西门子PLC模块SM422

产品订货型号：6ES7421-1BL01-0AA0

SIMATIC S7-400，SM 421数字量输入模块，光隔离，32 DI，24V DC

6ES7421-1BL01-0AA0

SIMATIC S7-400，SM421数字量输入模块， 光隔离，32DI，24V DC

表1 串口通讯模块以及相关产品的订货信息

说明：1、当您要实现MODBUS或Data Highway通讯时，需要在CP341/CP441-2模块上插入相应协议的硬件狗，这里我们所提到的硬件狗、Dongle、协议驱动或Loadable driver指的是同一个东西，如下图：

图1

2、MODBUS 是单主站结构的串行通信协议，系统中只能够有一个MODBUS主站，并且只能够实现主站和从站的数据交换，从站之间不能进行数据交换。

3、一般来讲，RS232C接口的通讯zui大距离为15m，20mA-TTY接口的通讯zui大距离为100m（主动模式）/ 1000m（被动模式），RS422/485接口的通讯zui大距离位1200m。

4、Serial CPs模块可以同时与多台串行通讯设备进行通讯，如同时连接多个变频器、多个智能仪表等，如果您采用ASCII 通讯方式，需要人为地定义数据帧格式，可以在发送的数据包中包括站号、数据区、读写指令等信息，供Serial CPs 模块所连接的从站设备鉴别数据包是发给哪个站的，以及该数据包是对那个数据区进行的读或写。

5、串行通讯模板只有RS232C、20mA-TTY或RS485/422 三种电气接口类型，如果您想实现串口的光纤通讯，只能在电子市场上购买第三方制造的电气与光缆的转换设备，西门子不提供该类设备。

• 用于SIMATIC S70-400的电源
• 将交流电压或直流电压转换为所需的5V和24V工作电压
• 输出电流：4A、10A和20A
• 此外:
  • SIPLUS 电源 6AG1 405-0KA02-2AA0,温度范围 -25 至 +60 °C, 用于中等负载 (例如,氯/硫空气中使用). 技术规范类似于 6ES7 405-0KA02-0AA0
  • SIPLUS 电源 6AG1 407-0KA02-4AA0, 用于中等负载 (例如,氯/硫空气中使用). 技术规范类似于 6ES7 407-0KA02-0AA0
  • SIPLUS 电源 6AG1 407-0KR02-4AA0, 用于中等负载 (例如,氯/硫空气中使用). 技术规范类似于 6ES7 407-0KR02-0AA0

应用

电源通过背板总线向 S7-400 模块提供 5V DC 和 24V DC 工作电压。

电源可提供85到264V的交流电压和19.2到300V的直流电压。

每个机架需要一个电源模块。
例外：
利用带有电流传输的接口，*控制器中的电源模块也向扩展单元中的所有模块供电。

传感器和执行器用的负载电压必须单独提供。

此外，还有为标准系统和故障安全型 H 系统供电的电源（冗余电源）。

设计

电源模块插在支架的zui左侧（从插槽 1 开始）。根据不同型号，它们可占用插槽1到3。电源模块是全封闭的，通过自然对流进行冷却。

模块的前面包括：

• LED 显示：
  LED 指示内部故障、 5 V DC和24 V DC正确输出电压以及正确后备电池电压。
• 故障确认按钮。
• 输出电压的通/断开关。
• 后备电池的电池舱（电池）
• 电池监视开关。
• 电源电压选择开关（不适用于多种电压范围）。
• 电源连接。

后备电池是选件，必须另外订购。对于电流10 A及以上的电源，建议使用两个后备电池。

西门子CPU416F-2*处理器模组西门子CPU416F-2*处理器模组西门子CPU416F-2*处理器模组

S7-400
中端到性能范围内功能强大的 PLC
可满足要求极为苛刻的任务的解决方案
**的模块和各种性能等级 CPU 可针对具体自动化任务进行**调整
可实现分布式结构，适用十分灵活
连接方便
**通信和联网功能
操作方便，设计简单，不含风扇
任务增加时可顺利扩展
多重计算：
多个 CPU 在一个 S7-400 *控制器中同时运行。
多重计算功能可对 S7-400 的总体性能进行分配。例如，可将复杂的技术任务（如开环控制、计算或通信）进行拆分并分配给不同的 CPU。可以为每个 CPU 分配自己的 I/O。
模块化：
通过功能强大的 S7-400 背板总线和可直接连接到 CPU 的通信接口，可实现许多大量通信线路的高性能操作。例如，这样可以拥有一条用于 HMI 和编程任务的通信线路、一条用于高性能等距运动控制组件的通信线路和一条“正常”I/O 现场总线。另外，还可以实现额外需要的与 MES/ERP 系统或 Internet 的连接。
工程组态和诊断：
结合使用 SIMATIC 工程组态工具，可极为地对 S7-400 进行组态和编程，尤其对于采用高性能工程组件的广泛自动化任务。为此，可以使用**语言（如 SCL）以及用于顺序控制、状态图和工艺图的图形化组态工具。

S7-400H
具有冗余设计的高可用性自动化系统。
用于具有很高故障安全要求的应用：
重新启动成本很高、停产代价高昂、几乎不需要监视且维护选项较少的过程。
冗余设计的集中功能
提高 I/O 的可用性：切换式 I/O 配置
也可使用具有标准可用性的 I/O：单侧配置
热后备：发生故障时，自动切换到备用设备。
包含 2 个单独机架或一个分隔式*机架的配置
通过冗余 PROFIBUS DP 或系统冗余 PROFINET I/O 来连接切换式 I/O。
S7-400F/FH
故障安全型自动化系统，适用于具有很高安全要求的工厂
符合相关标准的安全要求（IEC 61508 的 SIL 3、DIN V 19250 的 AK6 以及EN 954-1 的 Cat.4）
如果需要，也可通过冗余设计来实现容错
不对安全相关 I/O 进行额外接线
通过采用 PROFIsafe 行规的 PROFIBUS DP 实现安全通信
基于带有故障安全模块的 S7-400H 和分布式 ET 200 I/O
适用于非安全相关应用的标准模块也可以在自动化系统中使用
隔离模块用于在一个 ET 200M 的安全模式下组合使用故障安全模块和标准模块。
产品目录 ST 70
在产品目录 ST 70 中也可找到有关 SIMATIC S7-400 的信息：

Area of application

S7-400
SIMATIC S7-400 是中端到性能范围内功能强大的 PLC。

SIMATIC S7-400 具有模块化、无风扇设计和较高扩展能力，并具有**的通信和网络功能，可以简便实现分布式结构，用户操作十分方便，因此成为中端到性能范围内要求极为苛刻的任务的理想解决方案。

SIMATIC S7-400 的应用领域包括：

汽车工业，如装配线
机械设备制造，包括机械设备制造
仓储技术
钢铁工业
楼宇管理系统
发电和配电
造纸和印刷领域
木材加工
食品和饮料领域
过程工程，如水务和污水处理
化工和石化领域
仪表和控制
包装机械
制药工业
由于具有多种性能等级的 CPU，并有具备大量用户友好的功能的广泛模块，用户可以根据具体情况执行其自动化任务。

任务扩展时，可通过附加模块随时对控制器进行扩展，成本不会很高。

SIMATIC S7-400 是一种通用控制器：

具有很高电磁兼容性以及抗冲击性和抗振性，因此拥有*的工业适用性。
可以带电连接和断开各模块。
S7-400H
在自动化技术的许多领域中，对自动化系统的可用性（从而故障安全性）的需求在不断提高。在许多领域中，设备停机会产生*的成本。此时，只有冗余系统才能满足可用性要求。

容错型 SIMATIC S7-400H 即能满足这些要求。即使在一个或多个故障导致控制器的部件出现故障时，也能继续运行。通过以这种方式实现的可用性让 SIMATIC S7-400H 尤其适用于以下应用领域：

控制器发生故障后重启会产生很高费用的过程（通常在过程工业中）。
停产的代价十分高昂的过程。
涉及贵重材料的过程（例如在制药工业中）。
无人监视的应用
涉及较少维护人员的应用
订货数据
关于 S7-400H 组件的订货数据，请参见在“S7-400/S7-400H/S7-400F/FH”下的相应模块。

S7-400F/FH
SIMATIC S7-400F/FH 故障安全自动化系统可在安全要求较高的工厂中使用。它可对立即停机不会给人员或环境带来危险的过程进行控制。S7-400F/FH 具有两种基本设计：

S7-400F：
故障安全自动化系统。在控制系统中发生故障的情况下，生产过程会切换到安全状态并中断。
S7-400FH：
故障安全和高可用性自动化系统。在控制系统中发生故障的情况下，冗余控制部分将发挥作用，继续控制生产过程。
通过另外使用标准模块，可以建立一个全集成控制系统，可在非安全相关和安全相关任务共存的工厂环境中使用。可以使用相同的标准工具对整个工厂进行组态和编程。

应用

在自动化技术的许多领域中，有关可用性、自动化系统故障安全的要求一直在提高。在许多领域，设备停机可能造成极为高昂的费用。这里，只有冗余系统才能满足其可用性要求。

SIMATIC S7-400H 所具有的容错性可以满足这些要求。即使在一个或多个故障导致部分控制器失灵时也能继续运行。因此实现了其可用性，这样 SIMATIC S7-400H 及其适合用于以下应用领域：

• 控制器故障后，过程重新启动将会导致很高成本（通常在过程工业中）。
• 停机时间很宝贵的过程。
• 涉及贵重材料的过程（例如在制药工业中）。
• 无人监管的应用。
• 涉及减少维护人员的应用。

订货数据

S7-400H 部件订货数据可在“S7-400/S7-400H/S7-400F/FH”下的相应模块找到。

SIMATIC S7-400H 由以下部件组成：

• 2 个*控制器：
  2 个单独的 UR1/UR2 *控制器，或一个分隔式*控制器 (UR2-H) 上的 2 个区域。
• 每个*控制器两个同步模块，用于通过光缆连接两个设备。
• 每个*控制器 1 个 CPU 412-3H、1 个 CPU 414-4H 或 1 个 CPU 417-4H。
• *控制器中具有 S7-400 I/O 模块。
• UR1/UR2/ER1/ER2 扩展单元和/或带有I/O模块的 ET 200M 分布式 I/O 设备。

zui重要的功能始终采用冗余型设计。

I/O可以组态为常规可用性型和switched型。

常规可用I/O（单边组态）

在单边组态中，I/O模块为单通道设计，仅能由两个*控制器中的一个来寻址。单边I/O模块可以插接

• 一个*控制器和/或
• 扩展单元/分布式I/O设备

• 描述

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          信号模块可以连接到CPU的右侧，进一步扩展数字或模拟输入/输出能力。CPU 1212C接受两个，CPU1214C接受八个信号模块。

         大量不同的数字量和模拟量模块可提供每种任务所需的输入/输出。数字量和模拟量模块在通道数目、电压和电流范围、隔离、诊断和报警功能等方面有所不同。 对于在此列举的所有模块系列，SIPLUS 部件也可应用在扩展温度范围 -25 - +60℃ 以及腐蚀性环境/冷凝环境中。

   

   

  S7-1200 信号板

  概述

• 描述

• 描述

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  通过增加一个信号板，可以在控制器上增加数字或模拟I/O来满足您的需求。

  SIMATIC S7-1200 通信

  快速，简便，灵活的工业通信

  综述

• 说明

• 说明

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  集成PROFINET接口

  SimaticS7-1200的新CPU固件2.0版本支持与作为Profinet IO控制器的Profinet IO设备之间的通信。通过集成的Web服务器，可以通过CPU调用信息，通过标准网络浏览器处理数据，也可以在运行时间从用户程序中对数据进行归档。

  利用已建立的TCP/IP标准，SIMATIC S7-1200集成的PROFINET接口可用于编程或者与HMI设备和额外的控制器之间的通信。作为PROFINET IO控制器，SIMATIC S7-1200现在支持与PROFINET IO设备之间的通信。
  该接口包含一个具有自动交叉功能的抗噪声的RJ45连接器，它支持以太网网络，其数据传输速率高达10/100 Mbit/s。

  与第三方设备之间的通讯

  在SIMATIC S7-1200上采用集成PROFINET接口可以实现与其他制造商生产的设备之间的无缝集成。利用所支持的本地开放式以太网协议TCP/IP和TCP上的ISO，可以与多个第三方设备进行连接和通讯。
  这种通信能力与集成工程系统SIMATIC STEP 7 Basic支持的标准T-Send/T-Receive说明共同配置，为您在设计您的自动化解决方案中提供更高水平的灵活性。

  简易通讯模块

  在SIMATIC S7-1200的CPU上zui多可以增加3个通讯模块。
  RS485和RS232通讯模块适用于串行、基于字符的点到点连接。在SIMATIC STEP 7 Basic工程系统内部已经包含了USS驱动器协议以及Modbus RTU主、从协议的库函数。

   

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  通过PROFIBUS实现的快速现场总线通讯－现场总线标准

  由于S7-1200和现场总线标准PROFIBUS之间zui近的连接－反应迅速的强大网络－，在将来会实现现场级至控制级之间的统一通讯。这是我们小型自动化领域中一种zui重要的要求。
  有两个将S7-1200连接到PROFIBUS的新通讯模块（CM）。作为DP从站，zui多可以与DP Master CP 1243-5连接16个现场设备，例如作为分散的外围设备ET 200单元。S7-1200具有CM 1242-5 的DP从站的功能，因此，可连接到任何其他DP主站。通过背板总线轻松地将两个模块连接到左侧的CPU。

  连网简单

  为了减少布线和提供zui大的连网灵活性， CSM 1277小型交换机模块可用于配置统一或者混合网络－采用线型、树型或星型拓扑结构。CSM 1277是一个4端口非管理型交换机，允许您将SIMATIC S7-1200与zui多三个额外的设备相连接。

  远程控制应用简单

  新的通讯处理器CP 1242-7能够通过网络或互联网从一个集线器实现对分布式S7-1200单元的监测和控制。

   

   

  SIMATIC STEP 7 Basic

  适用于 SIMATIC S7-1200 的工程组态软件

  概述

• 描述

• 描述

  SIMATIC STEP 7 Basic 的设计理念是直观、易学和易用。这种设计理念可以使您在工程组态中实现zui率。一些智能功能，例如直观的编辑器、拖放功能和“InliSense”（智能检测）工具，可让您的工程组态进行的更加迅速。

  这款新软件的体系结构源于对未来创新的不断追求，西门子在软件开发领域已经有很多年的经验，因此 SIMATIC STEP 7 的设计是以未来为导向的。

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  一个通用工程组态框架

  STEP 7 Basic（包括 WinCC Basic）包含以任务为导向、智能和直观的编辑器，使其成为编程控制器和组态 HMI 基本面板的一个通用工程组态框架。新的集成工程组态系统 SIMATIC STEP 7 Basic 为您提供了直观而快速的工程组态功能，用于编程和调试全面的自动化解决方案。

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  支持新用户和专业人员

  我们保证 SIMATIC STEP 7 使用简便，不管你是刚接触工程组态还是已经有多年常规使用经验。对初学者来说，工程组态易学易用；对专业人员来说，工程组态快速。

  不同的用户可以从两种不同的视图类型中进行选择 — 选择自己的视图。使用门户视图，您一眼便能看到自动化项目的所有任务。这就意味着，将会为初学者提供一个以任务为导向的用户指南，以及*的完满足其自动化任务需求的编辑器。使用项目视图时，整个项目以项目树状目录的形式分层显示，实现了对所有编辑器、参数和项目数据的快速、直观的访问，确保工程组态以对象为导向。初学者和专业人员均能够快速、地完成工程组态任务。

.

在I/O寻址设备工作正常的情况下，从单边读入的信息始终可以被两个*控制器使用。在出现故障的情况下，受到影响的*控制器的I/O模块将会停止工作。

单边组态用于：

• 不需要很高可用性的工厂部分。
• 连接基于用户程序的冗余 I/O。此时，系统必须具有一种对称设计。

增加可用性（倒换型配置）

在switched组态中，I/O模块为单通道设计，但是其寻址工作是由两个*控制器通过冗余PROFIBUS DP完成。Switched I/O模块仅能插接

• 一个ET 200M分布式I/O设备

.

至*控制器的连接通过PROFIBUS DP实现。此时，switched ET 200M连接至两个子单元上。

I/O 的冗余性

3.1版以及更高版本的操作系统均支持冗余I/O。

冗余 I/O 模块以冗余方式成对配置。使用冗余I/O可以实现可用性的zui大化，因为这种工作模式能够容忍一个CPU、PROFIBUS或者信号模块出现故障。

配置选项

可进行下列配置：

• 针对单侧 DP 从站采用冗余 I/O
• 针对切换式 DP 从站采用冗余 I/O

适宜的 I/O 模块

彼此冗余的模块的类型必须相同，且采用相同的设计（例如，均为集中式或者均为分布式）。插槽不强制规定。不过，出于可用性原因，建议在不同的站中使用。关于可以使用哪些模块，请咨询用户支持部门或者参考相关手册。

FM 和 CP 的冗余

这两种不同的组态都可以以冗余方式使用功能模块（FM）和通信处理机（CP）：

• 切换冗余设计：
  功能模块（FM）/通信处理机（CP）可以成双地连接至单个ET 200M或者一个switched ET 200M。
• 双通道冗余设计：
  功能模块（FM）/通信处理机（CP）可以插接两个子单元或者子单元所连接的扩展单元（参见单边组态）。

此时可以不同方式取得模块的冗余性：

• 由用户编程：
  在功能模块和SIMATIC通信处理机上，总体上说，用户可以对其冗余功能进行编程。识别出主动模块，当检测到可能出现故障时启动切换操作。所需要的程序与用于配有冗余FM/CP的单个CPU的程序相一致：
• 由操作系统直接支持。
  对于SIMATIC NET-CP 443-1，冗余由操作系统直接支持。详细信息，参见下面的“通信”。

功能

容错通讯

带有容错通信功能的SIMATIC提供了一种新的通信类型，该通信类型具有以下特点：

• 可用性更高：
  发生故障时，凭借其多达4个的冗余连接，可以继续通信。必要的切换工作对于用户来说是透明的。
• 工作简单；
  容错处理对于用户也是透明的。可使用用于标准通讯的用户程序，无需修改。冗余功能的定义仅需在参数化阶段就可以完成。

容错通讯目前由 S7-400H（冗余和非冗余配置）和 PC 所支持。对于 PC 来说，需要使用 Redconnect 软件包（参见“SIMATIC NET 通讯系统”）。

取决于对可用性的需求，可以使用不同的组态选项：

• 单一总线或冗余总线。
• 线型拓扑和环型拓扑总线。

运行模式

CPU 417-4H、CPU 414-4H 和 CPU 412-3H 的操作系统可自主执行 S7-400H 的所有必要附加功能：

• 数据交换
• 故障响应（控制转换给备用设备）
• 两个子设备的同步
• 自检

冗余原理

S7-400H的工作符合“热备份”模式的主动冗余原理（支持故障发生时的无重启自动切换功能）。根据该原理，在*运行期间，两个子单元都处于工作状态。当故障发生时，未出现故障的设备将独立地接管过程控制。

为了确保平稳的控制接管，必须通过*控制器链路实现高速、可靠的数据交换。

在控制转移期间，设备自动地使用

• 相同的用户程序
• 相同的数据块
• 相同的过程图像内容
• 相同的内部数据，例如定时器、计数器、位存储单元等

这意味着，这两个设备的更新操作始终*一样，并可以在出现故障时独立地继续执行控制功能。

I/O 工作于冗余模式时，其结果将是：

• 在*的工作期间，两个模块均处于工作状态，即，在存在冗余输入的情况下，例如通过两个模块读入的共用传感器（也可以设置两个传感器）的信号，会对其结果进行比较，以将一致性的值提供给用户以进一步处理。对于冗余输出来说，由用户程序计算出的值通过两个模块来输出。
• 如果出现了故障，例如输入模块中有一个或者两个均出现了故障，则不再寻址故障模块，且对故障进行报告处理，此后，仅使用未出现故障的模块继续工作。联机修理工作完成之后，又可以寻址两个模块。

对于无重启切换，必须实现两个子单元的同步。

S7-400H采用“事件驱动同步”技术。

同步操作伴随着导致两个子单元内部状态出现差异的每个事件而进行。这些事件的发生情况例如有：

• 直接访问 I/O
• 中断、报警
• 更新用户时间，或
• 使用通信功能更改数据。

同步由操作系统自动完成，程序编制期间无需处理。

自检

S7-400H 可执行大量自检。这涉及到以下部分的检测工作：

• *控制器的连接。
• CPU
• 处理器/ASIC
• 存储器

每个检测到故障都将被报告。

启动时自检

启动时，每个子单元都会完整地执行全部自检功能。

循环工作期间的自检

完整的自检需要多个循环。每个循环仅执行一小部分的自检，因此，施加至物理控制器上的负荷很小。

组态、编程

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

对 S7-400H 进行编程需要使用 STEP 7 V5.2。

I/O模块的组态

硬件组态时，用户必须通过HW Config明确地指出彼此相互冗余的模块。这仅需指出需要工作于冗余模式的模块和需要作为“冗余伙伴”的第二个模块。在用户程序中，程序编制时使用地址zui低的那个模块。第二个地址对用户来说不可见，无论是冗余还是非冗余I/O，控制部分的编程工作都*相同。与非冗余I/O*的差别是，冗余I/O程序有两个块库中的功能块（RED_IN 和 RED_OUT），且在用户程序的起始和结束部分调用这两个功能块。

自STEP 7 V5.3起，该库作为标准组件已经集成在STEP 7中。