西門子6ES7416-3XR05-0AB0

• 9 種標(biāo)準(zhǔn) CPU（CPU 412-1,、CPU 412-2、CPU 414-2,、CPU 414-3,、CPU 414-3 PN/DP、CPU 416-2,、CPU 416-3,、CPU 416-3 PN/DP,、CPU 417-4）

• 3 個 CPU,，適用于惡劣的環(huán)境條件

• 具有不同的性能等級，滿足不同的應(yīng)用領(lǐng)域,。

應(yīng)用

不同性能范圍的標(biāo)準(zhǔn) CPU 可用于 SIMATIC S7-400：

• CPU 412-1 和 CPU 412-2:
  用于中等性能范圍的小型設(shè)備,。

• CPU 414-2, CPU 414-3, CPU 414-3 PN/DP:
  用于具有對編程、處理速度和通訊有額外要求的中型設(shè)備,。

• CPU 416-2, CPU 416-3, CPU 416-3 PN/DP:
  滿足性能要求,。

• CPU 417-4 DP:
  滿足zui的性能要求

西門子6ES7416-3XR05-0AB0

應(yīng)用

設(shè)計

功能

技術(shù)規(guī)范

更多信息

概述

• 性能范圍內(nèi)的高性能 CPU

• 適用于對性能要求很高的工廠

• CPU 416-3 PN/DP 中集成了 PROFINET 功能

應(yīng)用

規(guī)模大的PLC指令條數(shù)多，指令的功能也強(qiáng),，才能應(yīng)付對點數(shù)多的系統(tǒng)進(jìn)行控制的需要,。控制規(guī)模是對PLC其它性能指標(biāo)起著制約作用的指標(biāo),；也是PLC劃分為微,、小、中,、大和特大型3組成模塊PLC的結(jié)構(gòu)雖有箱體及模塊式之分,，但從質(zhì)上看，箱體也是模塊，只是它集成了更多的功能,。
在此,，不妨把PLC的模塊組成當(dāng)作所有PLC的結(jié)構(gòu)性能。這個性能含義是指某型號PLC具有多少種模塊,，各種模塊都有什么規(guī)格,，并各具什么特點。一般講,，規(guī)模大的PLC,，檔次高的PLC模塊的種類也多，規(guī)格也多,，反映它的特點的性能指標(biāo)也高,。
但模塊的功能則單一些。相反,，小型PLC,、檔次低的PLC模塊種類也少,，規(guī)格也少,，指標(biāo)也低,。但功能則多樣些,，以至于集成為箱體。組成PLC的模塊是PLC的硬件基礎(chǔ),，只有弄清所選用的PLC都具有那些模塊及其特點,，才能正確選用模塊，去組成一整的PLC,，以滿足控制系統(tǒng)對PLC的要求,。

擴(kuò)展箱體也依I/O點數(shù)的多少劃分有不同的規(guī)格。除上述模塊,，PLC還有特殊的或稱智能或稱功能模塊,。如A/D（模入）模塊、D/A（模出）模塊,、高速計數(shù)模塊,、位控模塊、溫度模塊等等,。這些模塊有自己的CPU，可對信號作預(yù)處理或后處理,，以簡化PLC的CPU對復(fù)雜的程控制量的控制,。

智能模塊的種類、特性也大不相同，性能好的PLC,，這些模塊種類多,，性能也好。通訊模塊,，它接人PLC后,，可使PLC與計算機(jī)，或PLC與PLC進(jìn)行通訊,，有的還可實現(xiàn)與其它控制部件,，如變頻器、溫控器通訊,，或組成局部網(wǎng)絡(luò),。
通訊模塊代表PLC的組網(wǎng)能力，代表著當(dāng)今PLC性能的重要方面,。掌握PLC性能,，一定要了解它的模塊，并通過了解模塊的性能,，去弄清楚PLC的性能,。除了模塊，PLC還有外部設(shè)備,。盡管用PLC實現(xiàn)對系統(tǒng)的控制可不用外部設(shè)備,，配置好合適的模塊就行了。
然而,，要對PLC編程,，要監(jiān)控PLC及其所控制的系統(tǒng)的工作狀況，以及存儲用戶程序,、打印數(shù)據(jù)等,，就得使用PLC的外部設(shè)備。故一種PLC的性能如何,，與這種PLC所具外部設(shè)備豐富與否,，外部設(shè)備好用與否直接相關(guān)。

?PLC的外部設(shè)備有四大類：編程設(shè)備：簡單的為簡易編程器,，多只接受助記將編程,，個別的也可用圖形編程（如日本東芝公司的EX型可編程控制器）。復(fù)雜一點的有圖形編程器,，可用梯形圖語編程,。有的還有專用的計算機(jī)，可用其它高級語編程,。
編程器除了用于編程,，還可對系統(tǒng)作一些設(shè)定,，以確定PLC控制方式,，或工作方式,。編程器還可監(jiān)控PLC及PLC所控制的系統(tǒng)的工作狀況，以進(jìn)行PLC用戶程序的調(diào)試,。監(jiān)控設(shè)備：小的有數(shù)據(jù)監(jiān)視器，可監(jiān)視數(shù)據(jù),；大的還可能有圖形監(jiān)視器,，可通過畫面監(jiān)視數(shù)據(jù),。

除了不能改變PLC的用戶程序,，編程器能做的它都能做，是使用PLC很好的界面,。性能好的PLC,，這種外部設(shè)備已越來越豐富。存儲設(shè)備：它用于性地存儲用戶數(shù)據(jù),，使用戶程序不丟失,。這些設(shè)備，如存儲卡,、存儲磁帶,、軟磁盤或只讀存儲器,。
而為實現(xiàn)這些存儲,，相應(yīng)的就有存卡器、磁帶機(jī),、軟驅(qū)或ROM寫入器,，以及相應(yīng)的接口部件。各種PLC大體都有這方面的配套設(shè)施,。輸入輸出設(shè)備：它用以接收信號或輸出信號,，便于與PLC進(jìn)行人機(jī)對話。輸入的有條碼讀入器,，輸入模擬量的電位器等,。
輸出的有打印機(jī)、編程器,、監(jiān)控器雖也可對PLC輸入信息,，從PLC輸出信息，但輸入輸出設(shè)備實現(xiàn)人機(jī)對話更方便,，可在現(xiàn)場條件下實現(xiàn),，并便于使用,。隨著技術(shù)進(jìn)步，這種設(shè)備將更加豐富,。外部設(shè)備已發(fā)展成為PLC系統(tǒng)的不可分割的一個部分。

當(dāng)前不少PLC廠家已有提供,。如GE－FANAC的PLC就提供有可用C語言編程的軟件,。再前進(jìn)一步，從理論上講使用自然語言編程也是*可能的,。只是要下力氣去開發(fā),，以及市場有這個需要。支持軟件不僅編制PLC程序需要,，監(jiān)控PLC運行,，特別是監(jiān)視PLC所控制的系統(tǒng)的工作狀況也需要。
所以,，多數(shù)支持編程的軟件,，也具有監(jiān)視PLC工作的功能。此外,，也有專用于監(jiān)控PLC工作的軟件,，它多與PLC的監(jiān)視終端連用。有的PLC廠家或第三方廠家還開發(fā)了使用PLC的組態(tài)軟件,，用以實現(xiàn)計算機(jī)對PLC控制系統(tǒng)監(jiān)控,，以及與PLC交換數(shù)據(jù)。

PLC的用戶也可基于DOS或WINDOWS平臺開發(fā)用于PLC控制系統(tǒng)的應(yīng)用軟件,，以提高PLC系統(tǒng)自動化及智能化水平,。這方面的軟件已日益受到重視?？傊?，為了用好PLC，PLC的支持軟件越來越豐富,，性能也越來越好,，其界面也越來越友好，也因此,，它的情況如何,，已成為評判PLC性能的指標(biāo)之一。

?PLC連接的過程變量按信號類型劃分可分為開關(guān)量（即數(shù)字量）,、模擬量和脈沖量等,，相應(yīng)輸入輸出模塊可分為開關(guān)量輸入模塊、開關(guān)量輸出模塊,、模擬量輸入模塊,、模擬量輸出模塊和脈沖量輸入模塊等,。（4）編程器編程器是PLC的重要外部設(shè)備。
編程器將用戶所希望的功能通過編程語言送到PLC的用戶程序存儲器中,。編程器不僅能對程序進(jìn)行寫入,、讀出、修改,，還能對PLC的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控,，同時也是用戶與PLC之間進(jìn)行人機(jī)對話的界面。隨著PLC的功能不斷增強(qiáng),，編程語言多樣化,，編程已經(jīng)可以在計算機(jī)上完成。
PLC節(jié)省輸出點數(shù)的方法（1）分組輸出如圖7所示,，當(dāng)兩組負(fù)載不會同時工作時,，可通過外部轉(zhuǎn)換開關(guān)或受PLC控制的電器觸點進(jìn)行切換，使PLC的一個輸出點可以控制兩個不同時工作的負(fù)載,。7分組輸出（2）矩陣輸出如圖8所示為4×4矩陣輸出電路,，用8個輸出點可控制16個負(fù)載。

??在程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段中,，輸入映像存儲器與外界隔離,，其內(nèi)容保持不變，直至下一個掃描周期的輸入掃描階段,，才被重新讀入的輸入信號刷新,。可見,，PLC在執(zhí)行程序和處理數(shù)據(jù)時,，不直接使用現(xiàn)場當(dāng)時的輸入信號，而使用本次采樣時輸入到映像區(qū)中的數(shù)據(jù),。

如果輸入設(shè)備能使PLC輸入端形成閉合回路,，對應(yīng)輸入端編號的內(nèi)部輸入繼電器內(nèi)保存為“1"，即相當(dāng)于繼電器線圈導(dǎo)通,。在程序執(zhí)行過程中,，該編號對應(yīng)的觸點動作；如果輸入設(shè)備能使輸入開路,，則對應(yīng)輸入端編號的內(nèi)部輸入繼電器內(nèi)保存為“0",，即相當(dāng)于繼電器線圈沒導(dǎo)通，在程序執(zhí)行過程中,，該編號對應(yīng)的觸點不動作,。
如果在PLC處于非輸入掃描的階段，PLC外的輸入設(shè)備狀態(tài)發(fā)生了變化,，內(nèi)部輸入繼電器也不會發(fā)生變化,，要等到下一個輸入掃描階段才能根據(jù)此時的輸入狀態(tài)來刷新,。所以，對于少于十幾毫秒的輸入信號,，經(jīng)常采集不到,。（2）執(zhí)行程序在執(zhí)行用戶程序過程中，PLC按梯形圖程序順序自上而下,、從左至右逐個掃描執(zhí)行,，即按助記符指令表的先后順序執(zhí)行。
但遇到程序跳轉(zhuǎn)指令,，則根據(jù)跳轉(zhuǎn)條件是否滿足來決定程序跳轉(zhuǎn)地址。程序執(zhí)行過程中,，PLC從輸入映像區(qū)中取出輸入變量的當(dāng)前狀態(tài),，然后進(jìn)行由程序確定的邏輯運算或其他運算，根據(jù)程序指令將運算結(jié)果存入相應(yīng)的內(nèi)部繼電器中,，包括輸出繼電器,、內(nèi)部輔助繼電器、定時器,、計數(shù)器等,。

??數(shù)據(jù)采集可以用計數(shù)器，累計記錄采集到的脈沖數(shù),，并定時地轉(zhuǎn)存到DM區(qū)中去,。數(shù)據(jù)采集也可用A/D單元，當(dāng)模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后,，再定時地轉(zhuǎn)存到DM區(qū)中去,。PLC還可配置上小型打印機(jī)，定期把DM區(qū)的數(shù)據(jù)打出來,。

PLC也可與計算機(jī)通訊,，由計算機(jī)把DM區(qū)的數(shù)據(jù)讀出，并由計算機(jī)再對這些數(shù)據(jù)作處理,。這時,，PLC即成為計算機(jī)的數(shù)據(jù)終端。電業(yè)部門曾這么使用PLC,，用以實時記錄用戶用電情況,，以實現(xiàn)不同用電時間、不同計價的收費辦法,，鼓勵用戶在用電低谷時多用電,，達(dá)到合理用電與節(jié)約用電的目的。
5用于進(jìn)行監(jiān)控PLC自檢信號很多,，內(nèi)部器件也很多,，多數(shù)使用者未充分發(fā)揮其作用,。其實，*可利用它進(jìn)行PLC自身工作的監(jiān)控,，或?qū)刂茖ο筮M(jìn)行監(jiān)控,。這里介紹一種用PLC定時器作看門狗，對控制對象工作情況進(jìn)行監(jiān)控的思路,。
如用PLC控制某運動部件動作,，看施加控制后動作進(jìn)行了沒有，可用看門狗辦法實現(xiàn)監(jiān)控,。具體作法是在施加控制的同時,，令看門狗定時器計時。如在規(guī)定的時間內(nèi)動作完成,，即定時器未超過好戒值的情況下,，已收到動作完成信號，則說明控制對象工作正常,，無需報好,。
若超時，說明不正常,，可作相應(yīng)處理,。如果控制對象的各重要控制環(huán)節(jié)，都用這樣一些看門狗"看"著,，那系統(tǒng)的工作將了如指掌,，出現(xiàn)了問題，卡在什么環(huán)節(jié)上也很好查找,。還有其它一些監(jiān)控工作可做,。對一個復(fù)雜的控制系統(tǒng)，特別是自動控制系統(tǒng),，監(jiān)控以至進(jìn)一步能自診斷是非常必要的,。
它可減少系統(tǒng)的故障，出了故障也好查找,，可提高累計平均*運行時間,，降低故障修復(fù)時間，提高系統(tǒng)的可靠性,。6用于聯(lián)網(wǎng),、通訊PLC聯(lián)網(wǎng)、通訊能力很強(qiáng),，不斷有新的聯(lián)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)推出,。PLC可與個人計算機(jī)相連接進(jìn)行通訊，可用計算機(jī)參與編程及對PLC進(jìn)行控制的管理，使PLC用起來更方便,。

西門子PLC之S7家族
的模塊之間可進(jìn)行廣泛組合構(gòu)成不同要求的系統(tǒng),。與S7-200 PLC比較，S7-300 PLC采用模塊化結(jié)構(gòu),，具備高速（0.6~0.1μs）的指令運算速度,；用浮點數(shù)運算比較有效地實現(xiàn)了更為復(fù)雜的算術(shù)運算；一個帶標(biāo)準(zhǔn)用戶接口的軟件工具方便用戶給所有模塊進(jìn)行參數(shù)賦值,；方便的人機(jī)界面服務(wù)已經(jīng)集成在S7-300操作系統(tǒng)內(nèi),，人機(jī)對話的編程要求大大減少。SIMATIC人機(jī)界面（HMI）從S7-300中取得數(shù)據(jù),，S7-300按用戶的刷新速度傳送這些數(shù)據(jù),。S7-300操作系統(tǒng)自動地處理數(shù)據(jù)的傳送；CPU的智能化的診斷系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)的功能是否正常,、記錄錯誤和特殊系統(tǒng)事件（例如：超時,，模塊更換，等等）,；多級口令保護(hù)可以使用戶高度、有效地保護(hù)其技術(shù)機(jī)密,，防止未經(jīng)允許的復(fù)制和修改,；S7-300 PLC設(shè)有操作方式選擇開關(guān)，操作方式選擇開關(guān)像鑰匙一樣可以拔出,，當(dāng)鑰匙拔出時,，就不能改變操作方式，這樣就可防止非法刪除或改寫用戶程序,。具備強(qiáng)大的通信功能,，S7-300 PLC可通過編程軟件Step 7的用戶界面提供通信組態(tài)功能，這使得組態(tài)非常容易,、簡單,。S7-300 PLC具有多種不同的通信接口，并通過多種通信處理器來連接AS-I總線接口和工業(yè)以太網(wǎng)總線系統(tǒng),；串行通信處理器用來連接點到點的通信系統(tǒng),；多點接口（MPI）集成在CPU中，用于同時連接編程器,、PC機(jī),、人機(jī)界面系統(tǒng)及其他SIMATIC S7/M7/C7等自動化控制系統(tǒng)。
3． SIMATIC S7-400 PLC S7-400 PLC是用于中,、高檔性能范圍的可編程序控制器,。 S7-400 PLC采用模塊化無風(fēng)扇的設(shè)計，可靠耐用，同時可以選用多種級別（功能逐步升級）的CPU,，并配有多種通用功能的模板,，這使用戶能根據(jù)需要組合成不同的系統(tǒng)。當(dāng)控制系統(tǒng)規(guī)模擴(kuò)大或升級時,，只要適當(dāng)?shù)卦黾右恍┠０?，便能使系統(tǒng)升級和充分滿足需要。

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工作原理 
當(dāng)PLC投入運行后，其工作過程一般分為三個階段,，即輸入采樣,、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期,。在整個運行期間,，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個階段。

輸入采樣
在輸入采樣階段,，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù),，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后,，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段,。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化,，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變,。因此，如果輸入是脈沖信號,，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期,，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入,。

用戶程序執(zhí)行
在用戶程序執(zhí)行階段,，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時,，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構(gòu)成的控制線路,，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運算,，然后根據(jù)邏輯運算的結(jié)果,，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài),；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令,。

即,，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化,，而其他輸出點和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化,，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用,；相反,，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用,。

輸出刷新
當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后,，PLC就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間,，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路,，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動相應(yīng)的外設(shè)。這時,，才是PLC的真正輸出,。
同樣的若干條梯形圖，其排列次序不同,，執(zhí)行的結(jié)果也不同,。另外，采用掃描用戶程序的運行結(jié)果與繼電器控制裝置的硬邏輯并行運行的結(jié)果有所區(qū)別,。當(dāng)然，如果掃描周期所占用的時間對整個運行來說可以忽略,，那么二者之間就沒有什么區(qū)別了,。