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S7-400 通讯处理器

描述

通讯处理器用于将 S7-400 连接到不同的总线系统/通讯网络，也用于点对点的连接。

作为总线系统的替代品，借助通讯处理器 (CP) 实现的点对点连接功能非常强大且成本较低。当仅要将几个 (RS 485) 设备连接到 SIMATIC S7 时，与总线系统相比，点对点链路的优势是极为明显的。

通讯处理器也能够轻松地将第三方系统连接至 SIMATIC S7-400 系统中。由于 CP 具有很高的灵活性，因此可以执行不同的物理传输介质、传输速度，甚至是自定义的传输协议。对每一个 CP 都有一个组态包。组态包中带有电子手册、参数化屏幕表单和用于 CPU 和 CP 之间通讯的标准功能块。组态数据存储在系统块中并在 CPU 中备份。因此，在更换模块后，新模块马上就可以使用。

借助S7-400 点对点链路模块，针对不同的物理传输介质，只需要插入相关的接口子模块，而无需外部转换器。

1. 应用

2. 通讯模块允许将 SIMATIC S7-400 连接到以下位置（举例）：

3. SIMATIC S7 和 SIMATIC S5 PLC 和许多其它制造商的系统

4. PC、编程设备和 HMI 设备

5. 现场设备

6. 扫描仪和条形码识别器

7. 测量系统

8. 秤重设备

S7-400 产品附件

安装机架

机架设计为壁挂式，可以安装在框架内，或者安装在机柜内。它有以下功能：为模板提供机械支持、为模板提供电源、通过背板总线将各个模板连接在一起。

配置SIMATIC S7-400有多种形式的机架：

- UR1 和 UR2，用于中央控制器和扩展但愿

- CR2，用于有分割的中央控制器

- ER1 和 ER2，用于有信号模板的扩展单元

- UR2-H，用于冗余系统

电源模板

电源模板用于转换220V AC或24V DC，通过背板总线向S7-400 提供5V DC和24V DC。采用冗余电源时，标准系统和容错系统可作为*安全系统运行。

- 发光二极管用于指示内部故障，5V、24V及后备电池

- 一个故障确认按钮

- 输出电压的通断开关

- 一个后备电池安装部件

- 一个电池监视开关

- 一个系统电压选择开关

存储卡

在S7-400 CPU中可以使用的存储卡有两种：一种是RAM卡，用于只需要扩展CPU集成的装载存储器，并且需要经常修改程序的状况；另一种是FEPROM卡，用于需要在存储卡上存储用户程序，即使掉电程序也不会丢失，或者在CPU之外使用扩展卡。

为了满足应用需求，RAM卡和FEPROM卡大存储容量均达到64M。

电池

对于使用RAM扩展装载内存的用户，可以通过使用后备电池，使CPU在断电情况下保持用户程序。

IF-964 PROFIBUS DP 模板

每个S7-400 CPU 可以插入一个或者两个IF-964 接口模板，用于连接PROFIBUS DP 作为主站，通过9针Sub-D 插座连接，传输速率达到9.6 kbit/s 到12Mbit/s。

接口模板

S7-400 系统扩展支持本地扩展和远程扩展两种方式。根据扩展方式的不同，选用的接口模板、连接电缆、传输距离也有所不同。

- 集中式扩展，长距离3m，采用 IM460-0 和 IM461-0

- 集中式扩展，长距离1.5m，采用 IM460-1 和 IM461-1

- 分布式扩展，远距离100m，采用 IM460-3 和 IM461-3

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鉴于西门子现有的eAircraft业务，这个项目对于西门子而言意味着什么？

Frank Anton：继我们2016年与空客达成合作伙伴关系之后，这架大型飞行测试机将是eAircraft迈向混合动力电动飞机未来的一大步 。通过在飞行中测试这架测试机及其电力推进系统，我们将学会如何让这项性创新技术在航空1域大显手。

归功于我们现有的面向无人机以及超轻型和轻型运动类飞机的驱动系统，我们已经涉足航空1域。不久前，我们还推出一个用于城市电动空中出租 CityAirbus的电机原型。

现在，我们正充分运用在研发这些输出功率级别的电机过程中积累的经验，研制适用于座位数在50到100之间的混合动力电动商用飞机的解决方案。 这一发展将促使航空客运降低噪声，同时更具可持续发展性。

你们的计划究竟是什么呢？

Wulf Roscher：eAircraft迄今为止开发的电力推进系统，譬如，我们“创纪录的驱动系统”，已经拥有高达250千瓦的输出功率。但现 在，我们正在开发适用于支线飞机的2兆瓦电力推进系统，其功率约为Extra 330LE驱动系统的8倍。支线飞机机翼上将安装4到8个这样的电机，为飞机的螺 旋桨或涡扇提供动力。这架飞行测试机的电力推进系统将从由机载涡轮机驱动的发电机获得动力。起飞和爬升的动力则来自拥有700千瓦输出功率的锂离子 电池。

Anton：我们的目标是及时将测试机的4个涡轮喷气发动机中的一个，更换为2兆瓦电力推进系统，以按计划在2020年实现首飞。这将 是这样的大功率电机用于推进飞机！我们可以设想，在随后的测试中，我们将再把一个涡轮发动机更换为电力推进系统。

这样强劲的驱动系统会不会很重、很占空间呢？尽管电动交通益处良多，但这样的驱动系统是否高效呢？

Roscher：得益于我们在轻量化工程和高科技材料等1域开展的大量研究工作，我们将大幅降低驱动系统的尺寸和重量。尽管我 们之前的创纪录电机已经能够持续实现高达5.2千瓦/公斤的功率密度，我们仍希望新的2兆瓦电机可以进一步大幅提升这一性能。

Anton：秘诀不在于材料或拓扑。我们所谈论的这种超轻型推进系统之所以能够研发并制造成功，*是西门子PLM仿真软件 SimcenterTM的功劳，它将所有已知的物理和技术影响纳入考虑范围。利用这项技术，我们通过迭代创建出1化双胞胎，从而以虚拟方式优化我们的原型 机。这不仅加快了研发过程，也让我们打造出更为强大的电机。

Franz K?binger说：“目前，树立信任是1化取得成功的关键标准。”他对此深有体会。作为西门子1化企业业务部的营销经理，他非常了解他的客户，他意识到，对于许多公司而言，在迈向1化之前，仍有很高的门槛尚待跨越。他说：“然而，1化可以释放出巨大潜力，让所有人从中受益。”当前发展1实了这一观点：2017年，约有84亿台设备接入互联网。据预测，到2020年，这一1将增至204亿。未来，这将促使工业界持续提高质量标准，提高生产过程的灵活性和成本效益。

K?binger补充道，“尽管如此，许多人担心，网络在实现这种连接的同时，也出现了薄弱点。”这样的担忧不无理由。据估算，2017年网络攻击造成的损失超过5000亿欧元。相互连接的设备和机器越多，如物联网（IoT）就是这种情况，受到1攻击的危险似乎就越大。

面向第四次工业革命的创新技术：在位于德国埃尔兰根的西门子电子制造工厂，它们已经成为现实。这座工厂成功的一个关键原因是人与机器携手合作。

目标：助力1化取得成功

显然，只有当我们成功地为数据和连接系统设立高安全标准时，我们才可能释放出1化转型的巨大潜力。1化和网络安全是一枚的两面。换言之，网络安全之所以成为企业的关键要素，原因正在于1化。K?binger指出，“如今，没有人能够独力应对网络安全的艰巨挑战。为了确保用户能够安全地使用产品，整条产业链上的所有参与者都应同意遵守共同标准。”

为此，在2018年慕尼黑安全会议上，西门子发起了《信任宪章》倡议，以构建安全的1世界，朝着更多合作、更透明的1化世界迈出重要一步。这一步备受关注，因为现在已有12个合作伙伴签署《信任宪章》。感兴趣的公司数量正迅猛增长。

尽管《信任宪章》仍在发展之中，但西门子已经完成其中规定的部分任务。西门子是一家软件和1服务营收高达52亿欧元的公司，已经有超过100万台设备连接至MindSphere。因此，它亟需提高安全水平，以跟上日益增长的1业务组合的步伐。工业安全与西门子业务息息相关，《信任宪章》有两个重要主题涉及这个1域：“1供应链责任”和“工厂设置的网络安全”。这两个主题紧密交织，二者都要求签署人确保在物联网的每一层提供保护。

“深度防御”——西门子的整体性安全概念

Franz K?binger说：“西门子已经对这些要求作出响应。我们的应对之道名为深度防御。这是我们提出的工业安全概念。您不妨将之设想成洋葱的许多层。就这个比喻而言，我们用多个防御层来保护洋葱内部，意即整座工厂及其所有要素，包括有关网络。创建单个要素的过程中，换句话说，产品开发过程中，已经将安全事项纳入考虑。我们称之为安全设计。”

K?binger认为，“每座工厂各不相同，但有一些原则应当始终牢记。”保障工业设施安全必须遵循三个基本步骤。步是确保工厂的总体安全——也就是说，工厂应设置进出门禁，采取诸如安全政策等组织措施，以及监测工厂的异常情况，这些异常可能表明工厂受到网络攻击。步是保护网络安全，包括安装防火墙和数据传输加密。第三步侧重于系统完整性——换句话说，保护单个终端和系统，防止个人非法访问和非法更改。这样一来，潜在攻击者必须突破多重阻碍的组合，这比仅仅破解单独的安全措施要困难得多，耗时亦更长。

友好1：主动迎接考验

此外，西门子有一支专门的CERP团队（网络应急准备小组）负责执行自我监测过程。这个部门使用“友好1”方法来测试西门子自有产品和解决方案，以及公司的内部IT基础设施。此外，当报出薄弱点或事故时，也会调用这支专家小组。这时，专家们将检查是否有任何西门子产品受到影响，并确定是哪个产品受到影响，以便尽快提供安全更新程序。按照《信任宪章》规定，这种情况下，西门子将及时告知行业客户所有薄弱点，并提供安全更新程序和纠正措施。K?binger说：“要想消除薄弱点，保持透明度至关重要。一旦发现问题，我们将及时告知客户并提供解决方案。”无论问题严重程度如何，结论总是一样的：“我们只有同心协力，才能保护1基础设施。”