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西门子PLC模块6ES7214-1HF40-0XB0详细说明

西门子SCALANCE X交换机选型及组网

西门子SCALANCE X系列交换机拥有从入门级交换机（SCALANCE X005与XB000），非网管型交换机（SCALANCE X-100），网管型交换机（SCALANCE X-200），增强型网管交换机（SCALANCE X-300），模块化网管交换机（SCALANCE X-400）、核心级交换机（SCALANCE XR-500）等全套产品线，为组网提供了多种选择和灵活的搭配方式。从可网管的X-200型以上系列的交换机就可以支持环网冗余了。

在前进能源管理系统中，由于节点较多、数据量较大我们在环网主干上主要应用了XR324和X414-3E两款较高的型号。前进能源管理系统工业网络各个节点间的距离一般在2千米以内，主干网络根据系统要求以千兆速率组网。环上EMS01选用SCALANCE X324，其他环网节点选用SCALANCE X414-3E，分支接入点选用非网管型交换机SCALANCE XB004-1LD。

SCALANCE XR324交换机可以配置不同基本模块满足不同的现场需求，模块有：MM992-2CU（2x10/100/1000Mbit/s）电口模块、MM991-2百兆单/多模模块、MM992-2千兆单/多模模块、100/1000 Mbit/s的SFP模块。

SCALANCE X400系列为模块化交换机，以SCALANCE X414-3E交换机为例，在5号插槽上可接入千兆光纤模块，6、7号插槽上可接入百兆光纤模块，如需再增加模块则须在12插槽上接入EM495-8(8个RJ45端口)或EM496-4（4个介质插槽），具体配置组合方式如下图。在能源系统中除环网所用的2个光口外，如接入子站超过2个则需要增加EM496-4，再配置光纤模块。

3.西门子工业交换机环网配置

3.1西门子SCALANCEX交换机环网配置

在环上以一台交换机作为环管理交换机RM ，从RM结点的主、辅两个接口均发送健全探测消息，其他节点在从环接口上收到健全探测消息则反射回去，从而达到对环网的冗余控制。环的状态可分为，正常状态、切换状态和冗余状态。在用西门子工业交换机组环网时需要注意太网总是保持总线型传输结构，在配置完成前，不能闭合环网链路。HSR不可以与其他品有环网协议产品的串接共同组环。在配置前需用PST（西门子初始化软件）为交换机配置IP地址等内容。

在配置环时，为了保证系统的重构和稳定运行较多可连接50个交换机在环上。环网中其中一台作为冗余管理器RM，其余交换机作为环成员。在网络正常的情况下RM的环端口中有一个会处于断开状态，此时网络呈现线型的结构。当网络中出现传输介质损坏或有交换机损坏时，环网会自动启用RM中断开的端口，同时可以在300ms内使切换到另一种线型结构。当网络故障排除，可以恢复原有的线型结构。在配置环网的时候，组成环的端口可以是光纤端口，也可以是电气端口。需要注意的是，要使整个环都实现的传输速度，选择作环的端口必须是的光纤或电气端口。

当环状网内一个传输路径或者SCALANCE X-400 交换机发生错误时，西门子SCALANCEX-400交换机传输路径可在0.3秒内重构，同时，对于现有网络管理的集成功能通过SNMP 进程来实现，能自动把网络情况用E-mail 发送给网络管理员，支持VLAN ，SCALANCEX-414E还支持3层交换功能(IP路由)。

4.应用体会

         
在结点数较多的环型网络结构中，会出现上百台终端出现在同一LAN区域内的情况，在这种大型的环结构中会出现大量广播、组播影响网络的性能。这时把大环化为几个独立的小环，在各个小环间以三层的方式完成小环间各LAN的通讯可以有效提高网络的性能。在对可靠性要求更高的生产环境中，可采用单机双环，或双机双环的方式提供更可靠的服务，当然成本也成倍的增加。多环组网时协议效率、可靠性、交会节点设备的压力等问题仍旧需要深入研究。

除西门子的HSR协议之外，现阶段实现环网冗余功能各个厂商有各自开发的协议，在实践中有时遇到将两三家厂商的集成在一起的情况，由于各厂商环冗余协议间的互相不支持，经常出现问题。为此*电工****了MRP（Media Redundancy Protocol）协议, 这一协议对环网协议进行了标准化，允许不同品牌的设备连接在一起组成环网。西门子的交换机产品也已经全面支持MRP协议了，并且西门子交换机能够自动检测环上采用了哪种冗余协议

小型可编程控制器外壳的4个角上，均有安装孔。有两种安装方法，一是用螺钉固定，不同的单元有不同的安装尺寸；另一种是DIN（德国共和标准）轨道固定。DIN轨道配套使用的安装夹板，左右各一对。在轨道上，先装好左右夹板，装上PLC，然后拧紧螺钉。为了使控制系统工作可*，通常把可编程控制器安装在有保护外壳的控制柜中，以防止灰尘、油污、水溅。为了保证可编程控制器在工作状态下其温度保持在规定环境温度范围内，安装机器应有足够的通风空间，基本单元和扩展单元之间要有30mm以上间隔。如果周围环境超过55C，要安装电风扇，强迫通风。

    为了避免其他外围设备的电干扰，可编程控制器应尽可能远离高压电源线和高压设备，可编程控制器与高压设备和电源线之间应留出至少200mm的距离。

    当可编程控制器垂直安装时，要严防导线头、铁屑等从通风窗掉入可编程控制器内部，造成印刷电路板短路，使其不能正常工作甚至损坏。

    2.电源接线PLC供电电源为50Hz、220V±10%的交流电。FX系列可编程控制器有直流24V输出接线端。该接线端可为输入传感（如光电开关或接近开关）提供直流24V电源。如果电源发生故障，中断时间少于10ms，PLC工作不受影响。若电源中断超过10ms或电源下降超过允许值，则PLC停止工作，所有的输出点均同时断开。当电源恢复时，若RUN输入接通，则操作自动进行。对于电源线来的干扰，PLC本身具有足够的抵制能力。如果电源干扰特别严重，可以安装一个变比为1:1的隔离变压器，以减少设备与地之间的干扰。

    3.接地良好的接地是保证PLC可*工作的重要条件，可以避免偶然发生的电压冲击危害。接地线与机器的接地端相接，基本单元接地。如果要用扩展单元，其接地点应与基本单元的接地点接在一起。为了抑制加在电源及输入端、输出端的干扰，应给可编程控制器接上地线，接地点应与动力设备（如电机）的接地点分开。若达不到这种要求，也必须做到与其他设备公共接地，禁止与其他设备串联接地。接地点应尽可能*近PLC

    4.直流24V接线端使用无源触点的输入器件时，PLC内部24V电源通过输入器件向输入端提供每点7mA的电流。PLC上的24V接线端子，还可以向外部传感器（如接近开关或光电开关）提供电流。24V端子作传感器电源时，COM端子是直流24V地端。如果采用扩展船员，则应将基本单元和扩展单元的24V端连接起来。另外，任何外部电源不能接到这个端子。如果发生过载现象，电压将自动跌落，该点输入对可编程控制器不起作用。

    每种型号的PLC的输入点数量是有规定的。对每一个尚未使用的输入点，它不耗电，因此在这种情况下，24V电源端子向外供电流的能力可以增加。FX系列PLC的空位端子，在任何情况下都不能使用。

    5.输入接线PLC一般接受行程开关、限位开关等输入的开关量信号。输入接线端子是PLC与外部传感器负载转换信号的端口。输入接线，一般指外部传感器与输入端口的接线。输入器件可以是任何无源的触点或集电极开路的NPN管。输入器件接通时，输入端接通，输入线路闭合，同时输入指示的发光二极管亮。输入端的一次电路与二次电路之间，采用光电耦合隔离。二次电路带RC滤波器，以防止由于输入触点抖动或从输入线路串入的电噪声引起PLC误动作。若在输入触点电路串联二极管，在串联二极管上的电压应小于4V。若使用带发光二极管的舌簧开关，串联二极管的数目不能超过两只。另外，输入接线还应特别注意以下几点：

    （1）输入接线一般不要超过30m。但如果环境干扰较小，电压降不大时，输入接线可适当长些。

    （2）输入、输出线不能用同一根电缆，输入、输出线要分开。

    （3）可编程控制器所能接受的脉冲信号的宽度，应大于扫描周期的时间。

    6.输出接线

    （1）可编程控制器有继电器输出、晶闸管输出、晶体管输出3种形式。

    （2）输出端接线分为独立输出和公共输出。当PLC的输出继电器或晶闸管动作时，同一号码的两个输出端接通。在不同组中，可采用不同类型和电压等级的输出电压。但在同一组中的输出只能用同一类型、同一电压等级的电源。

    （3）由于PLC的输出元件被封装在印制电路板上，并且连接至端子板，若将连接输出元件的负载短路，将烧毁印制电路板，因此，应用熔丝保护输出元件。

    （4）采用继电器输出时，承受的电感性负载大小影响到继电器的工作寿命，因此继电器工作寿命要求长。

    （5）PLC的输出负载可能产生噪声干扰，因此要采取措施加以控制。此外，对于能使用户造成伤害的危险负载，除了在控制程序中加以考虑之外，还应设计外部紧急停车电路，使得可编程控制器发生故障时，能将引起伤害的负载电源切断。交流输出线和直流输出线不要用同一本电缆，输出线应尽量远离高压线和动力线，避免并行

设计和功能

模块化

S7 - 400的一个重要特点是它的模块化。S7- 400的高速通讯背板总线和允许直接插入CPU集成的DP接口，允许多条通讯线路的高性能运行。例如，把一根总线用于HMI通讯和编程任务，一根总线用于高性能运动控制，一根总线用于普通I / O现场总线通讯。
此外，也可以实现另外连接到MES-/ERP系统或通过SIMATIC IT连接到互联网的需要。根据任务情况，可对S7 – 400进行集中扩展或分布式配置。附加设备和接口模块也可集中用于此目的。在CPU中集成的PROFIBUS或PROFINET接口上也可实现分布式扩展。如果需要，也可以使用通讯处理器（CP）。

设计

设计一个S7 - 400系统基本上包括机架，电源，和*处理单元。它可以以一个模块化的方式安装和扩展。所有的模块都可以自由地放置在左侧插入的电源旁边。S7- 400具有无风扇的坚固设计。信号模块可以热插拔。一个多层面的模块范围可用于*扩展以及具有ET200的分布式拓扑结构的简单配置。
在集中式扩展中，额外安装机架直接连接到中央控制器。

除了标准的安装机架，也提供9槽和18槽铝合金安装机架。这些铝机架可以很高地耐受不利环境条件，紧固**，重量轻25％左右。

多值计算

多值计算，也就是在一个S7- 400中央控制器中的几个CPU的同时操作，为用户提供不同的益处：

可通过多值计算共享的S7 - 400的整体性能。例如，在技术复杂的任务中，如开环控制，可以将计算机或通讯分割和分配给不同的CPU每个CPU分配给自己的，用于此目的本地输入/输出。

有些任务也可以从每个多值计算方式中断开，一个CPU处理关键时间的处理任务，另一个处理非关键时间的任务。

在多值计算操作中，所有的CPU的运行行为像一个CPU，也就是说，当一个CPU进入STOP状态，其他的也停止。几个CPU的动作可以通过同步指令选择性地协调调用。此外，CPU之间的数据交换通过高速的全局数据通讯机制。

数据/程序存储器

从精细分级的各种CPU中选择合适的CPU取决于集成工作存储区的大小。集成装载存储器（RAM）足以满足中小型企业方案。对于大型程序，通过插入RAM或FEPROM存储卡增大装载内存（64 KB到64 MB）。

特殊功能

S7- 400 CPU有一些非常有用的特殊功能：

从工程工作站通过网络更新固件实现更简单和*的升级

通过一个系统功能实现额外的写保护（例如没有从PC器件下载到CPU）

通过读取存储卡的序列号获得保护，因此，保证了程序只与特定的存储卡一起运行

集成的路由功能允许在不同总线系统和网络问数据，例如控制级PC可以通过S7 -400控制器与连接在PROFINET或者PROFIBUS接口上的现场设备进行通讯。

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