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西门子CPU414F-3PN/DP控制器
西门子产品订货号：6ES7414-3FM07-0AB0

西门子产品价格：98  RMB

西门子产品净重：0.370 Kg

西门子产品承诺：质保一年，原装*

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概述

S7-400 是 SIMATIC 控制器家族功能zui为强大的 PLC。它可以成功实现全集成自动化 (TIA) 解决方案。S7-400 是一个用于制造业和过程工业系统解决方案的自动化平台，其主要特点是具有模块化的结构并拥有性能储备。

S7-400

• 中端到性能范围内功能强大的 PLC
• 可满足要求极为苛刻的任务的解决方案
• 模块和各种性能等级 CPU 可针对具体自动化任务进行调整
• 可实现分布式结构，适用十分灵活
• 连接方便
• *通信和联网功能
• 操作方便，设计简单，不含风扇
• 任务增加时可顺利扩展
• 多重计算：
  多个 CPU 在一个 S7-400 *控制器中同时运行。
  多重计算功能可对 S7-400 的总体性能进行分配。例如，可将复杂的技术任务（如开环控制、计算或通信）进行拆分并分配给不同的 CPU。可以为每个 CPU 分配自己的 I/O。
• 模块化：
  通过功能强大的 S7-400 背板总线和可直接连接到 CPU 的通信接口，可实现许多大量通信线路的高性能操作。例如，这样可以拥有一条用于 HMI 和编程任务的通信线路、一条用于高性能等距运动控制组件的通信线路和一条“正常”I/O 现场总线。另外，还可以实现额外需要的与 MES/ERP 系统或 Internet 的连接。
• 工程组态和诊断：
  结合使用 SIMATIC 工程组态工具，可极为高效地对 S7-400 进行组态和编程，尤其对于采用高性能工程组件的广泛自动化任务。为此，可以使用高级语言（如 SCL）以及用于顺序控制、状态图和工艺图的图形化组态工具。

S7-400H

• 具有冗余设计的高可用性自动化系统。
• 用于具有很高故障安全要求的应用：
  重新启动成本很高、停产代价高昂、几乎不需要监视且维护选项较少的过程。
• 冗余设计的功能
• 提高 I/O 的可用性：切换式 I/O 配置
• 也可使用具有标准可用性的 I/O：单侧配置
• 热后备：发生故障时，自动切换到备用设备。
• 包含 2 个单独机架或一个分隔式*机架的配置
• 通过冗余 PROFIBUS DP 或系统冗余 PROFINET I/O 来连接切换式 I/O。

S7-400F/FH

• 故障安全型自动化系统，适用于具有很高安全要求的工厂
• 符合相关标准的安全要求（IEC 61508 的 SIL 3、DIN V 19250 的 AK6 以及EN 954-1 的 Cat.4）
• 如果需要，也可通过冗余设计来实现容错
• 不对安全相关 I/O 进行额外接线
• 通过采用 PROFIsafe 行规的 PROFIBUS DP 实现安全通信
• 基于带有故障安全模块的 S7-400H 和分布式 ET 200 I/O
• 适用于非安全相关应用的标准模块也可以在自动化系统中使用
• 隔离模块用于在一个 ET 200M 的安全模式下组合使用故障安全模块和标准模块。

西门子CPU414F-3PN/DP控制器
西门子产品订货号：6ES7414-3FM07-0AB0

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PLC在电力载波输出的功率放大器设计中的应用

　　1 放大器设计要求和基本电路

　　根据*标准的要求，载波信号的总谐波失真应小于O．05％，由于需要在室外工作，所以电路需要能够在-30℃的环境中正常工作，输出功率应达到1 W。在本设计中，为了达到输出功率的需求，供电部分采用12 V直流供电，电源内阻为10 Ω。信号源为数／模转换芯片的输出信号，频率为132 kHz，信号电压峰值为2．5 V，芯片内阻为2 kΩ。负载为电力线，在仿真中采用如图1所示的人工电源网络模型。

　　基本电路如图2所示，Q9为前级放大，Q8，Q12为后级输出。输入与输出之间引入负反馈，调节增益，使得输出功率满足实际应用的需要，同时起到降低谐波失真的作用。前后级直接耦合，以简化电路，降低成本。

　　2 温度影响

　　2．1 温度降低的影响及解决办法

　　当温度降低时，使得晶体管集电极电流降低，而基极电流增大，当Q9基极电流增大时，R5电流增大，两端压降也随之增大，而R5左端电压为O．7 V基本不变，于是右端电压上升，使得静态工作点高于Vcc／2，于是输出波形的正半周顶端出现失真。

　　解决方法：

　　(1)被动温度适应法。加大负反馈降低增益，即R7的设定值降低，使得静态工作点的上升不至于使输出波形失真。缺点是降低了输出。把R7调整为3 kΩ，电路可以在-30℃下正常工作，基波3 V，三次谐波为1 mV。

　　(2)主动温度补偿法：将R5设定为可变电阻，当温度降低时，降低R5阻值，使静态工作点保持不变，也就避免了输出波形的失真。

　　2．2 温度上升的影响及解决办法

　　使用推挽式输出级通常要通过偏置电路消除交越失真，zui简单的方法是使用D7和D8两个二极管来实现。当负载电流较大时，三极管温度升高，be间电压降低，而二极管电流并不大，其正向导通电压Ve变化不大，这样，Vbe和Ve之间的电位差使得三极管中流过的电流加大，温度进一步上升，电位差更大，三极管电流也更大，zui终使三极管发生热损坏。解决方法：

　　(1)如图3所示，在2个三极管射极输出端串联2个电阻，限制电流。

　　(2)使用如图4所示的电路，将3个三极管靠近，使它们热耦合，则随着温度变化，Q3两端电压也会变化，从而抑制了热击穿。

　　当三极管功率不是太大时，可以直接使用二极管偏置。

　　3 负反馈电路的改进

　　将基本电路中的R8使用如图5所示的LC谐振电路代替，可以将132 kHz频率的信号正确反馈，而其他频率信号则被衰减至很小，从而改善输出波形。

　　电容和电感的取值由公式来获得。谐振频率相同时，电容容量越小，电感数值越大，品质因数越大，选频特性越好，为了得到合适的负反馈，加入了电阻来调整品质因数。

　　从表1可以看出，使用LC谐振作为负反馈可以在一定程度上抑制谐波失真。

　　选频负反馈的使用使得电路只使用于特定频率的功率放大，若需要较大范围的频率响应，则不适合采用选频电路。

　4 偏置电路的改进

　　使用图6所示的恒流源代替基本电路中的电阻R1，使得偏置电路中的电流不会受到输入端的影响，从而使输出端更加稳定，降低失真。

　　由表2两者的对比可以看出，使用恒流源代替电阻可以使谐波失真大大降低，但是温度特性会变差，使用中需要注意温度补偿。

　　温度特性变差，但相对其对谐波失真的改进来看，此影响很小，所以在电路中恒流源的引入是非常有意义的。

　　5 提高输入电阻

　　加入前面所述的选频负反馈电路之后，输入电阻变得很小，大概只有200～300 Ω，当信号源内阻变化时，会导致输出端波形变化很大，并可能出现严重失真。所以需要采取措施提高输入电阻，以降低信号源变化所带来的影响。

　　方法1  通常可以采用射级跟随电路作为前级输入端的方法来提高输入电阻，此方法效果好，成本高。

　　方法2  当对输入电阻阻值要求不是太大时，可以简单的在输入端串联一定数值的电阻，来达到提高输入电阻的目的，此方法实现简单，成本低。

　　在本应用中，信号由特定DA芯片提供，信号源内阻变化不大，适合采用第2种方法。

　　6 晶体管的选择

　　zui大管压降：电源采用了12 V供电，所以晶体管zui大管压降应大于12 V；zui大电流：经PSpice仿真，测得输出级的2个三极管zui大电流为150 mA，电流源和前级放大晶体管小于10 mA；zui大功耗：经PSpice仿真，测得输出级的2个三极管zui大瞬时功耗550 mW，前级放大晶体管zui大瞬时功耗小于60 mW；工作温度：产品需要能在室外环境中正常工作；频率特性：截止频率大于300 kHz；综合考虑，选择2N3904和N3906晶体管。

　　7 改进后的电路图及性能

　　根据前面所述的方法对开始的基本电路进行改进，得到zui后的实用电路，如图7所示。电源：+12 V，内阻10 Ω；输出信号总谐波失真率约O．05％；输入阻抗：1．2 kΩ。输出阻抗：6 Ω；输出电压：8．3 V；zui低工作温度：-30℃。