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西門子CPU414F-3PN/DP控制器
西門子產(chǎn)品訂貨號：6ES7414-3FM07-0AB0

西門子產(chǎn)品價格：98  RMB

西門子產(chǎn)品凈重：0.370 Kg

西門子產(chǎn)品承諾：質(zhì)保一年，原裝*

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概述

S7-400 是 SIMATIC 控制器家族功能zui為強(qiáng)大的 PLC。它可以成功實(shí)現(xiàn)全集成自動化 (TIA) 解決方案。S7-400 是一個用于制造業(yè)和過程工業(yè)系統(tǒng)解決方案的自動化平臺，其主要特點(diǎn)是具有模塊化的結(jié)構(gòu)并擁有性能儲備。

S7-400

• 中端到性能范圍內(nèi)功能強(qiáng)大的 PLC
• 可滿足要求極為苛刻的任務(wù)的解決方案
• 模塊和各種性能等級 CPU 可針對具體自動化任務(wù)進(jìn)行調(diào)整
• 可實(shí)現(xiàn)分布式結(jié)構(gòu)，適用十分靈活
• 連接方便
• *通信和聯(lián)網(wǎng)功能
• 操作方便，設(shè)計(jì)簡單，不含風(fēng)扇
• 任務(wù)增加時可順利擴(kuò)展
• 多重計(jì)算：
  多個 CPU 在一個 S7-400 *控制器中同時運(yùn)行。
  多重計(jì)算功能可對 S7-400 的總體性能進(jìn)行分配。例如，可將復(fù)雜的技術(shù)任務(wù)（如開環(huán)控制、計(jì)算或通信）進(jìn)行拆分并分配給不同的 CPU?？梢詾槊總€ CPU 分配自己的 I/O。
• 模塊化：
  通過功能強(qiáng)大的 S7-400 背板總線和可直接連接到 CPU 的通信接口，可實(shí)現(xiàn)許多大量通信線路的高性能操作。例如，這樣可以擁有一條用于 HMI 和編程任務(wù)的通信線路、一條用于高性能等距運(yùn)動控制組件的通信線路和一條“正常”I/O 現(xiàn)場總線。另外，還可以實(shí)現(xiàn)額外需要的與 MES/ERP 系統(tǒng)或 Internet 的連接。
• 工程組態(tài)和診斷：
  結(jié)合使用 SIMATIC 工程組態(tài)工具，可極為高效地對 S7-400 進(jìn)行組態(tài)和編程，尤其對于采用高性能工程組件的廣泛自動化任務(wù)。為此，可以使用高級語言（如 SCL）以及用于順序控制、狀態(tài)圖和工藝圖的圖形化組態(tài)工具。

S7-400H

• 具有冗余設(shè)計(jì)的高可用性自動化系統(tǒng)。
• 用于具有很高故障安全要求的應(yīng)用：
  重新啟動成本很高、停產(chǎn)代價高昂、幾乎不需要監(jiān)視且維護(hù)選項(xiàng)較少的過程。
• 冗余設(shè)計(jì)的功能
• 提高 I/O 的可用性：切換式 I/O 配置
• 也可使用具有標(biāo)準(zhǔn)可用性的 I/O：單側(cè)配置
• 熱后備：發(fā)生故障時，自動切換到備用設(shè)備。
• 包含 2 個單獨(dú)機(jī)架或一個分隔式*機(jī)架的配置
• 通過冗余 PROFIBUS DP 或系統(tǒng)冗余 PROFINET I/O 來連接切換式 I/O。

S7-400F/FH

• 故障安全型自動化系統(tǒng)，適用于具有很高安全要求的工廠
• 符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的安全要求（IEC 61508 的 SIL 3、DIN V 19250 的 AK6 以及EN 954-1 的 Cat.4）
• 如果需要，也可通過冗余設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)容錯
• 不對安全相關(guān) I/O 進(jìn)行額外接線
• 通過采用 PROFIsafe 行規(guī)的 PROFIBUS DP 實(shí)現(xiàn)安全通信
• 基于帶有故障安全模塊的 S7-400H 和分布式 ET 200 I/O
• 適用于非安全相關(guān)應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)模塊也可以在自動化系統(tǒng)中使用
• 隔離模塊用于在一個 ET 200M 的安全模式下組合使用故障安全模塊和標(biāo)準(zhǔn)模塊。

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PLC在電力載波輸出的功率放大器設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

　　1 放大器設(shè)計(jì)要求和基本電路

　　根據(jù)*標(biāo)準(zhǔn)的要求，載波信號的總諧波失真應(yīng)小于O．05％，由于需要在室外工作，所以電路需要能夠在-30℃的環(huán)境中正常工作，輸出功率應(yīng)達(dá)到1 W。在本設(shè)計(jì)中，為了達(dá)到輸出功率的需求，供電部分采用12 V直流供電，電源內(nèi)阻為10 Ω。信號源為數(shù)／模轉(zhuǎn)換芯片的輸出信號，頻率為132 kHz，信號電壓峰值為2．5 V，芯片內(nèi)阻為2 kΩ。負(fù)載為電力線，在仿真中采用如圖1所示的人工電源網(wǎng)絡(luò)模型。

　　基本電路如圖2所示，Q9為前級放大，Q8，Q12為后級輸出。輸入與輸出之間引入負(fù)反饋，調(diào)節(jié)增益，使得輸出功率滿足實(shí)際應(yīng)用的需要，同時起到降低諧波失真的作用。前后級直接耦合，以簡化電路，降低成本。

　　2 溫度影響

　　2．1 溫度降低的影響及解決辦法

　　當(dāng)溫度降低時，使得晶體管集電極電流降低，而基極電流增大，當(dāng)Q9基極電流增大時，R5電流增大，兩端壓降也隨之增大，而R5左端電壓為O．7 V基本不變，于是右端電壓上升，使得靜態(tài)工作點(diǎn)高于Vcc／2，于是輸出波形的正半周頂端出現(xiàn)失真。

　　解決方法：

　　(1)被動溫度適應(yīng)法。加大負(fù)反饋降低增益，即R7的設(shè)定值降低，使得靜態(tài)工作點(diǎn)的上升不至于使輸出波形失真。缺點(diǎn)是降低了輸出。把R7調(diào)整為3 kΩ，電路可以在-30℃下正常工作，基波3 V，三次諧波為1 mV。

　　(2)主動溫度補(bǔ)償法：將R5設(shè)定為可變電阻，當(dāng)溫度降低時，降低R5阻值，使靜態(tài)工作點(diǎn)保持不變，也就避免了輸出波形的失真。

　　2．2 溫度上升的影響及解決辦法

　　使用推挽式輸出級通常要通過偏置電路消除交越失真，zui簡單的方法是使用D7和D8兩個二極管來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)負(fù)載電流較大時，三極管溫度升高，be間電壓降低，而二極管電流并不大，其正向?qū)妷篤e變化不大，這樣，Vbe和Ve之間的電位差使得三極管中流過的電流加大，溫度進(jìn)一步上升，電位差更大，三極管電流也更大，zui終使三極管發(fā)生熱損壞。解決方法：

　　(1)如圖3所示，在2個三極管射極輸出端串聯(lián)2個電阻，限制電流。

　　(2)使用如圖4所示的電路，將3個三極管靠近，使它們熱耦合，則隨著溫度變化，Q3兩端電壓也會變化，從而抑制了熱擊穿。

　　當(dāng)三極管功率不是太大時，可以直接使用二極管偏置。

　　3 負(fù)反饋電路的改進(jìn)

　　將基本電路中的R8使用如圖5所示的LC諧振電路代替，可以將132 kHz頻率的信號正確反饋，而其他頻率信號則被衰減至很小，從而改善輸出波形。

　　電容和電感的取值由公式來獲得。諧振頻率相同時，電容容量越小，電感數(shù)值越大，品質(zhì)因數(shù)越大，選頻特性越好，為了得到合適的負(fù)反饋，加入了電阻來調(diào)整品質(zhì)因數(shù)。

　　從表1可以看出，使用LC諧振作為負(fù)反饋可以在一定程度上抑制諧波失真。

　　選頻負(fù)反饋的使用使得電路只使用于特定頻率的功率放大，若需要較大范圍的頻率響應(yīng)，則不適合采用選頻電路。

　4 偏置電路的改進(jìn)

　　使用圖6所示的恒流源代替基本電路中的電阻R1，使得偏置電路中的電流不會受到輸入端的影響，從而使輸出端更加穩(wěn)定，降低失真。

　　由表2兩者的對比可以看出，使用恒流源代替電阻可以使諧波失真大大降低，但是溫度特性會變差，使用中需要注意溫度補(bǔ)償。

　　溫度特性變差，但相對其對諧波失真的改進(jìn)來看，此影響很小，所以在電路中恒流源的引入是非常有意義的。

　　5 提高輸入電阻

　　加入前面所述的選頻負(fù)反饋電路之后，輸入電阻變得很小，大概只有200～300 Ω，當(dāng)信號源內(nèi)阻變化時，會導(dǎo)致輸出端波形變化很大，并可能出現(xiàn)嚴(yán)重失真。所以需要采取措施提高輸入電阻，以降低信號源變化所帶來的影響。

　　方法1  通?？梢圆捎蒙浼壐S電路作為前級輸入端的方法來提高輸入電阻，此方法效果好，成本高。

　　方法2  當(dāng)對輸入電阻阻值要求不是太大時，可以簡單的在輸入端串聯(lián)一定數(shù)值的電阻，來達(dá)到提高輸入電阻的目的，此方法實(shí)現(xiàn)簡單，成本低。

　　在本應(yīng)用中，信號由特定DA芯片提供，信號源內(nèi)阻變化不大，適合采用第2種方法。

　　6 晶體管的選擇

　　zui大管壓降：電源采用了12 V供電，所以晶體管zui大管壓降應(yīng)大于12 V；zui大電流：經(jīng)PSpice仿真，測得輸出級的2個三極管zui大電流為150 mA，電流源和前級放大晶體管小于10 mA；zui大功耗：經(jīng)PSpice仿真，測得輸出級的2個三極管zui大瞬時功耗550 mW，前級放大晶體管zui大瞬時功耗小于60 mW；工作溫度：產(chǎn)品需要能在室外環(huán)境中正常工作；頻率特性：截止頻率大于300 kHz；綜合考慮，選擇2N3904和N3906晶體管。

　　7 改進(jìn)后的電路圖及性能

　　根據(jù)前面所述的方法對開始的基本電路進(jìn)行改進(jìn)，得到zui后的實(shí)用電路，如圖7所示。電源：+12 V，內(nèi)阻10 Ω；輸出信號總諧波失真率約O．05％；輸入阻抗：1．2 kΩ。輸出阻抗：6 Ω；輸出電壓：8．3 V；zui低工作溫度：-30℃。