机架构成SIMATIC S7-400 基本机械机构。它们执行以下任务：

• 给模块提供机械支持
• 给模块提供电源
• 通过背板总线将各个模块连接在一起

机架的设计具有墙装式、框架安装式和机柜安装式。

SIMATIC S7-400可以安装多种机架。

UR1（通用机架）

• 用于配置中央控制器和扩展单元
• 多可安装18个模板
• 也适用于S7-400H

UR2（通用机架）

• 用于配置中央控制器和扩展单元
• 多可安装9个模板
• 也适用于S7-400H
• 也提供铝制机架

CR2（中央机架）

• 用于配置中央控制器
• 多用于 18 个模块
• 分段机架： 
  用于运行两个独立的 S7-400 CPU (无S7-400多CPU模式)，通过背板总线(C总线)进行CPU之间的通讯。 两个CPU可以具有局部地址，可以具有单独的I/O模板(分段的P总线)。

CR3（中央机架）

• 用于配置中央控制器
• 适用于分布式自动化任务，多支持4个模板

UR2-H

• 用于在一个单机架结构上建立一个完整的S7-400H系统
• 同样适用于S7-400H:
  运行两个独立的CPU，各CPU带有自己独立的I/O(各自的P总线和C总线)
• 也可作为扩展单元使用
• 多可安装18个模板
• 也提供铝制机架

ER1（扩展机架）

• 用于经济型的扩展单元的配置
• 多用于 18 个带有限功能性的模块
• 也适合用于 S7-400^®H

ER2（扩展机架）

• 用于经济型的扩展单元的配置
• 多用于 9 个带有限功能性的模块
• 也适用于S7-400H

• SIMATIC S7-1500 和 ET 200MP 的工艺模块
• 模块带有时间控制控制的输入和输出，用于执行响应时间为数微秒的精确开关功能
• 高速计数和位置检测模块带有不同的位置传感器
• 具有用于完成过程级别的任务且响应时间较短的集成输入和输出

• 2 通道高速计数器模块
• 具有大量参数设置选项，可根据具体任务进行佳调整，降低控制负荷
• 速度和时间段测量
• 存储和比较功能
• 连接 24 V 编码器

特别是，计数器模块可以检测快速高频信号，并将计数器读数和当前速度返回到控制器。计数器控制可通过数字量输入和输出信号来确保精确的计数器结果和系统中的快速响应。通过大量参数设置选项，可针对手边的任务进行佳调整，降低控制负荷。

提供有以下计数器模块：

• TM Count 2x24V：
  快速计数器模块，2 通道；计数功能高达 200 kHz；硬件和软件门；连接 24 V 编码器；每通道 3 点数字量输入（除计数器输入外）和 2 点数字量输出；频率、速度和时间段测量；存储和比较功能；24 V 编码器电源；等时同步模式

• 用一个螺丝安装在 S7-1500 安装导轨上
• 统一的 40 针前连接器，带螺钉型端子（不久将提供插入式端子）
• 可连接芯线截面积0.25 mm² 至 1.5 mm²（AWG24 至 16）
• 前连接器的预接线位置
• 前盖带有可扩充的电缆室，即使完全接线时也如此
• 集成式屏蔽

含在供货范围之内：

• 用于手工贴标签的一个标签条
• 一个 U 型连接器
• 印制有文字的前门
• 馈电元件、屏蔽夹和屏蔽端子

• 统一的显示和诊断方式：
  • 故障（红色 LED）和运行（绿色 LED）模块状态显示
  • 逻辑“0”和逻辑“1”信号状态的通道状态显示（绿色 LED）或诊断指示（红色 LED）
  • 显示 24 V DC 电源电压（绿色 LED）
  • 显示计数器的活动状况和计数方向
• 支持的功能：
  • 加/减高速计数
  • 计数器范围可调节至高达 +/-31 位
  • 通过集成数字量输入和输出获得高速响应
  • 测量当前信号频率
  • 增量式编码器的位置检测
  • 每个通道两个比较器，用于控制数字量输出
  • 通过数字量输入来保存或设置计数
  • 硬件中断，可设置参数
  • 等时同步模式
  • 通过命令和工艺对象进行用户友好的组态
• SIMATIC S7-1500 和 ET 200MP 的统一系统功能：
  • 识别和维护数据 IM0
  • 固件更新
  • 模块正面的清晰标签
  • 统一的前连接器

• 带集成数字量和模拟量输入/输出以及第二个串口的紧凑型 CPU
• 满足工厂对高处理性能和相应时间的要求
• 带技术功能

CPU 运行需要 SIMATIC 微存储卡 (MMC)。

CPU 314C-2 PtP 是一种紧凑型 CPU，用于对处理性能和响应速度要求很高的系统。通过其扩展工作存储器，该紧凑型CPU也适用于中等规模的应用。使用集成数字量和模拟量 I/O，可实现与过程的直接连接；使用第二个串口，可以与其它的外围设备相连接，例如打印机、条形码扫描器等。

集成技术工程的其他用途包括：

• 计数
• 频率测量
• 周期测量
• 脉宽调制
• PID 控制
• 定位控制

CPU 314C-2 PtP 安装有：

• 微处理器;
  处理器处理每条二进制指令的时间可达 60 ns。
• 扩展存储器;
  192 KB 高速工作 RAM（相当于约 64 K 指令），用于程序段执行，可以为用户程序提供足够的存储空间；
  SIMATIC 微型存储卡（大 8 MB）作为程序的装载存储器，还允许将项目（包括符号和注释）存储在 CPU 中。
• 灵活的扩展能力;
  多达 31 个模块，（4排结构）
• MPI多点接口;
  集成 MPI 接口多可以同时建立与 S7-300/400 或编程器、PC、操作员面板的 12 路连接。在这些连接中，始终分别为 PG 和 OP 各保留一个连接。通过“全局数据通讯”，MPI可以用来建立多16个CPU组成的简单网络。
• 第二个串行接口 PtP；
  该串口用于连接其它 I/O 设备，诸如：打印机、扫描仪等。
• 内置输入/输出；
  在 CPU 314C-2 PtP 中，提供有 24 路数字量输入（所有输入都可用作报警处理），16 路数字量输出以及 4路模拟量输入和 2 路模拟量输出（用于电流/电压信号），以及 1 路附加输入（用于测量温度 (Pt100)）。

S7-400F/FH 满足下列安全要求：

• 等级需求：AK 1 to AK 6 to DIN V 19250/DIN V VDE 0801
• 安全要求等级：SIL 1 to SIL 3 to IEC 61508
• 等级 1 to 4 to EN 954-1

运行模式

CPU的F程序和故障安全信号模板中包含有S7-400F/FH的安全功能。

使用差异分析和测试信号，信号模板可以监视输出和输入信号。

CPU通过常规的自检、监测和逻辑命令以及程序定时检测，检查运行的正确性。 此外，通过申请信号进行检测。

当系统诊断出一个故障时，系统将进入安全状态。

F 运行版授权

CPU 417-4H必须装在F运行授权才能运行S7-400F/FH。每个 S7-400F/FH 系统需要 1 个授权。

编程

S7-400F/FH 的编程方法同其他 SIMATIC S7 编程方法相同。 通过诸如STEP 7编程工具编写非故障安全用户程序。

S7 F 系统选件包

"S7 F Systems" 软件包用来编写故障安全程序。 软件包包含生成F程序所需的所有功能和部件。 S7 F系统运行必须将下列软件包装载到PG或PC：

• STEP 7 V5.1 以上
• CFC V5.23 或新版本
• S7-SCL V5.1 SP 1 或新版本
• S7 H Systems Version 5.1 (S7-400FH的选件)

特殊功能块通过CFC从F库中进行调用，并为包含安全功能的F程序互连。

S7 控制器中的控制器

控制器尤其适用于具有中等和较高复杂程度的应用。SIMATIC S7-1500 ActiveX Control 是 SIMATIC S7-300 和 SIMATIC 的长期后续产品

S7-400 控制器，未来工厂的标准控制器 – 的性能和创新的设计与操作方式产生令人信服的结果。具有模块化扩展能力的 SIMATIC S7 控制器具有长期兼容性，免维护且可以扩展，当然也能在 TIA 博途中进行组态。它们是任何自动化任务的理想解决方案。

• 模块化、可扩展通用系统，IP20 防护等级
• 适用于离散自动化领域中各种自动化应用的系统解决方案
• 具有极高性能和可用性
• 可专门通过 Totally Integrated Automation Portal 平台中的 STEP 7 Professional V12 及更高的型号进行组态

性能

• 提高性能
  • 高速指令执行:
  • 语言扩展
  • 新数据类型
  • 更快速的背板总线
  • 经过的代码生成
• 功能强大的通信：
  • PROFINET IO（2 端口交换机）标准接口；
    从 CPU 1515-2 PN 起，具有一个更多额外的集成 PROFINET 接口，例如，用于网络分离
  • 可针对总线系统和点到点连接，通过通信模块进行扩展

集成技术

• 无需附加模块就可集成运动控制功能：
  • 通过标准化的块 (PLCopen) 来连接模拟驱动器和 PROFIdrive 驱动器
  • 运动控制功能支持转速控制轴和定位轴以及外部编码器
  • 轴之间实现位置精确的齿轮传动
• 全面跟踪所有 CPU 标签，以进行实时诊断和间歇错误检测；
  拥有有效调试和快速驱动器和控制装置
• 广泛的控制功能：
  例如，可轻松组态的块可进行控制参数的自动以实现优控制质量
• 通过提供的工艺模块获得附加功能：
  例如，高速计数、位置检测或高达 1 MHz 信号的测量

安全集成

人身安全和机器安全 – 在集成式完整系统框架内

• 故障安全 SIMATIC S7-1500F 控制器可在同一控制器上处理标准程序和安全程序。
  在 TIA 博途中，使用相同的编辑器生成故障安全和标准用户程序；例如，这样就能向标准用户程序中的标准数据那样，故障安全数据。由于这种软件集成，故障安全应用也可利用 SIMATIC 的系统有点和全面功能。

集成安全功能

• 通过密码进行知识保护，防止未经授权读取和修改程序块
• 通过复制保护来提高保护程度，防止未经授权而复制程序块：
  通过复制保护，可将 SIMATIC 存储卡上的程序块与其序列号绑定，以便只有在将配置的存储卡插到 CPU 中时，该程序块才可运行。
• 具有四个不同授权级别的权限：
  可向各个用户组分配不同访问权限。通过新的保护级别 4，还可以限制与 HMI 设备之间的通信。
• 改进了操作保护：
  控制器将会检测到组态数据的更改或未授权传输。
• 用于以太网通信处理器 (CP 1543-1)：
  • 通过防火墙提供附加访问保护
  • 建立安全 VPN 连接（V12 SP1 或更高版本）

设计与操作

• CPU 带有用于显示普通文本信息的显示屏：
  • 可显示所有连接模块的订货号、固件版本和序列号信息
  • 直接在现场设置 CPU 的 IP 地址以及进行其它网络设置，无需使用编程设备
  • 直接以普通文本形式显示错误消息，可缩短停机时间
• 所有模块采用统一的前连接器，并具有用于灵活形成电压组的集成式电压桥接件，从而简化了库存，降低了接线成本
• S7-1500 安装导轨上集成有 DIN 导轨：
  快速、方便地安装小型断路器、继电器等附加组件
• 通过信号模块进行集中扩展：
  可根据任何应用的要求进行灵活调整
• 数字量信号模块的系统电缆连接：
  可快速、清晰地进行安排，以连接至现场的传感器和执行器并在控制柜中进行简便接线
• 电源：
  • 负载电源模块（电源模块）为模块提供 24 V 电源
  • 电源模块可通过背板总线向模块内部电路供电
• 分布式扩展：
  • 通过 PROFINET 接口模块 IM 155-5，可针对 ET 200MP I/O 系统使用多 30 个信号模块、通信模块和工艺模块
  • 在集中和分布式运行的操作和系统功能方面没有差别

集成系统诊断

• CPU 的集成系统诊断，默认情况下已激活：
  • 在显示屏上以及 TIA Portal、HMI 和 Web 器中以普通文本形式一致地显示系统诊断信息，甚至可显示变频器消息。即使 CPU 处于停止状态，也会更新消息。
  • 系统诊断功能集成在 CPU 固件中。无需由用户进行组态。组态发生改变时，会自动对诊断信息进行更新。

数据记录（归档）和配方

• SIMATIC 存储卡：
  • 插入式装载存储器
  • 可进行固件更新
  • STEP 7 项目（包括注释和符号）、附加文档或 csv 文件（用于配方和归档）的存储选项
  • 通过 SD 读卡器并使用 Office 工具，可方便地访问与设备相关的运行数据和组态数据（与控制器之间的双向数据交换）
• 集成 wed 器：
  - 通过 Web 浏览器，可方便地访问与设备相关的运行数据和组态数据

认证

SIMATIC S7-1500 符合以下和国际标准：

• cULus 认证
• cULus HazLoc 认证
• FM 认证
• ATEX 认证仅限于 24 V，不适用于 230 V
• CE
• C-TICK
• KCC
• IECEx（仅限 24 V；不适用于 230 V）
• EN 61000-6-4
• EN 60068-2-1/ -2/ -6/ -14/ -27/ -30/ -32
• EN 61131-2

S7-200系列 PLC的存储器空间

S7-200 PLC的存储器空间大致分为三个空间，即程序空间、数据空间和参数空间。

1．程序空间

该空间主要用于存放用户应用程序，程序空间容量在不同的CPU中是不同的。另外CPU中的RAM区与内置EEPROM上都有程序存储器，但它们互为映像，且空间大小一样。

2．数据空间

该空间的主要部分用于存放工作数据称为数据存储器，另外有一部分作寄存器使用称为数据对象。

（1）数据存储器 它包括变量存储器（V），输入信号缓存区（输入映象存储器I），输出信号缓冲区（输出映象存储区Q），内部标志位存储器（M）又称内部辅助继电器，特殊标志位存储器（SM）。除特殊标志位外，其他部分都能以位、字节、和双字的格式自由读取或写入。

变量存储器（V）是保存程序执行过程中控制逻辑操作的中间结果，所有的V存储器都可以存储在存储器区内，其内容可在与EEPROM或编程设备双向传送。

输入映象存储器（I）是以字节为单位的寄存器，它的每一位对应于一个数字量输入结点。在每个扫描周期开始，PLC依次对各个输入结点采样，并把采样结果送入输入映象存储器。PLC在执行用户程序过程中，不再理会输入结点的状态，它所处理的数据为输入映象存储器中的值。

输出映象存储器（Q）是以字节为单位的寄存器，它的每一位对应于一个数字输出量结点。PLC在执行用户程序的过程中，并不把输出信号随时送到输出结点，而是送到输出映象存储器，只有到了每个扫描周期的末尾，才将输出映象寄存器的输出信号几乎同时送到各输出结点。使用映象寄存器优点：①同步地在扫描周期开始采样所有输入点，并在扫描的执行阶段冻结所有输入值；②在程序执行完后再从映象寄存器刷新所有输出点，使被控系统能获得更好稳定性；⑧存取映象寄存器的速度高于存取I/O速度，使程序执行的更快；④I/O点只能以位为单位存取，但映象寄存器则能以位、字节、双字进行存取。因此，映象寄存器提供了更高的灵活性。另外对控制系统中个别I/O点要求实时性较高的情况下，可用直接I/O指令直接存取输入/输出点。

内部标志位（M）又称内部线圈（内部继电器等），它一般以位为单位使用，但也能以字、双字为单位使用。内部标志位容量根据CPU型号不同而不同。

特殊标志位（SM）用来存储系统的状态变量和有关控制信息，特殊标志位分为只读区和可写区，具体划分随CPU不同而不同。

（2）数据对象  数据对象包括定时器、计数器、高速计数器、累加器、模拟量输入/输出。

定时器类似于继电器电路中的时间继电器，但它的精度更高，定时精度分为lms，10ms和100ms三种，根据精度需要由编程者选用。定时器的数量根据CPU型号不同。

计数器的计数脉冲由外部输入，计数脉冲的有效沿是输入脉冲的上升沿或下降沿，计数的方式有累加1和累减1两种方式。计数器的个数同各CPU的定时器个数。

高速计数器与一般计数器不同之处在于，计数脉冲频率更高可达2kHz/7kHz，计数容量大，一般计数器为16位，而高速计数器为32位，一般计数器可读可写，而高速计数器一般只能作读操作。

在S7-200CPU中有4个32位累加器，即AC0～AC3，用它可把参数传给子程序或任何带参数的指令和指令块。此外，PLC在响应外部或内部的中断请求而调用中断程序时，累加器中的数据是不会丢失的，即PLC会将其中的内容压入堆栈。因此，用户在中断程序中仍可使用这些累加器，待中断程序执行完返回时，将自动从堆栈中弹出原先的内容，以恢复中断前累加器的内容。但应注意，不能利用累加器作主程序和中断子程序之间的参数传递。

模拟量输入/输出可实现模拟量的A/D和D/A转换，而PLC所处理的是其中的数字量。

3．参数空间

用于存放有关PLC组态参数的区域，如保护口令、PLC站地址、停电记忆保持区、软件滤波、强制操作的设定信息等，存贮器为EEPROM。

Overview

• 将 SIMATIC S7-400 连接到工业以太网
  • 多协议运行，用于 ISO、TCP/IP、UDP 与 PROFINET IO 协议
  • 可调节的 Keep Alive 功能
• 两个独立的接口（集成的网络分离）：
  • 千兆以太网接口，带有 RJ45 端口，10/100/1000 Mbit/s 全双工/半双工，具有自动侦测功能
  • PROFINET 接口，带有四个 RJ45 端口，10/100 Mbit/s 全双工/半双工，通过 4 端口交换机执行自动感测和自动交叉功能
• 通过两个接口进行通讯
  • 开放式通讯（ISO、TCP/IP 和 UDP），使用 UDP 多点传送，包括两个接口之间的路由
  • 编程器/OP通讯：
    通过 S7 路由的交叉网络
  • S7 通讯（客户端、器、多路复用），包括两个接口之间的路由
  • IT 通讯：
    HTTP 通讯支持通过自己的 web 页访问过程数据；
    电子邮件客户端功能，直接从用户程序发送包含身份验证信息的电子邮件；
    FTP 通讯支持程序控制的 FTP 客户端通讯；
    通过 FTP 器访问数据块
• 通过 PROFINET 接口进行通讯
  • PROFINET IO 控制器，具有实时属性（RT 和 IRT）
  • PROFINET CBA
  • 通过 DHCP、简单的 PC 工具或通过用户程序（例如 HMI）进行 IP 地址分配
  • 支持 PROFINET IO 设备的优先启动
  • 使用 STEP 7 组态
• 介质冗余 (MRP)；
  在采用环形拓扑结构的以太网网络内，CP 支持介质冗余程序 MRP。
• 通过可组态的 IP 访问列表进行访问保护
• 无需编程器即可进行模板更换；
  所有信息都保存在 C-PLUG 中（即使是用于 IT 功能的文件系统）。
• 丰富的诊断功能，可用于机架中的所有模板
• 通过 SNMP V1 MIB-II，集成在网络管理系统中
• 运行于冗余 S7 通讯或 DP 主站通讯的 SIMATIC H 系统。
• 在与 SIMATIC S7-400 CPU 416F 一起使用的故障安全型应用程序 (PROFIsafe) 中操作

• 用于简便、快捷地对S7-400模板进行接线

可提供下列内容：

• 前连接器： 
  更换模板时无需重新接线
• TOP 连接： 
  用于快速、无故障地连接传感器和执行器，连接距离可达30m
• Flexible(柔性)连接： 
  可以快速、直接地将SIMATIC S7-400连接到控制柜中的每个控制单元上

• CPU 1511-1 PN
• CPU 1513-1 PN
• CPU 1515-2 PN/DP
• CPU 1516-3 PN/DP
• CPU 1517-3 PN/DP
• CPU 1518-4 PN/DP

• S7-1500 控制器产品系列中的入门级 CPU
• 适用于对程序范围和处理速度具有中等要求的应用
• 在具有集中式和分布式 I/O 的生产线上作为集中式控制器使用
• PROFINET IO IRT 接口，带 2 端口交换机
• PROFINET I/O 控制器，用于在 PROFINET 上运行分布式 I/O
• 用于连接 CPU 作为 SIMATIC 或 非西门子 PROFINET I/O 控制器下的 PROFINET 设备的 PRIFINET 智能设备
• 等时同步模式
• 集成运动控制功能，可以控制速度控制轴和定位轴，支持外部编码器
• 集成 Web 器，带有创建用户定义的 Web 站点的选项
• 运行 CPU 所需的 SIMATIC 存储卡

CPU 1511-1 PN 是经济型入门级 CPU，用于不连续生产技术中对处理速度和响应速度要求不高的应用。 CPU 1511-1 PN/DP 可以用作 PROFINET IO 控制器，也可以用作分布式智能设备 （PROFINET 智能设备）。 集成式 PROFINET IO IRT 接口设计为 2-端口交换机以便在系统中设立总线型拓扑。 另外，CPU 通过易组态的块提供全面控制功能，以及通过标准化 PLC-open 块 提供连接至驱动器的能力。CPU 1511-1 PN 是经济型入门级 CPU，用于不连续生产技术中对处理速度和响应速度要求不高的应用。 CPU 1511-1 PN/DP 可以用作 PROFINET IO 控制器，也可以用作分布式智能设备 （PROFINET 智能设备）。 集成式 PROFINET IO IRT 接口设计为 2-端口交换机以便在系统中设立总线型拓扑。 另外，CPU 通过易组态的块提供全面控制功能，以及通过标准化 PLC-open 块 提供连接至驱动器的能力

The CPU 1511-1 PN 有:

• 功能强大的处理器：
  该 CPU 的单条二进制命令的命令执行时间可低至 60 ns。
• 大容量工作存储器：
  150KB，用于程序；1 MB，用于数据
• 采用 SIMATIC 存储卡作为加装存储器；
  允许实现例如数据日志和归档等其它功能
• 灵活的扩展功能：
  单层组态多可支持 32 个模块（CPU + 31 个模块）
• 显示器的功能为：
  • 显示概览信息，例如，集成接口的 IP 地址、站名称、别名称、位置名称等。
  • 诊断信息显示
  • 模块信息显示
  • 显示可由用户定义的徽标
  • 显示器设置显示
  • IP 地址设置
  • 日期和时间设置
  • 选择操作模式
  • 复位 CPU 至出厂设置
  • 禁用/启用显示屏
  • 启用保护级别
• PROFINET IO IRT 接口用于通过 PROFINET 进行分布式 I/O 连接