西門子6ES7416-3XR05-0AB0

• 9 種標準 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，適用于惡劣的環境條件

• 具有不同的性能等級，滿足不同的應用領域。

應用

不同性能范圍的標準 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

應用

設計

功能

技術規范

更多信息

概述

• 性能范圍內的高性能 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

應用

規模大的PLC指令條數多，指令的功能也強，才能應付對點數多的系統進行控制的需要。控制規模是對PLC其它性能指標起著制約作用的指標；也是PLC劃分為微、小、中、大和特大型3組成模塊PLC的結構雖有箱體及模塊式之分，但從質上看，箱體也是模塊，只是它集成了更多的功能。
在此，不妨把PLC的模塊組成當作所有PLC的結構性能。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格，并各具什么特點。一般講，規模大的PLC，檔次高的PLC模塊的種類也多，規格也多，反映它的特點的性能指標也高。
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，規格也少，指標也低。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，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，以滿足控制系統對PLC的要求。

擴展箱體也依I/O點數的多少劃分有不同的規格。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，可對信號作預處理或后處理，以簡化PLC的CPU對復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，有的還可實現與其它控制部件，如變頻器、溫控器通訊，或組成局部網絡。
通訊模塊代表PLC的組網能力，代表著當今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還有外部設備。盡管用PLC實現對系統的控制可不用外部設備，配置好合適的模塊就行了。
然而，要對PLC編程，要監控PLC及其所控制的系統的工作狀況，以及存儲用戶程序、打印數據等，就得使用PLC的外部設備。故一種PLC的性能如何，與這種PLC所具外部設備豐富與否，外部設備好用與否直接相關。

?PLC的外部設備有四大類：編程設備：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，還可對系統作一些設定，以確定PLC控制方式，或工作方式。編程器還可監控PLC及PLC所控制的系統的工作狀況，以進行PLC用戶程序的調試。監控設備：小的有數據監視器，可監視數據；大的還可能有圖形監視器，可通過畫面監視數據。

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，這種外部設備已越來越豐富。存儲設備：它用于性地存儲用戶數據，使用戶程序不丟失。這些設備，如存儲卡、存儲磁帶、軟磁盤或只讀存儲器。
而為實現這些存儲，相應的就有存卡器、磁帶機、軟驅或ROM寫入器，以及相應的接口部件。各種PLC大體都有這方面的配套設施。輸入輸出設備：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、監控器雖也可對PLC輸入信息，從PLC輸出信息，但輸入輸出設備實現人機對話更方便，可在現場條件下實現，并便于使用。隨著技術進步，這種設備將更加豐富。外部設備已發展成為PLC系統的不可分割的一個部分。

當前不少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，以及市場有這個需要。支持軟件不僅編制PLC程序需要，監控PLC運行，特別是監視PLC所控制的系統的工作狀況也需要。
所以，多數支持編程的軟件，也具有監視PLC工作的功能。此外，也有專用于監控PLC工作的軟件，它多與PLC的監視終端連用。有的PLC廠家或第三方廠家還開發了使用PLC的組態軟件，用以實現計算機對PLC控制系統監控，以及與PLC交換數據。

PLC的用戶也可基于DOS或WINDOWS平臺開發用于PLC控制系統的應用軟件，以提高PLC系統自動化及智能化水平。這方面的軟件已日益受到重視。總之，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性能的指標之一。

?PLC連接的過程變量按信號類型劃分可分為開關量（即數字量）、模擬量和脈沖量等，相應輸入輸出模塊可分為開關量輸入模塊、開關量輸出模塊、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的工作狀態進行監控，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，編程已經可以在計算機上完成。
PLC節省輸出點數的方法（1）分組輸出如圖7所示，當兩組負載不會同時工作時，可通過外部轉換開關或受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個負載。

??在程序執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在執行程序和處理數據時，不直接使用現場當時的輸入信號，而使用本次采樣時輸入到映像區中的數據。

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

??數據采集可以用計數器，累計記錄采集到的脈沖數，并定時地轉存到DM區中去。數據采集也可用A/D單元，當模擬量轉換成數字量后，再定時地轉存到DM區中去。PLC還可配置上小型打印機，定期把DM區的數據打出來。

PLC也可與計算機通訊，由計算機把DM區的數據讀出，并由計算機再對這些數據作處理。這時，PLC即成為計算機的數據終端。電業部門曾這么使用PLC，用以實時記錄用戶用電情況，以實現不同用電時間、不同計價的收費辦法，鼓勵用戶在用電低谷時多用電，達到合理用電與節約用電的目的。
5用于進行監控PLC自檢信號很多，內部器件也很多，多數使用者未充分發揮其作用。其實，*可利用它進行PLC自身工作的監控，或對控制對象進行監控。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監控。具體作法是在施加控制的同時，令看門狗定時器計時。如在規定的時間內動作完成，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，可作相應處理。如果控制對象的各重要控制環節，都用這樣一些看門狗"看"著，那系統的工作將了如指掌，出現了問題，卡在什么環節上也很好查找。還有其它一些監控工作可做。對一個復雜的控制系統，特別是自動控制系統，監控以至進一步能自診斷是非常必要的。
它可減少系統的故障，出了故障也好查找，可提高累計平均*運行時間，降低故障修復時間，提高系統的可靠性。6用于聯網、通訊PLC聯網、通訊能力很強，不斷有新的聯網的結構推出。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成不同要求的系統。與S7-200 PLC比較，S7-300 PLC采用模塊化結構，具備高速（0.6~0.1μs）的指令運算速度；用浮點數運算比較有效地實現了更為復雜的算術運算；一個帶標準用戶接口的軟件工具方便用戶給所有模塊進行參數賦值；方便的人機界面服務已經集成在S7-300操作系統內，人機對話的編程要求大大減少。SIMATIC人機界面（HMI）從S7-300中取得數據，S7-300按用戶的刷新速度傳送這些數據。S7-300操作系統自動地處理數據的傳送；CPU的智能化的診斷系統連續監控系統的功能是否正常、記錄錯誤和特殊系統事件（例如：超時，模塊更換，等等）；多級口令保護可以使用戶高度、有效地保護其技術機密，防止未經允許的復制和修改；S7-300 PLC設有操作方式選擇開關，操作方式選擇開關像鑰匙一樣可以拔出，當鑰匙拔出時，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功能，這使得組態非常容易、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總線接口和工業以太網總線系統；串行通信處理器用來連接點到點的通信系統；多點接口（MPI）集成在CPU中，用于同時連接編程器、PC機、人機界面系統及其他SIMATIC S7/M7/C7等自動化控制系統。
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采用模塊化無風扇的設計，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，這使用戶能根據需要組合成不同的系統。當控制系統規模擴大或升級時，只要適當地增加一些模板，便能使系統升級和充分滿足需要。

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工作原理 
當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執行上述三個階段。

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和數據，并將它們存入I/O映象區中的相應得單元內。輸入采樣結束后，轉入用戶程序執行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態和數據發生變化，I/O映象區中的相應單元的狀態和數據也不會改變。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。

用戶程序執行
在用戶程序執行階段，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成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序對由觸點構成的控制線路進行邏輯運算，然后根據邏輯運算的結果，刷新該邏輯線圈在系統RAM存儲區中對應位的狀態；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區中對應位的狀態；或者確定是否要執行該梯形圖所規定的特殊功能指令。

即，在用戶程序執行過程中，只有輸入點在I/O映象區內的狀態和數據不會發生變化，而其他輸出點和軟設備在I/O映象區或系統RAM存儲區內的狀態和數據都有可能發生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執行結果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數據的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態或數據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
當掃描用戶程序結束后，PLC就進入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區內對應的狀態和數據刷新所有的輸出鎖存電路，再經輸出電路驅動相應的外設。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，執行的結果也不同。另外，采用掃描用戶程序的運行結果與繼電器控制裝置的硬邏輯并行運行的結果有所區別。當然，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別了。