西门子S7-400 PLC作为高端可编程逻辑控制器，其强大的通信能力是实现复杂、大型、分布式自动化系统的基石。这些通信功能主要依赖于各种专用的通信处理器模块。以下是对S7-400主要通信模块及其应用的详细介绍：

1. 核心通信处理器模块类型：

• 点对点通信处理器 (CP 440 / CP 441-1 / CP 441-2):

  • 功能: 提供串行通信接口（如 RS-232C, RS-422/485(TTY)）。用于连接具备串行通信接口的设备。
  • 接口类型:
    • CP 440: 1个 RS-422/485 接口。
    • CP 441-1: 1个模块化接口（可插入通信子模块，支持 RS-232C, TTY, RS-422/485, 20mA TTY）。
    • CP 441-2: 2个模块化接口。
  • 关键协议/驱动：
    • ASCII: 自由口通信，通过用户编程实现自定义协议（S7协议块如FB2, FB3, FB P_RCV/R等）。
    • 3964(R): 西门子/罗兰的简单可靠协议。
    • RK 512: 西门子特定协议（较少用）。
    • 打印机驱动: 直接驱动标准打印机。
    • 特定驱动（需额外授权）： MODBUS RTU Master/Slave（如CP441-2 + MOBA-RS），通过专用软件包实现。
  • 典型应用场景：
    • 连接条码阅读器、RFID阅读器。
    • 连接老式的具有串口的显示面板、打印机。
    • 连接基于ASCII协议的仪器仪表（如流量计、电子秤）。
    • 连接第三方PLC或控制器（当它们仅支持串口且无标准工业总线时）。
    • MODBUS应用: 作为Modbus主站读取现场仪表（流量、温度等）数据，或作为从站将PLC数据提供给上位Modbus主站系统（如SCADA/HMI）。

• PROFIBUS通信处理器 (CP 443-5 Basic / CP 443-5 Extended):

  • 功能: 提供PROFIBUS DP接口，将S7-400接入PROFIBUS网络，作为主站（Master）、从站（Slave）或非循环服务的通讯伙伴。
  • 接口类型: 1个 PROFIBUS DP 接口。
  • 关键特性:
    • CP 443-5 Basic:
      • DP主站（需加载相应驱动），支持连接远程I/O（DP从站）和操作面板（HMI）。
      • S7通讯服务（客户端/服务器）。
      • S5兼容通讯（发送/接收）。
    • CP 443-5 Extended:
      • 包含所有CP443-5 Basic功能。
      • DP从站能力 (核心优势): 可以让S7-400作为一个强大的智能从站（I从站）接入另一个主站系统（如另一个S7-400/1500主站、或其他品牌PLC主站）。
      • FDL服务（西门子S5兼容点对点）、FMS服务（较少用）。
      • 编程/调试接口。
  • 典型应用场景:
    • 主站: 控制分布式远程I/O站（ET 200M/ET 200S等）、变频器、智能仪表等PROFIBUS从站设备。
    • 从站 (CP443-5 Ext):
      • 分布式控制器: 在大型系统中，整个S7-400站点可以作为上级大型PLC（如S7-1500）或DCS系统的一个功能强大的智能子站。
      • 多主站网络: 多个S7-400（作为主站或从站）通过PROFIBUS交互数据。
      • 集成第三方主站: 例如将S7-400作为西门子系统的一部分，接入第三方主控系统的PROFIBUS网络。
    • S7通讯: 与其它S7-300/400/1200/1500 PLC进行高效数据交换。
    • PG/OP通讯: 编程设备（如TIA Portal或经典STEP7）访问、HMI（触摸屏、面板）连接。

• 工业以太网通信处理器 (CP 443-1 / CP 443-1 Advanced / CP 443-1 EX4x):

  • 功能: 提供标准RJ45工业以太网接口，将S7-400接入以太网网络，支持TCP/IP协议族以及西门子的工业协议。这是目前最常见和核心的通信模块。
  • 接口类型: 至少1个或2个（如CP443-1 EX40）RJ45接口（10/100Mbit/s自适应）。
  • 关键协议/服务：
    • S7通讯 (原生高速): 与其他S7 PLC（包括S7-1200/1500）进行高效、确定性的数据交换（使用PUT/GET等块）。
    • PROFINET:
      • IO控制器 (CP443-1 Adv/EX4x): 控制PROFINET IO设备（如远程IO ET200SP、ET200MP、变频器、伺服驱动器等）。
      • IO设备 (CP443-1 Adv/EX4x): 让S7-400作为IO设备被其他IO控制器（如S7-1500）控制（需要配置GSD文件）。
      • CBA组件通讯（较少用）。
    • TCP/IP & UDP: 标准套接字通信，用于连接非西门子设备（PC服务器、高级HMI/SCADA系统、第三方PLC、数据库、打印机、支持TCP/IP的设备）。可编程实现客户端或服务器。
    • ISO-on-TCP (RFC1006): 可靠的、面向连接的传输，常用于与第三方系统进行S7兼容通讯（即使对方不是西门子设备，只要支持RFC1006）。
    • FTP: 文件传输协议客户端/服务器（CP443-1 Adv/EX4x），用于上传/下载PLC的文件（如配方、归档数据）。
    • SNMP: 简单网络管理协议，用于网络监控。
    • E-mail (CP443-1 Adv/EX4x): 发送邮件（如报警通知）。
    • Web Server (CP443-1 Adv/EX4x): 提供标准的Web页面访问，用于状态显示、诊断，甚至进行简单的控制操作（需要安全考量）。
    • OPC服务器访问: 通过以太网连接作为OPC客户端或服务器。
    • PG/OP通讯: 主要编程设备访问和HMI连接方式。
  • 扩展功能 (CP443-1 EX4x):
    • 冗余通讯 (CP443-1 ERPC): 专为S7-400H高可用性冗余系统设计，实现两个CPU之间以及与冗余网络（如工业环网）的无缝连接和切换。
  • 典型应用场景:
    • 工厂级骨干网络: 通过工业以太网与SCADA系统、MES系统、数据库、云平台连接交换生产数据。
    • 远程监控与控制: 通过网络远程访问PLC进行诊断、维护、参数调整。
    • 连接上位系统: 与WinCC等组态软件，甚至ERP系统（通过中间件）通讯。
    • PROFINET IO控制: 作为IO控制器管理大量分布式IO、驱动设备，构建现代化的分布式自动化架构。
    • 设备级联网: 将PLC接入本地局域网，与其他设备（如条码枪、智能相机、AGV调度系统）通讯。
    • 跨系统集成: 通过TCP/IP或ISO-on-TCP连接非西门子设备。
    • 数据采集与传输: 将过程数据发送到数据库（使用SQL语句或通过OPC/中间件）。
    • 高可用性系统: (CP443-1 EX4x系列) 用于冗余PLC系统确保生产连续性。

• 特殊通信处理器：

  • PROFIBUS FMS通信处理器 (CP 443-5 FMS): 专用于PROFIBUS FMS协议（Fieldbus Message Specification），该协议在现代系统中已很少使用。
  • 点对点通信处理器 (CP 441-2)： 前面已介绍。
  • 多点接口 (MPI/DP组合口)：
    • 早期CPU本身集成的接口（如X1/X2），可以配置为MPI或PROFIBUS DP主站（但性能通常弱于专用CP模块）。
    • 应用: 主要用于连接少量PG/OP（如编程电脑、触摸屏），或连接少量DP从站（性能要求不高的场合）。现代通信主要依赖以太网或专用CP。

2. 关键应用领域与总结:

• 工厂自动化 (FA): 通信模块是构建大型分布式自动化系统的核心，连接PLC、HMI、SCADA、MES。
• 过程自动化 (PA): 连接过程仪表、阀门定位器（通过PROFIBUS PA、HART网关或以太网），并将数据传输到DCS或上层系统。
• 制造执行系统 (MES): 通过以太网TCP/IP或OPC UA与MES系统通讯，提供生产订单、质量数据、设备状态等信息。
• 状态监视与诊断: 模块本身的诊断信息、网络诊断（SNMP, Web Server）对于设备预防性维护至关重要。
• 数据采集与历史记录 (Historian): 将过程数据通过以太网或OPC发送给历史数据库。
• 驱动技术: 通过PROFIBUS DP或PROFINET IO控制和管理西门子或第三方变频器、伺服驱动器。
• 楼宇自动化 (BA): 在大型建筑群（如机场、医院）中，作为子系统控制器与其他BA设备通讯。
• 系统集成: 作为“桥梁”连接不同供应商的设备或不同时代的系统（如通过串口连接老设备，通过以太网连接新系统）。

总结:

• CP443-1系列 (工业以太网) 是现代S7-400通信的主流选择，尤其CP443-1 Advanced或CP443-1 EX40，支持PROFINET、TCP/IP、S7等核心协议，功能强大且通用性好。
• CP443-5 Extended 在需要将S7-400作为PROFIBUS智能从站接入更高层控制系统时必不可少。
• CP440/CP441系列 在需要连接串口设备或特定Modbus RTU应用时仍有重要作用。
• 通信模块的选择取决于具体的网络类型、协议需求、性能要求、成本、是否需要主/从站功能以及是否需要特殊功能（如冗余、Web、FTP、E-mail）。
• S7通讯（通过PROFIBUS或以太网） 是西门子PLC之间最高效的数据交换方式。
• 结合西门子的TIA Portal（针对较新的CP型号）或STEP 7 Classic配置工具，可以方便地对这些通信模块进行组态和编程。

在实际项目中，通常会结合使用多种通信模块以满足不同的连接需求，例如通过CP443-1连接工厂骨干网和PROFINET IO，通过CP443-5 Ext作为从站接入上级系统，同时用CP441-2连接串口秤。