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，才能應(yīng)付對點數(shù)多的系統(tǒng)進行控制的需要?？刂埔?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，或PLC與PLC進行通訊，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，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、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進行人機對話。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、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瑸榱擞煤肞LC，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行寫入、讀出、修改，還能對PLC的工作狀態(tài)進行監(jiān)控，同時也是用戶與PLC之間進行人機對話的界面。隨著PLC的功能不斷增強，編程語言多樣化，編程已經(jīng)可以在計算機上完成。
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?？梢?，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，定期把DM區(qū)的數(shù)據(jù)打出來。

PLC也可與計算機通訊，由計算機把DM區(qū)的數(shù)據(jù)讀出，并由計算機再對這些數(shù)據(jù)作處理。這時，PLC即成為計算機的數(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，*可利用它進行PLC自身工作的監(jiān)控，或?qū)刂茖ο筮M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，不斷有新的聯(lián)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)推出。PLC可與個人計算機相連接進行通訊，可用計算機參與編程及對PLC進行控制的管理，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行參數(shù)賦值；方便的人機界面服務(wù)已經(jīng)集成在S7-300操作系統(tǒng)內(nèi)，人機對話的編程要求大大減少。SIMATIC人機界面（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）；多級口令保護可以使用戶高度、有效地保護其技術(shù)機密，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、人機界面系統(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。