西門子數字量模塊6ES7321-7BH01-OABO

MicroMaster440變頻器

MicroMaster440變頻器是全新一代可以廣泛應用的多功能西門子標準變頻器。它采用高性能的矢量控制技術，提供低速高轉矩輸出和良好的動態特性，同時具備超強的過載能力，以滿足廣泛的應用場合。創新的BiCo（內部功能互聯）功能有無可比擬的靈活性。 
主要特征： 
200V-240V ±10%，單相/三相，交流，0.12kW-45kW； 
380V-480V±10%，三相，交流，0.37kW-250kW； 
矢量控制方式，可構成閉環矢量控制，閉環轉矩控制； 
高過載能力，內置制動單元； 
三組參數切換功能。
控制功能： 
線性v/f控制，平方v/f控制，可編程多點設定v/f控制，磁通電流控制免測速矢量控制，閉環矢量控制，閉環轉矩控制，節能控制模式； 
標準參數結構，標準調試軟件； 
數字量輸入6個，模擬量輸入2個，模擬量輸出2個，繼電器輸出3個； 
獨立I/O端子板，方便維護； 
采用BiCo技術，實現I/O端口自由連接； 
內置PID控制器，參數自整定； 
集成RS485通訊接口，可選PROFIBUS-DP/Device-Net通訊模塊； 
具有15個固定頻率，4個跳轉頻率，可編程； 
可實現主/從控制及力矩控制方式； 
在電源消失或故障時具有"自動再起動"功能； 
靈活的斜坡函數發生器，帶有起始段和結束段的平滑特性； 
快速電流限制（FCL），防止運行中不應有的跳閘； 
有直流制動和復合制動方式提高制動性能。
保護功能： 
過載能力為200％額定負載電流，持續時間3秒和150％額定負載電流，持續時間60秒； 
過電壓、欠電壓保護； 
變頻器、電機過熱保護； 
接地故障保護，短路保護； 
閉鎖電機保護，防止失速保護； 
采用PIN編號實現參數連鎖。 

模塊化設計，可靈活擴展 
面向未來的驅動理念，用戶可以在同一變頻器系統中實現不斷的創新。出眾的維護和維修友好性。 應用：靈活驅動，適用于各種應用完全集成的安全保護功能，全球具有SS1和SLS功能的產品。 
基于集成化的安全保護技術，設備運行更安全，操作更簡便。
由于集成了安全保護功能，使具有安全保護的自動化和驅動系統的購建費用大大降低。也有效的了人機安全。應用：生產機械（包裝機、紡織機），材料運輸機械等。
PROFIBUS和PROFINET總線標準——全球將這兩種總線通訊直接集成在變頻器中。 
更多節點，多種網絡拓撲，具有更高的性能PROFIBUS和PROFINET的優點不見在于它是被眾多用戶廣泛使用的總線，而且表現在其的工程和組態結構。它們使成熟的IT技術應用于工業領域，并使辦公工具應用在工業控制中。 
應用：遠程控制生產機線和傳動設備（例如汽車工業）。 
再生能量回饋能力：該輸出功率范圍內全球。 
節能，節省空間，無需制動電阻。采用創新的功率模塊，可實現的能量回饋。全功率段都能實現換相整流，不產生任何系統干擾。而且所需線電流小，與常規變頻器相比，降低到80%。 
應用：適用于車輛運輸、離心機以及其它具有高慣性矩的生產機器的驅動。
采用全新冷卻概念，魯棒性大大增強。 
通過外部散熱片冷卻功率模塊，散熱效率高。 
功率部分的散熱全部由外部散熱片來完成，電子部分的冷卻則通過系統對流，這使其可用于更加苛刻的氣候環境。電子部分增加了牢固的涂層。 
應用：可用于氣候條件苛刻、具有空氣污染的應用場合（例如紡織工業）
提供690V可選型 
應用：標準的輸入電壓適合基本工業和過程工業的應用
下篇推薦：MM430變頻器

S7-400

大量功能可支持用戶對 S7-400 進行編程、調試和維護：

• 高速指令執行。
• 用戶友好的參數分配
• 人機界面：
  S7-400 的操作系統中集成了用戶友好的 OCM 。
• 診斷功能和自檢：
  CPU 的智能診斷系統可連續檢查系統功能并記錄錯誤和特定系統事件。
• 密碼保護。
• 模式選擇開關
• 系統功能

SIMATIC S7-400 符合以下國內和國際標準：

• CE 標志
• UL
• CSA 或 cULus
• FM
• ATEX
• C-Tick、EMC 標記，適用于澳大利亞和新西蘭
• IEC 61131-2
• 船級社的船用
  • ABS（美國船級社）
  • BV（法國船級社）
  • DNV（挪威船級社）
  • GL（德國勞氏船級社）
  • LRS（英國勞氏船級社）
  • Class NK（日本船級社）

有關詳細信息，請參見手冊《S7-400 自動化系統 S7-400 模塊技術規格》。

設計

S7-400 系統可方便地構建為模塊化系統。S7-400 的突出特點是不帶風扇，運行可靠，支持信號模塊的熱插拔。

S7-400 設計簡潔，使用靈活，操作極為方便：

• 模塊安裝十分簡單。
• 背板總線集成在安裝機架中。
• 模塊更換簡單，不會將模塊相互混淆
• 成熟可靠的連接技術
• TOP Connect 連接方式：
  通過 1 芯到 3 芯接頭和螺釘型或彈簧型端子進行預接線。
• 規定的安裝深度：
  所有接頭和連接器都應該嵌入到模塊內并通過蓋板來保護。
• 小限度的插槽規則

通信

CPU 和通信處理器支持以下通信類型：

• 過程通信；
  通過總線（AS-Interface、PROFIBUS DP 或 PROFINET）對 I/O 模塊進行循環尋址（交換過程映像）。從循環執行級調用過程通信
• 數據通信；
  在自動化系統之間或 HMI 與多個自動化系統之間
  進行數據交換。數據通信可循環進行，或在發生特定事件時通過塊從用戶程序調用。

數據通信

SIMATIC S7-400 擁有不同的數據通信機制：

• 通過全局數據通信 (GD) 實現聯網的 CPU 之間的數據包循環交換。
• 通過通信功能進行事件驅動型通信。

通過 MPI、PROFIBUS 或 PROFINET 實現網絡連接。

全局數據 (GD)

通過 MPI 以及“全局數據通信”，聯網的 CPU 可以相互循環交換數據（多可達 16 個 GD 數據包，每個循環的大 GD 數據包大小為 64 字節）。例如，CPU 可以訪問另一個 CPU 的數據/位存儲器/過程映像。若網絡上連接有 S7-300，則數據交換限制為大 22 字節。全局數據通信可通過 MPI 來實現。可使用 STEP 7 來執行組態。在分段式 CR2 安裝機架中，兩個 CPU 可以使用 GD 并通過 C 總線通信。

通信功能

通過系統內集成的塊，可以建立與 S7/C7 伙伴之間的通信。

這些包括：

• 通過 MPI 和 PROFIBUS S7 進行的 S7 通信。
• 通過 MPI、C 總線、PROFIBUS 和 PROFINET/工業以太網進行的 S7 通信。

通過可加載的塊，可以建立與 S5 通信伙伴和西門子設備之間的通信。

這些包括：

• 通過 PROFIBUS 和工業以太網進行的 S5 兼容通信。
• 通過 PROFIBUS 和工業以太網進行的標準通信（通過 PROFIBUS/工業以太網進行的開放式用戶通信）。

與全局數據不同的是，必須建立通信連接才能實現通信功能。

集成到 IT 環境中

通過 S7-400，可方便地將現代 IT 環境與自動化環境鏈接。使用插入式 CP 443-1 Advanced，可以實現下列功能：

• 使用任何 HTML 工具創建自己的 Web 頁面。方便地將 S7-400 的過程變量分配給 HTML 對象。
• 使用標準瀏覽器并通過這些 Web 頁面監控 S7-400。
• 通過 FC 調用，從S7-400 的用戶程序發送電子郵件。
• 由于 TCP/IP 具有的 WAN 特性，可進行遠程編程，甚至可通過電話網（如ISDN）。

帶有 PROFINET 接口的 S7-400-H CPU 配有集成式 Web 器。因此，可以使用標準 Web 瀏覽器讀出 S7-400 站的信息：

• CPU 常規信息
• 診斷緩沖區的內容
• 變量表
• 變量狀態
• 模塊狀態
• 消息
• 有關工業以太網的信息
• OUC 連接診斷
• PROFINET 節點拓撲
• 通過用戶定義的 Web 頁面顯示過程數據和用戶數據

可通過使用用戶權限并支持 HTTPS 協議在 Web 器內提供安全機制。

等時同步模式

通過等時同步模式系統功能，可通過連接到等時同步 PROFIBUS 和 PROFINET 的循環，以實現：

• 分布式信號采集
• 信號傳輸
• 程序執行

創建自動化解決方案，以恒定間隔時間（恒定總線周期時間）來捕捉并處理輸入和輸出信號。同時創建一致的部分過程圖像。

借助于恒定總線周期時間和分布式 I/O 同步信號處理，S7-400 可確保精確重現定義的的過程響應時間。

提供了大量支持等時同步模式系統功能的組件，可用來處理運動控制、測量值采集和高速控制等領域內的要求苛刻的任務。

在分布式自動化解決方案中，SIMATIC S7-400 還將開辟高速處理操作的重要領用領域，并可實現高精度和可重現性。這意味著可在提供佳且恒定的質量的同時提高產量。

在運行模式下更改硬件組態（運行時組態，CiR）

通過 SIMATIC S7-400，在工廠運轉期間可以實現硬件組態的更改，不會影響生產的進行。選項包括：

• 增加分布式 I/O 節點（PROFIBUS DP 或 PA 從站）
• 在 ET 200M I/O 系統中增加模塊并重新設置參數。

CiR（即運行時組態）功能可在設備運行期間實現設備擴展和轉換，從而降低設備調試和重新裝備的時間。此外，通過該系統功能，還可以靈活響應工藝的變化（例如，工藝的），因為不必因硬件組態發生改變而將設備初始化或同步。

模塊的診斷和過程監控

SIMATIC S7-400 的眾多輸入/輸出模塊具有智能功能：

• 監控信號采集（診斷）
• 監控來自過程的信號（硬件中斷）

診斷

智能診斷系統可用來確定模塊的信號采集（對于數字量模塊）或者模擬量處理（對于模擬量模塊）是否正常工作。在診斷分析中，必須區分可參數化和不可參數化的診斷消息：

• 可參數化的診斷消息：
  僅當通過適當參數設置啟用之后，才會發送診斷消息。
• 不可參數化的診斷消息：
  這些消息是自動發送的，即與參數設置無關。

如果某個診斷消息處于激活狀態（例如，“無傳感器輸入”），則該模塊會觸發一個診斷中斷（如果已為該診斷消息設置了參數，則僅在相應的參數設置之后才會觸發中斷）。CPU 將中斷用戶程序或低優先級任務的處理，并處理相關診斷中斷塊 (OB 82)。通過硬件中斷可以監控過程信號，并且可以觸發對信號變化的響應。

根據模塊類型的不同，提供了各種不同診斷消息：

硬件中斷

可以監控過程信號，并且可通過過程中斷觸發對信號變化的響應。

• 數字量輸入模塊：
  根據具體參數設置，該模塊可在信號狀態變化的上升沿、下降沿或上升沿和下降沿上為每個通道組觸發硬件中斷。CPU 中斷用戶程序或低優先級任務的處理，并處理相關過程中斷塊（例如，OB 40）。信號模塊可以每個通道緩沖一個中斷。
• 模擬量輸入模塊：
  通過設置上限值和下限值，可以定義工作范圍。模塊將數字化測量值與這些限值進行比較。若測量值違反其中任何一個限值，就會觸發硬件中斷。CPU 中斷用戶程序或低優先級任務的處理，并處理相關過程中斷塊（例如，OB 40）。若限值高于/低于過量程/欠量程值，則不進行進行比較。

S7-400H

容錯通信

進行高可用性通信時，SIMATIC 將提供以下功能：

• 更高可用性：
  發生故障時，通信可通過多 4 個冗余連接繼續進行。
• 操作簡便；
  高可用性對用戶來說并不是透明的。可以并經過任何改動而采用標準通信的用戶程序。冗余功能僅在參數設置階段進行定義。

S7-400H（冗余和非冗余配置）和 PC 目前支持容錯通信。在 PC 上，需要安裝 Redconnect 程序包（參見“SIMATIC NET 通信系統”）。

根據具體可用性要求，可使用不同組態選項：

• 單一總線或冗余總線。
• 總線型拓撲或環型拓撲總線。

操作模式

CPU 417-5H/416-5H/414-5H/412-5H 的操作系統可自主執行 S7-400H 的所有必要額外功能：

• 數據交換
• 故障響應（故障轉移至備用設備）
• 兩個子單元的同步
• 自檢

冗余原理

S7-400H 按“熱備份”模式下的主動冗余原理工作（發生故障時執行無反應的自動切換）。根據該原理，在無故障運行期間，兩個子單元都處于激活狀態。發生故障時，未發生故障的設備獨自接管過程控制。

為確保平穩接管，必須通過中央控制器鏈路實現高速、可靠的數據交換。

在故障轉移期間，設備會自動保留：

• 相同的用戶程序
• 相同的數據塊
• 相同的過程映像內容
• 相同的內部數據，如定時器、計數器、位存儲器等

這意味著，這兩個設備始終保持在新狀態，并且可以在出現故障時獨立地繼續執行控制。

采用冗余 I/O 操作時，這會帶來以下結果：

• 在無故障的運行期間，兩個模塊均處于激活狀態，例如在采用冗余輸入時，將通過兩個模塊讀取共用傳感器（也可以是兩個傳感器）的信號，對結果進行比較并提供給用戶以作為用于進一步處理的統一值。采用冗余輸出時，由用戶程序計算的值通過兩個模塊進行輸出。
• 發生故障時（例如，兩個輸入模塊之一出現故障），不再對有故障的模塊尋址，發生故障信號，僅未受影響的模塊繼續運行。在線進行修復之后，將再次對兩個模塊尋址。

同步

為了實現無反應切換，需要對兩個子單元進行同步。

S7-400H 遵循“時間驅動的同步”工作原理。

每當子單元中發生可能導致不同內部狀態的事件時，都會執行同步操作，例如在發生以下事件時：

• 直接訪問 I/O
• 中斷、報警
• 更新用戶時間
• 通過通信功能修改數據

同步是通過操作系統自動進行的，可在編程階段將其忽略。

自檢

S7-400H 可執行大量自檢。自檢涉及以下方面：

• 中央控制器的連接
• 中央處理單元
• 處理器/ASIC
• 存儲器

報告每個檢測到的故障。

啟動時自檢

啟動時，每個子單元都會完整執行全部自檢功能。

循環操作期間的自檢

完整的自檢分布在多個循環中。每個循環僅執行一小部分自檢，因此，實際控制器所承受的負荷不是很大。

組態、編程

S7-400H 的編程與 S7-400 類似。所有可用的 STEP 7 功能都可以使用。

對 S7-400H 編程需要使用 STEP 7 V5.2。

I/O 模塊的組態

硬件組態時，用戶必須通過 HW Config 指定相互形成冗余的模塊。只需指定要在冗余模式下運行的模塊以及要作為“冗余伙伴”的第二個模塊。在用戶程序中，應訪問具有低地址的模塊。第二個地址不向用戶顯示，并且含有冗余和非冗余 I/O 的控制部分的編程完全相同。與非冗余 I/O 之間的差別是塊庫中的兩個函數塊（RED_IN 和 RED_OUT），需要在用戶程序的開始處和結束處調用這兩個函數塊。

在 STEP 7 V5.3 或更高版本中，該庫已作為標準庫集成到 STEP 7 中。

S7-400H

S7-400F/FH 滿足下列安全要求：

• 要求等級 AK 1 至 AK 6，根據 DIN V 19250/DIN V VDE 0801
• 安全要求等級 SIL 1 至 SIL 3，根據 IEC 61508
• Cat1 至 Cat4，根據 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號模塊中。

信號模塊通過差異分析和測試信號注入來監控輸出和輸入信號。

通過定期自檢、命令測試以及按時間順序執行的邏輯程序執行檢查，CPU 可檢查控制器的運行是否正常。此外，通過狀態監視 (sign-of-life) 請求，還可以檢查 I/O 狀況。

若在系統中診斷出故障，則將系統切換到安全狀態。

F-Runtime 許可證

必須將 F-Runtime 許可證加載到 CPU 上以運行 S7-400F/FH。每個 S7-400F/FH 都需要一份許可證。

編程

S7-400F/FH 的編程方式與其它 SIMATIC S7 系統的編程方式相同。非故障安全工廠部分的用戶程序可用成熟可靠的編程工具（如 STEP 7）來創建。

S7 F Systems 可選軟件包

編程安全相關的程序段時，需要使用可選軟件包“S7 F Systems”。該軟件中包括創建 F 程序所需的全部函數和塊。

對于包含安全功能的 F 程序，可使用 CFC 調用來 F 庫中的專用函數塊并進行互連。使用 CFC 可以簡化工廠的組態和編程工作，由于工廠范圍內具有統一的表示形式，也將簡了驗收測試。無需使用額外工具，程序員就可以完全專注于安全相關應用程序。

• 軟控制器用于在 SIMATIC IPC 上執行 SIMATIC S7-1500 控制器的功能
• 針對使用 IPC427 小型箱式 PC 和 IPC477D 面板式 PC 完成的基于 PC 的控制任務進行了。
• 也可在 IPC627D 和 IPC827D 箱式 PC、IPC677D 面板式 PC 以及 IPC647D 和 IPC847D 機架式 PC 上使用

CPU 1507S 軟控制器具有以下組件：

• 獨立于 Windows 的控制內核：
  • 通過實時 Hypervisor 技術并行運行控制和 Windows
  • 可在控制運行時重啟 Windows
  • 不依賴于 Windows 而訪問大容量存儲器（CFast、固態硬盤、硬盤），以便獨立存儲組態和數據
• 屏幕應用程序具有以下功能：
  • 顯示概覽信息，如集成接口的 IP 地址、站名稱、設備名稱、位置標識符等。
  • 顯示診斷信息
  • 模塊信息顯示
  • 顯示可由用戶定義的徽標
  • 顯示顯示屏設置
  • 設置 IP 地址
  • 設置日期和時間
  • 選擇運行模式
  • 將 CPU 復位為出廠設置
  • 禁用/啟用顯示
  • 啟用保護級別。
• 通過 PC 的以太網和 PROFIBUS 接口進行 IO 通信的集成驅動程序
• 通過 Windows 接口進行通信的集成驅動程序
• 與 WinCC RT Advanced 的 PC 內部通信
• 與 Windows 應用程序的 PC 內部通信

S7-1500 標準 CPU (CPU 1507S) 執行 S7-1500 控制器的功能，作為軟件在 PC 上的 Windows 系統中運行。這樣，PC 就能用于控制機器設備。

• 使用 TIA Portal 中的 STEP 7 工程組態工具進行組態和編程（V13 SP1 及更高版本）：
• 根據標準 IEC 61131-3 進行編程
• 支持的編程語言：
  • SCL (IL)
  • LAD
  • FBD
  • STL
  • GRAPH7 (SFC)
• 基于虛擬化技術的創新實時系統；
  借助于集成式 S7-1500 軟控制器的實時系統，可并行、獨立運行 Windows：
  • 大實時和確定性屬性
  • 獨立于 Windows 運行 –可在控制器正在運行時重啟 Windows
  • 獨立于 Windows 快速重啟控制
• 高速程序執行，帶幾個優先級控制的執行層級（循環，時間控制，PROFINET 或 PROFIBUS 等時同步，過程和診斷報警事件驅動）
• 保存保持性數據；
  即使在電源出現故障時，軟控制器也能確保設備數據安全：
  • 在 PC 硬盤上存儲保持性數據（需要 UPS）
  • 電壓下降時可將保持性數據保存在 CPU 的 NVRAM
• 通信
  軟控制器使用 PC 的接口進行 PROFINET 和 PROFIBUS 通信：
  • 獨立于 Windows，使用 PROFINET 或 PROFIBUS 來運行分布式 I/O。根據所使用的接口硬件，可提供以下功能：
    PROFINET IO RT、PROFIenergy、PROFIBUS DP 主站、介質冗余、I 設備、等時同步模式
  • 通過 PC 的 Windows 接口與 Windows 應用程序通信（SIMATIC 通信、開放式用戶通信）或與外部設備通信
• 集成 web 器；
  所有 S7-1500 自動化系統的 CPU 都支持通過 Web 器掃描 CPU。CPU Web 器提供以下診斷選項：
  • 通過 LED 指示燈顯示 CPU 狀況和當前運行狀態
  • 讀出診斷緩沖區條目
  • 查詢模塊狀態
  • 查詢當前消息
  • 拓撲 / PROFINET 設備的狀態信息
  • 將用戶數據傳送到 CPU 并進行管理
  • 用戶可編程的 Web 頁面，支持具體機器功能的維護和調試
• 跟蹤功能
  S7-1500 自動化系統的所有 CPU 都支持跟蹤功能。支持記錄每個循環的模擬和數字變量，將使用 STEP 7 以曲線表示。這對于運動控制或閉環控制應用來說尤其有用。
• 集成工藝功能：
  • S7-1500 運動控制；
    PLCopen 塊用于通過 PROFINET IO IRT 接口來編程運動控制功能。
    此功能支持轉速軸、定位軸和外部傳感器
  • 集成控制功能；
    通用 PID 或三級控制器（帶有集成功能）和集成溫度控制器。
• 集成系統診斷：
  自動生成系統診斷，并通過編程器/PC、HMI 設備、Web 器或集成式顯示屏加以顯示。當 CPU 處于 STOP 模式時，也可以系統診斷功能。
• 集成安全功能：
  • 專有技術保護；
    為算法提供可靠保護，防止未許可證的訪問和修改。
  • 訪問保護；
    擴展訪問保護功能提供全面保護，防止未經授權的組態更改。各種授權級別可用于向不同的用戶組分配不同的權限。
  • 完整性保護；
    系統可以防止傳輸到 CPU 的數據受到未授權的操縱。CPU 可安全檢測并能防止修改工程數據或第三方傳送。