【正文】 S7400 PLC的數(shù)字量輸入/輸出模塊包括數(shù)字量輸入模塊SM 421（如表35所示）、數(shù)字量輸出模塊SM 422（如表36所示），其模擬量輸入/輸出模塊含有模擬量輸入模塊SM431（見于表37）、模擬量輸出模塊SM432。圖39 S7400的CPU模塊面板圖1—模塊名稱、產(chǎn)品版本、短訂貨號及固體版本印記 2—狀態(tài)指示燈（LED）3—存儲卡槽 4—模式選擇開關(guān) 5—接口模塊插孔 6—MPI/PROFIBUS 7—條形碼 8—PROFIBUS DP接口 9—PN接口 10—序列號 11—接口模塊2的插孔 12—電源、外部備用電壓CPU模塊面板上的“狀態(tài)指示燈LED”的含義如表34所示。對比于利用模塊觸發(fā)過程中斷，利用調(diào)用SFC 35“MP_ALM”引起的多CPU中斷需要使用CPU來輸出。在機(jī)架故障時(shí)，每個CPU調(diào)用OB 86。而且擁有中斷作用的模塊也是發(fā)給一個CPU，這就使得別的CPU不會接收到模塊造成的中斷。如果啟動類型不同，CPU將不會進(jìn)行RUN模式。假如這兩點(diǎn)沒有做到，在診斷緩沖區(qū)的時(shí)候就會產(chǎn)生錯誤信息。在開始時(shí)，每個CPU會檢查相互之間是否是同步的。CPU利用通信總線來達(dá)到相互之間的鏈接。如果使用者的程序較大，或者是存儲空間不能達(dá)到要求時(shí)，那么就會把這個程序從一個CPU分給許多CPU來一起完成。（3）多CPU處理在SIMATIC S7400 PLC系統(tǒng)中，在中央機(jī)架上最多可以安裝4個CPU模塊，這些模塊可以同時(shí)啟動，或同時(shí)進(jìn)入STOP模式，實(shí)現(xiàn)同步執(zhí)行控制任務(wù)。（2）CPU模塊面板與狀態(tài)顯示S7400的CPU模塊面板如圖所示，圖中“x”表示CPU模塊型號中的4或6。CPU4174是功能強(qiáng)大的SIMATIC S7400CPU，集成了PROFIBUSDP接口，使它能夠作為主站或從站連接到PROFIBUSDP現(xiàn)場總線。它提供了可以從外部接觸到的兩個PROFINET端口。使用IF 964DP接口模板，還可將其他DP主站系統(tǒng)連接到CPU4163和CPU4163PN/DP上。表33 S7400 CPU模塊的主要技術(shù)指標(biāo)型號RAM（程序/數(shù)據(jù)）裝載存儲器計(jì)數(shù)器/定時(shí)器數(shù)量數(shù)字量通道（I/O）模擬量通道（I/O）I/O地址區(qū)通信功能CPU4121144KB/144KB64MB2048/204832768/327682048/20484KB/4KBPG/OGCPU4122256KB/256KB64MB2048/204832768/327682048/20484KB/4KBPG/OGCPU414264MB2048/204865536/655364096/40968KB/8KBPG/OGCPU414364MB2048/204865536/655364096/40968KB/8KBPG/OGCPU4143PN/DP64MB2048/204865536/655364096/40968KB/8KBPG/OGCPU416264MB2048/2048131072/1310728192/819216KB/16KBPG/OGCPU416364MB2048/2048131072/1310728192/819216KB/16KBPG/OGCPU4163PN/DP64MB2048/2048131072/1310728192/819216KB/16KBPG/OGCPU417415MB/15MB64MB2048/2048131072/1310728192/819216KB/16KBPG/OGCPU416CPU4163和CPU4163PN/DP為功能強(qiáng)大的SIMATIC S7400CPU。使用IF 964DP接口模板，還可將其他DP主站系統(tǒng)連接到CPU4143和CPU4143PN/DP上。對于具有中等控制需求來說，還有一些相對高一些的要求可以用CPU4143PN/DP、CPU4143以及CPU4122來滿足，這些都能具有較快的處理速度以及較大的程序容量。對于中等控制情況而且要求的成本比較少的時(shí)候可以使用CPU4121來完成，它主要適用于一些含有較少I/O配置的相對小系統(tǒng)；擁有MPI/DP接口，能夠運(yùn)轉(zhuǎn)于PROFIBUSDP網(wǎng)絡(luò)。模塊化無風(fēng)扇設(shè)計(jì)，全方位的網(wǎng)絡(luò)與通信能力，具有許多擴(kuò)展設(shè)備，便于開展分布式結(jié)構(gòu)，而且還能夠進(jìn)行良好的運(yùn)行處理，使得SMIATIC S7400成為中、高性能應(yīng)用中滿足特別復(fù)雜的控制任務(wù)的理想解決方案。連接額定輸入電源DC 88～300V或者AC 85～264V，PS407（4A）的輸出電壓為DC 5V（4A）/24V（），PS407（10A，標(biāo)準(zhǔn)）和PS407（10AR，具有冗余能力）的輸出電壓為DC 5V（10A）/24V（1A），PS407（20A）的輸出電壓為DC 5V（20A）/24V（1A）。PS407系列電源模塊也是主要負(fù)責(zé)對輸出直流電源和輸入直流電源的連接。而且能夠?qū)﹂_路進(jìn)行保護(hù)并且不會產(chǎn)生短路；具有相當(dāng)良好的隔離屬性，滿足IEC611312的標(biāo)準(zhǔn)，能夠作為負(fù)載電源。根據(jù)輸出電流的大小不同，PS405系列電源模塊分為PS405（4A）、PS405（10A/10AR）、和PS405（20A），PS407系列電源模塊分為PS407（4A）、PS407（10A/10AR）、PS407（20A）。 PS電源模塊S7400的電源模塊通過把對應(yīng)的電壓轉(zhuǎn)變?yōu)镈C 5V/24V的工作電壓，然后利用背板總線提供工作電壓給機(jī)架中別的模塊，并不負(fù)責(zé)提供電壓給信號模塊。IM 4632通過721連接電纜與SIMATIC S5擴(kuò)展單元連接。使用IM 314，這樣可以將EU 183U、EU 185U、EU 186U、ER 701ER 7013等S5擴(kuò)展單元連接到S7400中。IM 4632接口模塊用于將半徑為600m范圍內(nèi)的S5擴(kuò)展單元與S7400進(jìn)行分布式連接。IM 4614有1個輸入接口和1個輸出接口，其中輸出接口用于連接從線路側(cè)接口模塊來的4681連接線纜；輸出接口用于連接從負(fù)載側(cè)接口模塊的4681連接線纜。其具有2個接口，其中每個能夠擴(kuò)展成4個機(jī)架，整體能夠擴(kuò)展成8個機(jī)架。IM 4613有編碼開關(guān)，通過它可以設(shè)置機(jī)架號。IM 4613接口模塊可以插入到通用機(jī)架URUR2和擴(kuò)展機(jī)架ERER2中。IM4603為發(fā)送接口模塊，IM4613為接收接口模塊，這兩個接口模塊只能一起配套使用，用于不進(jìn)行電纜傳輸?shù)木植堪霃綖?00m內(nèi)的分布式連接，帶通信總線，IM 4603可以插入到URUR2和CR2機(jī)架中，每個機(jī)架最多可插入6個IM4603接口模塊。IM 4611接口模塊可以插入到通用機(jī)架URUR2和擴(kuò)展機(jī)架ERER2中。IM 4611具有2個接口，其中沒一個都能夠擴(kuò)展為4個機(jī)架，整體模塊能夠擴(kuò)展為8個機(jī)架。IM 4601有兩個接口，但每個接口只能接1個外擴(kuò)機(jī)架。IM 4610有編碼開關(guān)，通過它可設(shè)置機(jī)架號。IM 4600接口模塊可以插入到通用機(jī)架URUR2和擴(kuò)展機(jī)架ERER2中，插入通用機(jī)架UR1和UR2時(shí)可以可與IM 4600一起配合使用；插入擴(kuò)扎機(jī)架ERER2中時(shí)只能與IM 4603接口模塊一起使用。IM 4600可以插入到URUR2和CR2機(jī)架中，每個機(jī)架中最多可插入6個IM 4600接口模塊。在應(yīng)用中，必須成對使用，例如在中央機(jī)架（CR）中插入發(fā)送模塊IM 4600時(shí)，在擴(kuò)展機(jī)架（ER）中需插入IM 4610。而且在某些條件下，電源模塊無法和IM4611接收模塊共同使用。ER1與ER2只需要一個I/O總線，見于圖38。（4）擴(kuò)展機(jī)架ER1/ER2圖38 擴(kuò)展機(jī)架ER1/ER2ER1與ER2為擴(kuò)展機(jī)架，用于標(biāo)準(zhǔn)的S7400系統(tǒng)中以低成本的方式裝配擴(kuò)展模塊。使用CR2裝配中央機(jī)架的時(shí)候，需要裝配2個CPU模塊和1個電源模塊，進(jìn)行擴(kuò)展的時(shí)候能夠連接21個擴(kuò)展單元，不過需要插入IM發(fā)送接口模塊，而且至多只可以插入6個接口模塊。圖37 通用機(jī)架UR1/UR2（3）中央機(jī)架CR2/CR3CR2為帶18個插槽的用于裝配分段式的中央機(jī)架，它有I/O總線和通信總線，其I/O總線分為帶有10個或8個插槽的局部總線區(qū)段。各種CPU模塊都有其獨(dú)自的I/O模塊，可以做到并行運(yùn)行和相互操作。（2）UR2H機(jī)架UR2H是具有9個插槽的機(jī)架，它其實(shí)是一個機(jī)架導(dǎo)軌上的兩個電器隔離的UR2機(jī)架，多是使用在結(jié)構(gòu)緊湊的冗余S7400H系統(tǒng)中?？梢允褂肬R1與UR2機(jī)架來進(jìn)行裝配擴(kuò)展機(jī)架與中央機(jī)架，使用UR1或UR2裝配中央機(jī)架的時(shí)候，能夠安裝出接收IM之外的全部S7400模塊，而且需要配置一個CPU模塊與一個電源模塊，進(jìn)行擴(kuò)展的時(shí)候能夠連接21個擴(kuò)展單元，不過需要插入IM發(fā)送接口模塊，并且至多可以插入6個接口模塊；當(dāng)UR1或UR2用作擴(kuò)展機(jī)架時(shí)，可以安裝除CPU和發(fā)送IM外的所有S7400模塊。UR1為帶18個插槽的機(jī)架，最多可裝配18個模塊；UR2為帶9個插槽的機(jī)架，最多可裝配9個模塊。S7400的機(jī)架分為通用機(jī)架UR1/UR中央機(jī)架CR2/CR擴(kuò)展機(jī)架ER1/ER2和UR2H機(jī)架。圖35 S7400（CR2機(jī)架）其使用模塊化結(jié)構(gòu)，由數(shù)字量輸入/輸出模塊（DI/DO）、中央處理單元模塊（CPU）、電源模塊（PS）、機(jī)架、模擬量輸入/輸出模塊（AI/AO）、通用處理器（CP）、接口模塊（IM）和功能模塊（FM）等部分組成，如圖36所示。的非零電壓矢量會導(dǎo)致磁鏈降低；零狀態(tài)0與7，基本沒有對定子磁鏈?zhǔn)噶慨a(chǎn)生影響，所以它停止運(yùn)。定子磁鏈與其形成的轉(zhuǎn)矩，都是通過定子電壓空間矢量來進(jìn)行調(diào)節(jié)的；形成的轉(zhuǎn)矩能夠通過不間斷的逆變器狀態(tài)的改變進(jìn)行調(diào)控，從而使定子磁鏈?zhǔn)噶繙p速、停止或者加速；和定子磁鏈?zhǔn)噶繘]有對齊且不多于90176。電壓空間矢量幅值無變化，6個矢量的頂點(diǎn)組成一個正六邊形。記電壓矢量為、依次相對于第1－6種輸出電壓狀態(tài)，可以得到其矢量圖如圖34所示。這兩種情況叫作電壓輸出狀態(tài)與零電壓狀態(tài)。表32 逆變器的開關(guān)組合狀態(tài)狀態(tài)01234567010101010011001100000111逆變器的開關(guān)組合狀態(tài)有兩種情況：（a）6種工作狀態(tài)，表中1～6的狀態(tài)，三相繞組都被連接到同樣的電位。電動機(jī)的輸入電壓根據(jù)這三個開關(guān)的連接情況的對應(yīng)改變。三相異步電動機(jī)供電的逆變器原理圖如圖33所示。在兩相靜止坐標(biāo)(α,β)中有： (31) (32)移項(xiàng)并積分得： (33) (34)定子總磁鏈為： (35)由式(33)、(34)、(35)構(gòu)成了由定子電壓和電流求定子磁鏈的模型。 直接轉(zhuǎn)矩控制的工作原理直接轉(zhuǎn)矩控制是通過在定子靜止坐標(biāo)上來計(jì)算轉(zhuǎn)矩與磁鏈的數(shù)值。控制的方法是利用轉(zhuǎn)矩兩點(diǎn)式調(diào)節(jié)器比較轉(zhuǎn)矩測定值和轉(zhuǎn)矩給定值, 把轉(zhuǎn)矩波動控制在一個合適的容差范圍內(nèi) , 通過頻率調(diào)節(jié)器來調(diào)控容差的數(shù)值。（3）直接轉(zhuǎn)矩控制利用空間矢量研究三相交流電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型 , 調(diào)控各種物理變量 , 把繁瑣的過程變得更容易處理。（1）直接轉(zhuǎn)矩控制在定子坐標(biāo)系下研究交流電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型 , 控制交流電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩與磁鏈,不必拿直流電動機(jī)與其展開比較 、轉(zhuǎn)化與等效, 因此能夠更容易的處理信號，也更容易明確交流電動機(jī)的物理過程。這種方法極大的改善了矢量控制中控制、運(yùn)算繁瑣，特性容易被交流電動機(jī)參數(shù)變化而干擾的情況。在一些應(yīng)用中可以替代繼電器甚至PLC 直接轉(zhuǎn)矩控制原理 直接轉(zhuǎn)矩控制的主要特點(diǎn)直接轉(zhuǎn)矩控制變頻調(diào)速技術(shù)也叫作DTC,是一種新型的高效頻調(diào)速技術(shù) 。（5）使得電能可以循環(huán)利用，各個電機(jī)之間自主制動，不需要進(jìn)行能量回饋（6）多傳動的單元使得設(shè)備穩(wěn)定性能得以提升，并且控制上更為精準(zhǔn)。（3）減少了器件數(shù)量，提高了可靠性。 ABBACS800 多傳動模塊的主要優(yōu)點(diǎn)（1）節(jié)省了連線、安裝和維護(hù)費(fèi)用。（h）控制單元（可選）多傳動包括了AC800M和S800I/O控制單元。（g）動態(tài)制動單元（DBU）在電阻制動時(shí)，一旦設(shè)備當(dāng)中某個回路的電壓過高，斬波器就會開始作用，將其連接到制動電阻。12脈波橋結(jié)構(gòu)可以應(yīng)用于由三繞組變壓器供電的兩個晶閘管整流單元?？煽毓枵鲉卧蓛蓚€反并聯(lián)連接的6脈波可控硅橋組成。由于使用DTC技術(shù)和LCL濾波技術(shù)，極大降低了諧波含量。功率因數(shù)為1的全能量回饋IGBT整流單元不需要功率因數(shù)補(bǔ)償。同時(shí)，控制系統(tǒng)提供接近1的功率因數(shù)。在無源模式中，變流器的工作方式與整流器相同。主電路包括主開關(guān)、濾波器和變流器。（e）IGBT整流單元（ISU）IGBT整流單元用于有能量回饋的傳動系統(tǒng)，它將三相交流電壓整流為直流電壓。（d）二極管整流單元（DSU）二極管整流單元用于沒有能量回饋的傳動系統(tǒng)，它將三相交流電壓整流為直流電壓。（c）傳動單元其內(nèi)部包括一個額外的電容，作用在于對電壓進(jìn)行控制，使其達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，和母線相連的電氣有保護(hù)措施，借助熔斷開關(guān)可以對傳動單元的運(yùn)行進(jìn)行全方位的調(diào)控，而美國逆變器都帶有一個傳動控制單元，包括RMIO板和可選的輸入/輸出(I/O)模塊。（b）進(jìn)線單元（ICU）電源電纜進(jìn)