直接从 STEP 7 项目中生成标签。 应用相关标签的基础是 STEP 7 中的符号表。

安装前连接器

编码键的原理

为了尽量避免在重新接线或更换模块后将已经接线的前连接器插入错误类型的模块,信号模块配有一个用于前端连接器的编码键。

编码键由两部分组成: 一部分永久连接在模块上,第二部分在交付时仍然与第一部分相连(参见下图)。

(1) 编码键

插入前连接器时,编码键的第二部分咬合到连接器中,并与连接至信号模块的那一部分分开。 编码键的两个部分是配对元件,无法将带有错误配对元件的前连接器插入该信号模块中。

信号模块上前连接器的编码

下表说明了不同前连接器编码键和各个信号模块之间的对应情况。

表格 5- 5 前连接器编码元件

信号模块 前连接器编码键的颜色
数字量输入、输出

> 60 VDC 或者 > 50 VAC

红色
数字量输入、输出

≤ 60 VDC 或者 ≤ 50 VAC

黄色
模拟量输入、输出 绿色
前提条件

仅当安装了电源模块后才能够插入连接器(拧紧下方的安装螺钉)。

插入前连接器

可能会损坏模块。

例如,如果把数字量输入模块的前连接器插入到数字量输出模块上,则可能损坏模块。例如,如果把模拟量输入模块的前连接器插入到模拟量输出模块上,则也可能损坏模 块。

插入前连接器时,应确保模块与前连接器相匹配。

  1. 水平握住前连接器,使前连接器与编码键相啮合。 在听到喀哒声后,前连接器将与支架啮合并可以向上旋转(1)。
  2. 向上旋转前连接器(2)。 随后,编码键的两部分将分开。
图 5-20连接前连接器

图 5-20 连接前连接器

  1. 拧紧前连接器。
图 5-21拧紧前连接器

图 5-21 拧紧前连接器

CR ER 互连

将接口模块互连

装配由一个 CR 和一个或多个 ER 组成的自动化系统时,通过接口模块的连接电缆连接各个机架。

步骤

要连接各个接口模块,请按下列步骤进行操作:

  1. 确保准备好自动化系统所需的全部连接电缆。 考虑装配所容许的最大电缆长度并检查电缆是否正确(参见“模块规范”参考手册)。
  2. 从发送 IM开始(中央机架中的接口模块)。
  3. 打开发送 IM的外盖。
  4. 将第一条连接电缆的插入连接器插入其中一个发送 IM的内孔连接器中,并用螺钉拧紧。

图 5-22 将连接电缆插入发送 IM

  1. 如果希望将两个 ER 连接到该发送 IM,请将第二个连接电缆的接头插入发送 IM的第二个端口。
  2. 合上发送 IM的外盖。
  3. 打开第一个接收 IM(ER中的接口模块)的外盖。
  1. 将连接电缆的空闲端插入接收 IM的上部插入连接器(接收接口)中,并将连接器拧紧。
  2. 通过将发送接口(下部内孔连接器 X2)逐一连接到接收接口(上部插入连接器 X1),连接剩余的接收 IM。
图 5-23一个发送 IM 和两个接收 IM 之间的连接

图 5-23 一个发送 IM 和两个接收 IM 之间的连接

  1. 发送 IM
  2. 接收 IM
  3. 端接器
  4. 把端接器插入到机组里最后一个 ER 中接收 IM 的下部插入连接器上(参见模块规范参考手册)。

为风扇部件设置线路电压并接线

为风扇部件设置线路电压

检查是否已将风扇组件中的电压选择器开关设置为符合线路电压(见图)。

保险丝

风扇部件有两个标准保险丝:

  1. 一个 250mA的慢速熔断保险丝,用于 120 V 范围。
  2. 一个 160mA 的慢速熔断保险丝,用于 230 V 范围。在交付之前已经安装了用于 230 V 范围的保险丝。

说明

如果更改了电压范围,则也必须在风扇部件中安装适合该电压范围的保险丝。 注意遵守更换保险丝的说明。

风扇部件接线
  1. 剥去电源线的外皮。 将线端套管安装到导线上。
  2. 将线缆插入风扇部件的电源接线端中。 使用适当螺丝刀松开电源接线端的弹簧触点。
  3. 小盖是电源线的张力消除装置。 在提供的三种尺寸中选择与电缆横截面积相适应的尺寸。
  4. 把张力消除盖拧紧。
图 5-24风扇部件接线

图 5-24 风扇部件接线

  • 电缆线槽或者风扇部件中的布线

电缆布放

根据电缆数量和在具体机架处合并插入的线缆数量,电缆线槽的横截面积或风扇部件可能不足以容纳全部电缆。.

因此,应当通过电缆线槽或风扇部件布放通往各个方向的一半电缆。

固定电缆

在电缆槽或风扇部件的两侧有用于固定电缆的环(参见参考手册模块规范”)。  可以用电缆捆绑线把电缆固定在这些环上。

屏蔽触点

电缆线槽和风扇部件允许电缆屏蔽层的电气接触。 可以使用所提供的屏蔽夹(参见参考手册模块规范”)。

要制作电缆屏蔽层的触点,剥去屏蔽夹范围内的外部绝缘层,并把电缆屏蔽层夹在屏蔽夹的下面。

  • 光缆布放

线缆布放

允许在建筑物、电缆线槽和通道线槽中使用室内光缆(例如,连接同步子模块)。安装时最大张力负载是 1000 N,在运行期间是 150 N。

弯曲半径

电缆的最大弯曲半径:

  • 在连接器处: 55毫米
  • 其余: 30毫米

S7-400 连网

组态网络

子网

可将 S7-400 设备连接到各种子网:

  • 通过 SIMATICNET 以太网 CP 连接到工业以太网子网
  • 通过 SIMATIC NET PROFIBUS CP连接到 PROFIBUS-DP 子网
  • 通过集成 MPI接口连接到MPI 子网
  • 通过集成 PROFIBUS-DP接口连接到 PROFIBUS DP 子网
相同的组态

组态 MPI 网络时,我们建议使用与组态 PROFIBUS DP 网络相同的总线组件。 应用相同的组态规则。

多点接口(MPI)

CPU 的该接口使用 SIMATIC S7 专用的协议与编程设备(通过 STEP 7)、操作面板以及其它 S7 CPU 进行通讯。 物理总线特性与 PROFIBUS 的总线特性相似。

组态通讯

在 MPI 或 PROFIBUS-DP 网络的各节点能够相互通讯之前,必须为它们分配 MPI 或PROFIBUS-DP 地址。 手册STEP 7 中组态硬件和通讯连接介绍了如何分配这些地址及应该考虑的事项。

可以在参考手册“CPU 数据”中找到所有组态通讯时与 CPU 相关的数据。

基础知识

设备 = 节点

说明: 在下文中,我们将网络中连接的所有设备称之为“节点”。

总线段

总线段是指两个终端电阻间的总线电缆。 一个总线段最多可包含 32 个节点。 根据传输速率,总线段也受允许的电缆长度限制。

传输速率

传输速率是传输数据的速度,用位/秒表示。

  • MPI/DP接口可以采用的传输速率是 2 kbps 到 12 Mbps。
  • PROFIBUS-DP接口可以采用的传输速率是 6 kbps 到 12 Mbps。

说明

如果更改了 MPI/DP 接口传输速率的参数分配,即使在存储器复位、电压故障或移除/插入 CPU 之后,仍然会保持更改后的传输速率设置。

可连接节点
MPI PROFIBUS DP
编程设备(PG) 编程设备(PG) *
操作员接口(SIMATIC-OP),WinCC 操作面板(OP) *
S7-400 PROFIBUS-DP 主站,PROFIBUS-DP 从站
S7-300 PROFIBUS-DP 从站
* 在 DP 模式下不推荐

节点数

MPI PROFIBUS DP
127 127 *
(缺省: 32) 其中: 1 个主站(预留)
1 个 PG 端口(预留) 1 个 PG 端口(预留)
125 个从站或者其它主站
* 注意参考手册 CPU 数据中具体 CPU 允许的最大数量。

MPI/PROFIBUS-DP 地址

在节点可以相互通讯之前,必须为其分配一个地址:

  • 在 MPI网络中分配“MPI 地址”
  • 在 PROFIBUS-DP网络中分配“PROFIBUS-DP 地址”
缺省 MPI 地址

下表给出了设备发货时的缺省 MPI 地址和最大 MPI 地址:

节点(设备) 缺省 MPI 地址 默认最高 MPI 地址
PG 0 31
OP 1 31
CPU 2 31

说明

如果更改了 MPI/DP 接口的最高 MPI 地址参数分配,即使在存储器复位、电压故障或移除/插入 CPU 之后,系统也会保持更改后的地址设置。

MPI 地址的规则

分配 MPI 地址之前,请注意下列规则:

  • 在一个 MPI网络中的所有 MPI 地址绝不可重复。
  • 可能的最大 MPI地址必须等于或者高于实际的最大 MPI 地址,并且对于所有节点, 此最大 MPI 地址都必须设置为相同的数值。 (例外: 编程设备连接到两个或者多个节点。)
PG/OP - MPI 的模块通讯

如果连接至多点接口(MPI)的某台编程设备或操作面板与 S7-400 模块(例如,SIMATIC NET CP、FM 456 等)通讯,而此 S7-400 不具备其它的 MPI 网络连接,则必须通过

CPU(编程设备或操作面板与该 CPU 的 MPI 连接)作为中介访问到该模块。 在这种情况下,CPU 仅起传输中介的作用。 在编程设备或操作面板与模块之间仅通过通讯总线进行通讯时,这种连接会占用 CPU 中的两个连接资源。

图 6-1 编程设备/操作面板与无 MPI 接口的模块之间的通讯

通过 MPI 通讯的最大连接数

组态 CPU 41x 的 MPI 连接时,需要注意在可能的最大连接数中应该包括 PG 连接。

PG 访问

一种 CPU 与其它系统交换数据的通讯机制。 这些系统的实例包括可编程控制器、操作面板和站或编程设备(参见下图)。

图 6-2数据交换

图 6-2 数据交换

过程通讯包括可编程控制器之间(PLC - PLC)以及可编程控制器和操作员接口站之间(PLC

- OS/OP)数据交换的通讯服务,相对编程设备和 CPU 之间的通讯而言,这种通讯在 CPU

中具有更高的优先级。

CPU 具有不同的特性。 其中之一就是其通讯性能。 如果过程通讯完全占用了 CPU 的通讯资源,就可能严重妨碍从编程设备到 CPU 的访问过程。

6.1 组态网络的规则

 

规则

请注意下列连接网络节点的规则:

  • 在将单个的网络节点互连之前,必须为每个节点分配 MPI地址、最高 MPI 地址或

PROFIBUS-DP 地址。

提示:请在设备外壳上标记网络中每个节点的地址。 为此,请使用随 CPU 附带的粘性标签。 随后您将总是能够看到为工厂中各节点分配的地址。

  • 在网络中插入新的节点之前,必须关闭其电源。
  • 串行连接网络中的所有节点。 即,也直接在网络中包括固定的编程设备和操作面板。仅将启动所用或维护所用的编程设备/OP使用支线连接到网络中。
  • 如果在 PROFIBUS-DP网络中运行的节点多于 32 个,则必须通过 RS 485 中继器连接各总线段。

在 PROFIBUS-DP 网络中,所有总线段加在一起必须至少有一个 DP 主站和一个 DP

从站。

  • 通过 RS485 中继器连接未接地的总线段和接地的总线段(参见参考手册“模块规范”)。
  • 每个总线段的最大节点数随着 RS485 中继器数量的增加而减少。 这意味着如果在一个总线段中有一个 RS 485 中继器,则在该总线段中仅可以有最多 31 个其它节点。然而,RS 485 中继器的数量影响总线上的最大节点数。

最多可串联十个总线段。

  • 把总线段上第一个和最后一个节点的终端电阻打到“on”上。

为确保总线操作不受干扰,不能将这些节点的终端电阻打到“off”上。

MPI 网络中的数据包

注意 MPI 网络中的下列特征:

说明

如果在操作期间将一个附加的 CPU 连接至到 MPI 网络中,则可能会丢失数据。纠正方法:

  1. 断开要连接的节点的电源。
  2. 将节点连接到 MPI网络。
  3. 接通节点电源。

MPI 地址建议

为备用编程设备保留 MPI 地址“0”,为备用 OP 保留地址“1”,随后可根据需要方便地将其连接到该 MPI 网络。 这表示将不同的 MPI 地址分配给接入到 MPI 网络中的编程设备/OP。

为新的 CPU 保留 MPI 地址“2”。 如此在 MPI 网络中安装了带有缺省设置的 CPU 时(例如,更换 CPU 时),可避免出现重复的 MPI 地址。 因此将高于“2”的 MPI 地址分配给 MPI 网络中的所有 CPU。

PROFIBUS-DP 地址建议

为备用编程设备保留 PROFIBUS-DP 地址“0”,随后可根据需要方便地将其连接到PROFIBUS-DP 网络中。 这表示您可以将其它 PROFIBUS-DP 地址分配给接入PROFIBUS-DP 网络的所有编程设备。

组件

通过总线连接器和 PROFIBUS-DP 总线电缆连接各个节点。 别忘了为节点提供带有 PG

母头的总线连接器,从而可根据需要将编程设备插入该端口。使用 RS 485 中继器连接各总线段以及延伸总线段距离。

总线连接器上的终端电阻

  1. 终端电阻已接通
  2. 终端电阻未接通
RS 485 中继器上的终端电阻
  1. 总线段 1的终端电阻
  2. 总线段 2的终端电阻
图 6-4RS485 中继器上的终端电阻

图 6-4 RS485 中继器上的终端电阻

各种网络组建实例

实例: MPI 网络上的终端电阻

下图显示了在可能的 MPI 网络组态中必须在何处连接终端电阻。

图 6-5MPI 网络上的终端电阻

图 6-5 MPI 网络上的终端电阻

  1. 终端电阻已接通
  2. 支线

实例: PROFIBUS-DP 网络

使用 CPU 414-2 组态的实例

下图给出了用 CPU 414-2 DP 组态的实例,它集成到 MPI 网络中并同时用作 PROFIBUS-

DP 网络的 DP 主站。

在这两种网络中,可以分别分配节点号而不会产生冲突。

使用CPU 414-2组态的实例

使用CPU 414-2组态的实例

实例: 超出网络限制的编程设备访问(路由)

可以用编程设备访问超出网络限制的所有模块。

要求

  • 使用 STEP7 版本 0 或更高版本
  • 在网络中的编程设备或者 PC需要安装 STEP 7。 (通过 SIMATIC 管理器赋值 PG/PC)
  • 通过具有路由功能的模块分担网络限制。

图 6-9 超出网络限制的编程设备访问

 电缆长度

MPI 网络中的总线段

在 MPI 网络上一个总线段内可以实现的最大电缆长度为 50 m。 这 50 m 包括从总线段的第一个节点到最后一个节点的距离。

表格 6- 1 MPI 网络中总线段所允许的电缆长度

传输速率 总线段的最大电缆长度()
187.5 kbps 50
19.2 kbps 50
12 Mbps 50
PROFIBUS-DP 网络中的总线段

在 PROFIBUS-DP 网络的总线段内,电缆长度取决于传输速率(参见下表)。 仅当通过组态为 DP 接口的 MPI 接口将 CPU 连接到 PROFIBUS-DP 网络时,这些长度才适用。

 

表格 6- 2 PROFIBUS-DP 网络中总线段容许的电缆长度取决于传输速率

传输速率 总线段的最大电缆长度()
9.6 到 187.5 kbps 1000
500 kbps 400
1.5 Mbps 200
3 到 12 Mbps 100
较长的电缆长度

如果必须使用的总线段距离超出允许的总线段电缆长度,则必须连接 RS 485 中继器。 两个 RS 485 中继器之间允许的最大电缆长度与总线段的电缆长度相同(参见下表)。 然而需要注意的是,使用这些最大电缆长度时,在两个 RS 485 中继器之间不能有其它节点。 最多可以串联方式连接十个 RS 485 中继器。

注意,必须在所有要连接的节点总数中将 RS 485 中继器算作 MPI 网络的一个节点,即使并没有为其分配自身的 MPI 号。 因此,使用 RS 485 中继器会减少节点数。

支线长度

如果未将总线电缆直接连接到总线连接器上(例如,使用 PROFIBUS-DP 总线端子时),则必须考虑支线可能的最大长度。

下表给出了每个总线段容许的最大支线长度:

表格 6- 3 每个总线段的支线长度

传输速率 最大支线长度 具有以下支线长度的节点

...

每段的最大支线长度
1.5 米或 1.6 3
9.6 到 93.75 kbps 3 米 32 32 96 米
187.5 kbps 3 米 32 25 75 米
500 kbps 3 米 20 10 30 米
1.5 Mbps 3 米 6 3 10 米

传输速率大于 1.5 Mbps 时不允许使用支线。

要连接编程设备或者 PC,请使用订货号为 6ES7901-4BD00-0XA0 的编程连接电缆。 可以使用若干此订货号的连接电缆连接一个总线组态中的多台编程设备。

实例

下图显示了可能的 MPI 网络组态。 该实例明晰了 MPI 网络中可能的最大距离。

PROFIBUS-DP 总线电缆

PROFIBUS-DP 总线电缆

Siemens 提供下列 PROFIBUS-DP 总线电缆(参见目录 ST 70):

PROFIBUS-DP 总线电缆 6XV1830-0AH10
用于埋在地下铺设的 PROFIBUS-DP 电缆 6XV1830-3AH10
PROFIBUS-DP 拖曳式电缆 6XV1830-3BH10
带有 PE 外层的 PROFIBUS-DP 总线电缆

(用于粮食和高档食品行业)

6XV1830-0BH10
PROFIBUS-DP 彩色总线电缆 6XV1830-3CH10

 

PROFIBUS-DP 总线电缆的特性

PROFIBUS-DP 总线电缆是经屏蔽的双绞线缆,具有下列特性:

属性 数值
阻抗 大约 135 到 160 Ω(f = 3 到 20 MHz)
回路阻抗 ≤ 115 Ω/km
工作容量 30 nF/km
衰减 0.9 dB/100 m(f = 200 kHz)
容许的线芯横截面积 0.3 mm2 到 0.5 mm2
容许的电缆直径 8 mm ± 0.5 mm
铺设电缆的规则

铺设 PROFIBUS-DP 总线电缆时,注意下列规则:

  • 请勿扭拧电缆
  • 请勿拉伸电缆
  • 请勿挤压电缆。

安装室内总线电缆时,也应谨记下列基本限制(dA = 电缆外径):

特性 限制
单个弯曲的弯曲半径 ≥ 80 mm (10 x dA)
重复弯曲的弯曲半径 ≥ 160 mm (20 x dA)
容许的安装温度范围 - 5 °C 到+ 50 °C
存储和恒定工作温度范围 -30 °C 到+65 °C

总线连接器

总线连接器的用途

总线连接器用于将 PROFIBUS-DP 总线电缆连接到 MPI 或 PROFIBUS-DP 接口。 通过这种方法,可以建立到其它节点的连接。

有两种不同的总线连接器:

  • 无 PG连接器的总线连接器6ES7 972-0BA12-0XA06 6ES7 972-0BA41-0XA0 6ES7 972-0BA50-0XA0 6ES7 972-0BA60-0XA0 6ES7 972-0BA30-0XA0
  • 有 PG连接器的总线连接器6ES7 972-0BB12-0XA0 6ES7 972-0BB41-0XA0 6ES7 972-0BB50-0XA0 6ES7 972-0BB60-0XA0

外观(6ES7 972-0BB ...)

  1. 用于安装到站点上的螺钉
  2. 9针 D 型插入连接器,用于连接到 MPI 或 PROFIBUS-DP 接口
  3. 垂直或 30°电缆出线夹持部位
  4. 外壳螺钉
  5. PG连接器(仅 6ES7-0BB...型才包括)
  6. 终端电阻开关
将总线电缆连接到总线连接器

有关如何将总线电缆连接到总线连接器的详细信息,请参见 SIMATIC NET PROFIBUS网络手册。

连接总线连接器

步骤

要连接总线连接器,请按以下步骤进行操作:

  1. 将总线连接器插入模块。
  2. 将总线连接器用螺钉固定到模块中。
  3. 如果总线连接器位于总线段的起点或终点,则必须启用终端电阻。

取下总线连接器

使用环回式总线电缆时,可在任何时候将总线连接器从 PROFIBUS-DP 接口上拔下,而不会中断总线上的数据通讯。

可能会干扰总线上的数据通讯。

总线段的两端必须始终终止于终端电阻。 然而,在带有总线连接器的最后一个从站断电时,则不属于这种情况。 由于总线连接器靠该站供电,因此终端电阻不起作用。

所以,确保启用了终端电阻的站始终通电。

 RS 485 中继器/诊断中继器

中继器的用途

RS 485 中继器/诊断中继器放大总线上的数据信号并且连接各个总线段。. 在以下情况下需要中继器:

  • 网络中连接的节点多于 32个,
  • 要将接地总线段连接到未接地的总线段
  • 超出了总线段的最大电缆长度。
RS 485 中继器的说明

可以在参考手册“模块规范”中找到 RS 485 中继器的详细说明和技术数据。

在手册 PROFIBUS-DP 诊断中继器(订货号为 6ES7972-0AB00-8BA0)中可以找到诊断中继器的说明

装配

可以在 35 mm 标准导轨上安装中继器。

电源接线

要连接中继器的电源单元,可按如下步骤进行操作:

  1. 松开“M”和“PE”螺钉。
  2. 剥去 24 VDC电源线的外皮。
  3. 将电缆连接到“L+”和“M”或“PE”。
端子“M5.2”

由于仅在维护期间需要用到端子“M5.2”,因此不必连接。 端子“M5.2”是测量端子“A1”和

“B1”之间的电压时所需要的参考地。

连接 PROFIBUS-DP 总线电缆

有关如何将 PROFIBUS DP 总线电缆连接到 RS 485 中继器的详细信息,请参见

SIMATIC NET PROFIBUS 网络手册:

使用光缆的 PROFIBUS-DP 网络

使用光缆(FOC)

 /光转换

如果对于更远的距离想使用现场总线而不考虑传输速率,或者如果希望总线上的数据通讯不会因外部干扰而受损,则最好使用光缆而非铜缆。

有两种将电缆转换为光纤的方法:

  • 通过光纤总线端子(OBT)或者光纤连接模块(OLM)将带有 PROFIBUS-DP接口(RS

485)的 PROFIBUS 节点连接到光网络。

  • 可以直接在光纤网络中集成带有集成光缆接口的 PROFIBUS节点(例如,ET 200M (IM 153-2 FO)、S7-400 (IM 467 FO))。

在 SIMATIC NET PROFIBUS 网络手册中详细介绍了如何组建带光纤连接模块(OLM)的光纤网络。 您可以在下文找到组建带有 PROFIBUS 节点(这些节点具有集成的光缆接口)的光纤 PROFIBUS-DP 网络的最重要的信息。

优点和应用区域

与电缆相比,光缆有下列优势:

  • PROFIBUS-DP组件的电气隔离
  • 对电磁干扰(EMC)不敏感
  • 对环境不产生电磁辐射
  • 因此无需额外的接地和防护措施
  • 由于无需防止 EMC,因此与其它电缆的间距可以做到最小
  • 无需等电位联结导线
  • 无需避雷针
  • 容许的最大电缆长度不取决于传输速率
  • 通过标准光缆连接器(单工连接器)很容易完成 PROFIBUS-DP组件的光缆安装连接
总线(线性)拓扑结构中的光纤 PROFIBUS-DP 网络

接入了具有集成光缆接口节点的光纤 PROFIBUS-DP 网络具有线性(总线)拓扑结构。 通过双工光缆成对连接 PROFIBUS 节点。

在光纤 PROFIBUS-DP 网络中,最多可以串联 32 个带有光缆接口的 PROFIBUS 节点。如果其中一个 PROFIBUS 节点有故障,则会由于是线性拓扑,导致 DP 主站无法访问任何下行 DP 从站。

图 6-12 带集成光缆接口节点的光纤 PROFIBUS-DP 网络

传输速率

光纤 PROFIBUS-DP 网络采用线性拓扑结构运行时,可以实现下列传输速率:

  • 6kbps
  • 2kbps
  • 45kbps
  • 75kbps
  • 5kbps
  • 500kbps
  • 5Mbps
  • 12Mbps
PROFIBUS 光纤总线端子(OBT)

不带集成光缆接口的 PROFIBUS 节点(例如编程设备(PG)或操作面板(OP),见图)可通过

PROFIBUS 光纤总线端子(OBT)(6GK1 500-3AA00)连接到光纤 PROFIBUS-DP 网络。

编程设备/PC 通过 PROFIBUS 电缆连接到 OBT 的 RS 485 接口。 OBT 通过其光缆接口集成到光纤 PROFIBUS-DP 线路中。

光纤导线

光缆的特点

使用具有下列特征的 Siemens 塑料和 PCF 光缆:

表格 6- 4 光缆的特点


订货号

可以按下表指定的订货号订购光缆。 .

表格 6- 5 订货号 - 光缆

 

光纤导线 外形 订货号
SIMATIC NET PROFIBUS 塑料双工光缆

I-VY2P 980/1000 150A

带 2 股线芯和一个 PVC 护套的塑料光缆,无连接器,

用于机械压力较低的环境(例如,在机柜中或在实验室的测试装置中)

50 米 环形 6XV1821-2AN50
SIMATIC NET PROFIBUS 塑料标准光缆

I-VY4Y2P 980/1000 160A

带 2 股塑料光缆束、PVC 外层护套和 PA 内层护套的强力圆电缆, 无连接器,

用于室内

每米

50 米 环形

100 米 环形

6XV1821-0AH10

6XV1821-0AN50

6XV1821-0AT10

SIMATIC NET PROFIBUS PCF 标准光缆

I-VY2K 200/230 10A17 + 8B20

带 2 根导线、PVC 外层护套、安装有 4 个单工连接器的 PCF 光缆,摆动长度为 30cm,传输距离最远可达 300 米

(其它长度应要求供货)

50 米

75 米

100 米

150 米

200 米

250 米

300 米

6XV1821-1CN50

6XV1821-1CN75

6XV1821-1CT10

6XV1821-1CT15

6XV1821-1CT20

6XV1821-1CT25

6XV1821-1CT30

6.10.1 单工连接器和连接器适配器

定义

通过单工连接器可将光缆连接到 PROFIBUS 设备的集成光缆接口上。 在某些模块中(如IM 153-2 FO、IM 467 FO),通过一个特殊的连接适配器将两个单工连接器(一个用作发送器,一个用作接收器)插入该模块。

前提条件

PROFIBUS 设备必须配有光缆接口,如 ET 200M (IM153-2 FO)或用于 S7-400 的 IM 467 FO。

组态

一个光缆连接需要两个单工连接器(一个发送器和一个接收器)和一个具有以下属性的连接器适配器:

  • 防护等级 IP20
  • 传输速率 6 kbps至 12 Mbps

订货号

可使用以下订货号订购单工连接器和连接器适配器:

 

表格 6- 6 订货号 - 单工连接器和连接器适配器

 

附件 订货号
SIMATIC NET PROFIBUS 塑料光纤单工连接器/抛光装置

100 个单工连接器和 5 个抛光装置,用于将 SIMATIC NET PROFIBUS 塑料光缆与连接器相接

6GK1901-0FB00-0AA0
连接器适配器

50 个一包,用于将塑料单工连接器与 IM 467 FO 和

IM 153-2 FO 相连接

6ES7195-1BE00-0XA0

 

6.10.1 将光缆连接到PROFIBUS设备

电缆长度

对于光缆,其传输路径的长度不取决于传输速率。

光纤 PROFIBUS-DP 网络中的每个总线节点都具有中继器的功能。 以下指定的距离为线性拓扑中两个相邻 PROFIBUS 节点之间的距离。

两个 PROFIBUS 节点之间的最大电缆长度取决于所用的光缆类型。

表格 6- 7 光纤 PROFIBUS-DP 网络(线性拓扑)中允许的线缆长度

SIMATIC NET PROFIBUS

光缆

两个节点之间的最大线缆长

()

设计 1 个网络(= 32 个节

)()

塑料双工光缆 50 1550
塑料标准光缆 50 1550
PCF 标准光缆 300 9300

 

混合使用塑料光缆和 PCF 光缆

要充分利用不同线缆长度的优点,可混合使用塑料光缆和 PCF 光缆。

例如,可使用塑料光缆连接本地分布式 DP 从站(距离 < 50 米),使用 PCF 光缆连接 DP

主站与总线拓扑中的第一个 DP 从站(距离 > 50 米)。

铺设 PCF 光缆

可订购特定长度且预先安装了 2x2 单工连接器的 PCF 光缆。

铺设塑料光缆

您自己可以轻松地将连接器与塑料光缆相连以及安装塑料光缆。 请阅读以下信息,了解铺设电缆的步骤和规则。

铺设电缆的规则

铺设塑料光缆时,请遵守以下规则:

  • 仅使用指定的西门子光缆
  • 不能超过所使用电缆允许的最大应力(拉伸力、侧压力等)。 例如,在使用螺旋夹钳将电缆固定到适当位置时,就有可能超出所容许的压力。
  • 说明按照安装说明中指定的步骤操作,并只使用该说明中指定的工具。 仔细研磨并抛光纤维末端。

按照安装说明所述抛光光缆的纤维端可减少 2 dB 的衰减。

  • 研磨和抛光时,将连接器轻轻按在砂纸或抛光箔上,以防止连接器与光纤熔化。
  • 在研磨抛光过程中确保保持指定的弯曲半径,尤其是支持机械张力消除的光缆。 在这种情况下,确保足够的摆动长度。
  • 确保按指定尺寸切割电缆后电缆没有打结缠绕。 打结缠绕部分在承受拉伸负荷时可导致扭折,从而损坏电缆。
  • 确保光缆和光纤的外层护套和导线包层不被损坏。 划痕和刮伤可使光线泄露,从而导致较高的衰减值和线路故障。
  • 切勿将脏连接器或带有突出纤维的连接器插入设备插座。 这样会损害光学发送和接收元件。
安装连接器适配器

在 PROFIBUS 设备上安装带连接器的切割光缆需要依模块而定,因此在带集成光缆接口的 PROFIBUS 设备手册中对其进行介绍。

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