Модульные программируемые контроллеры Siemens SIMATIC S7-400

Обзор

SIMATIC S7-400 – это модульный программируемый контроллер, предназначенный для построения систем автоматизации средней и высокой степени сложности. Модульная конструкция, работа с естественным охлаждением, возможность применения структур локального и распределенного ввода-вывода, широкие коммуникационные возможности, множество функций, поддерживаемых на уровне операционной системы, удобство эксплуатации и обслуживания обеспечивают возможность получения рентабельных решений для построения систем автоматического управления в различных областях промышленного производства.

Эффективному применению контроллеров способствует возможность использования нескольких типов центральных процессоров различной производительности, наличие широкой гаммы модулей ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов, функциональных модулей и коммуникационных процессоров.

Модификации контроллеров

SIMATIC S7-400

Мощные программируемые котроллеры для построения систем управления средней и высокой степени сложности.
Решение практически любых задач управления.
Широкий спектр модулей и широкая гамма центральных процессоров для максимальной адаптации к требованиям решаемой задачи.
Высокая гибкость, обеспечиваемая простотой использования систем распределенного ввода-вывода и мощными коммуникационными возможностями.
Удобство обслуживания, работа с естественным охлаждением.
Гибкие возможности расширения по мере развития объекта управления.

SIMATIC S7-400H

Программируемые контроллеры с резервированной структурой, обеспечивающие высокую надежность функционирования системы управления.
Резервирование всех основных функций на уровне операционной системы центральных процессоров.
Высокий коэффициент готовности, обеспечиваемый применением переключаемых конфигураций системы ввода-вывода.
Возможность использования стандартных конфигураций систем ввода-вывода.
Горячее резервирование: автоматическое безударное переключение на резервный блок в случае отказа ведущего бока.
Конфигурации на основе двух стандартных или одной специализированной монтажной стойки.
Использование резервированных сетей PROFIBUS DP для повышения надежности функционирования системы распределенного ввода-вывода.

SIMATIC S7-400F/FH

Построение систем автоматики безопасности и противоаварийной защиты (систем ПАЗ).
Использование обычных или резервированных структур ввода-вывода, повышающих надежность функционирования системы управления.
Снижение затрат на монтаж цепей ввода-вывода автоматики безопасности. Применение высоко надежной связи через PROFIBUS DP или PROFINET IO с использованием профиля PROFISafe.
Использование базовых компонентов S7-400H, станций распределенного ввода-вывода ET 200M с F-модулями, а также станций ET 200S PROFIsafe, ET 200pro PROFIsafe, ET 200eco PROFIsafe.
Возможность применения смешанных структур ввода-вывода, включающих в свой состав стандартные модули, F-модули и модули PROFIsafe.

SIPLUS S7-400/S7-400H/S7-400F/S7-400FH

Программируемые контроллеры, ориентированные на работу в атмосфере с содержанием агрессивных примесей и аэрозолей. Некоторые модули этой серии сохраняют работоспособность в диапазоне температур от -25 до +60°C.

Функциональные модули для SIMATIC S7-400

Сертификаты и одобрения

SIMATIC S7-400 отвечает требованиям целого ряда национальных и международных стандартов:

Сертификат соответствия и метрологический сертификат Госстандарта России. Текущие версии сертификатов размещены в Internet: www.siemens.ru/ad/as
DIN, EN, IEC, UL, CSA, FM класс 1, раздел 2, группы A, B, C и D, температурная группа T4 (до 134 °C).

Морские сертификаты:

American Bureau of Shipping,
Bureau Veritas,
Des Norske Veritas,
Germanischer Lloyd,
Lloyds Register of Shipping.

Назначение

SIMATIC S7-400 – это мощный программируемый контроллер для построения систем управления средней и высокой степени сложности. Модульная конструкция, работа с естественным охлаждением, гибкие возможности расширения, мощные коммуникационные возможности, простота создания распределенных систем управления и удобство обслуживания делают SIMATIC S7-400 идеальным средством для решения практически любых задач автоматизации.

Основными областями применения SIMATIC S7-400 являются:

машиностроение;
автомобильная промышленность;
складское хозяйство;
технологические установки;
системы измерения и сбора данных;
текстильная промышленность;
упаковочные машины и линии;
производство контроллеров;
автоматизация машин специального назначения;
автоматизация непрерывных производств.

Несколько типов центральных процессоров различной производительности и широкий спектр модулей с множеством встроенных функций существенно упрощают разработку систем автоматизации на основе SIMATIC S7-400.

Если алгоритмы управления становятся более сложными и требуют применения дополнительного оборудования, контроллер позволяет легко нарастить свои возможности установкой дополнительного набора модулей.

Программируемый контроллер SIMATIC S7-400H разработан для построения систем автоматического управления, отличающихся повышенной надежностью функционирования. Наличие резервированной структуры позволяет продолжать работу в случае возникновения одного или нескольких отказов в его компонентах. Как правило, такие системы управляют производствами, простой которых вызывает большие экономические потери.

Благодаря своей высокой надежности SIMATIC S7-400H может использоваться:

в системах с высокими затратами на перезапуск производства в случае отказа контроллера;
в системах с высокой стоимостью простоя;
в системах управления обработкой ценных материалов (например, в фармацевтической промышленности);
в системах без постоянного контроля со стороны обслуживающего персонала;
в системах с небольшим количеством обслуживающего персонала.

Программируемые контроллеры S7-400F/FH предназначены для построения систем автоматики безопасности и противоаварийной защиты, в которых возникновение отказов не влечет за собой появление опасности для жизни обслуживающего персонала и не приводит к загрязнению окружающей природной среды. Контроллеры выпускаются в двух модификациях:

S7-400F: система противоаварийной защиты, в которой возникновение отказов приводит к переводу технологического оборудования в безопасные состояния и остановке производственного процесса.
S7-400FH: резервированная система противоаварийной защиты, аналогичная по своему назначению контроллеру S7-400F

На основе программируемых контроллеров S7-400F/FH могутсоздаваться системы противоаварийной защиты, отвечающие требованиям:

классов безопасности AK1…AK6 по DIN V 19250/ DIN V VDE 0801;
уровней безопасности SIL 1…SIL 3 по IEC 61508;
категорий безопасности 1…4 по EN 954-1.

В системах, построенных на основе программируемых контроллеров S7-400F/FH, допускается комбинированное применение компонентов F-систем с компонентами стандартного исполнения. Такие системы способны выполнять функции стандартного управления по отношению к одной и функции автоматики безопасности и противоаварийной защиты по отношению к другой части технологического оборудования. Для проектирования и обслуживания стандартных и F-систем используется единый набор промышленного программного обеспечения.

Конструкция

SIMATIC S7-400 является универсальным контроллером. Он отвечает жестким требованиям промышленных стандартов, обладает высокой степенью электромагнитной совместимости, высокой стойкостью к ударным и вибрационным нагрузкам. Установка и замена модулей контроллера, а также подключенных к нему станций систем распределенного ввода-вывода может производиться без отключения питания (“горячая замена”).

S7-400 имеет модульную конструкцию. Он может комплектоваться широким спектром модулей, устанавливаемых в монтажных стойках в любом порядке. Система включает в свой состав:

Модули блоков питания (PS): используются для подключения SIMATIC S7-400 к источникам питания =24/ 48/ 60/120/ 230 В или ~120/ 230 В.
Модули центральных процессоров (CPU): в составе контроллера могут использоваться центральные процессоры различной производительности. Все центральные процессоры оснащены встроенными интерфейсами MPI и PROFIBUS DP, некоторые модели – встроенным интерфейсом PROFINET. При необходимости, в базовом блоке контроллера может быть использовано до 4 центральных процессоров.
Сигнальные модули (SM): для ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов.
Коммуникационные модули (CP): для организации последовательной передачи данных через PtP интерфейс, построения систем распределенного ввода-вывода на основе PROFIBUS DP и PROFINET IO, обмена данными через промышленные сети PROFIBUS, PROFINET и Industrial Ethernet, а также через Internet.
Функциональные модули (FM): для решения типовых задач управления, к которым можно отнести скоростной счет, позиционирование, автоматическое регулирование и т.д.

При необходимости в составе S7-400 могут быть использованы:

Интерфейсные модули (IM): для построения систем локального и распределенного ввода-вывода.
Модули SIMATIC S5: все модули ввода-вывода контроллеров SIMATIC S5-115U/-135U/-155U могут устанавливаться в соответствующие стойки расширения SIMATIC S5. Кроме того, модули специального назначения IP и WF могут использоваться как в стойках SIMATIC S5, так и в базовом блоке контроллера SIMATIC S7-400. В последнем случае подключение модулей к внутренней шине контроллера S7-400 выполняется через адаптер.

Простота конструкции S7-400 существенно повышает его эксплуатационные характеристики:

Простота установки модулей. Модули устанавливаются в свободные разъемы монтажных стоек и фиксируются в рабочих положениях винтами. Фиксированные места занимают только блоки питания и некоторые интерфейсные модули.
Внутренняя шина, встроенная в монтажные стойки. Во все монтажные стойки встроена параллельная шина (Р-шина) для скоростного обмена данными с сигнальными и функциональными модулями. Все стойки, за исключением ER1 и ER2 имеют последовательную коммуникационную шину (К-шину) для скоростного обмена большими объемами данных с функциональными модулями и коммуникационными процессорами.
Механическое кодирование фронтальных соединителей, исключающее возможность возникновения ошибок при замене модулей.
SIMATIC TOP Connect: система 1-, 2- и 3-проводных соединителей с терминальными блоками, оснащенными контактами с винтовыми зажимами или пружинными контактами, существенно упрощающая и ускоряющая выполнение монтажных работ.
Фиксированная монтажная глубина: все фронтальные соединители и соединительные проводники располагаются в специальных отсеках модулей и закрываются защитными дверцами. Все модули имеют одинаковую монтажную глубину.
Свободное размещение модулей в разъемах всех монтажных стоек контроллера без ограничений на порядок их размещения.

Система ввода-вывода

Система ввода-вывода программируемого контроллера S7-400 может включать в свой состав две части: систему локального и систему распределенного ввода-вывода. Система локального ввода-вывода образуется модулями, устанавливаемыми в монтажные стойки контроллера, а также монтажные стойки SIMATIC S5. В простейшем случае эта система включает в свой состав только модули, установленные в базовый блок контроллера.

Применение системы локального ввода-вывода рекомендуется в случаях размещения базового блока и стоек расширения на небольших расстояниях друг от друга, например, в одном или рядом стоящих шкафах управления. Стойки расширения, не получающие напряжения питания от передающего интерфейсного модуля, должны комплектоваться собственными модулями блоков питания.

При построении систем локального ввода-вывода на основе монтажных стоек S7-400 и S5 должны выполняться следующие правила:

Система ввода-вывода содержит один базовый блок и несколько стоек расширения. Базовым блоком является монтажная стойка, в которой установлен центральный процессор контроллера.
Каждый базовый блок может содержать не более 6 передающих интерфейсных модулей (IM); не более двух из этих модулей могут содержать цепи питания стоек расширения напряжением =5 В. Каждый передающий интерфейсный модуль снабжен двумя интерфейсами, к которым может подключаться две линии связи (по одной на интерфейс).
Через передающие интерфейсные модули к одному базовому блоку можно подключить до 21 стойки расширения.
В каждой стойке расширения устанавливается приемныйинтерфейсный модуль.
Максимальное расстояние между базовым блоком и стойкой расширения S7 равно 100 м.
Обмен данными по К-шине может быть организован между базовым блоком и только 6-ю стойками расширения.
Все модули блоков питания устанавливаются в крайние левые разъемы соответствующих монтажных стоек базового блока и стоек расширения.

Система распределенного ввода-вывода может включать в свой состав:

Станции систем распределенного ввода-вывода и приборы полевого уровня, подключаемые к контроллеру через сети PROFIBUS DP и PROFINET IO.
Приборы полевого уровня AS-Interface, подключаемые к сети PROFIBUS DP через коммуникационный модуль DP/ASi Link Advanced или к сети PROFINET IO через коммуникационный модуль IE/ASi Link PN IO.