西門子將電氣化、自動化、數字化的力量融入各行各業(yè),以前所未見的高度、速度、精度和深度,讓關鍵所在,逐一實現。
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有一系列從入門級CPU直到高性能CPU,用于配置控制器。所有CPU控制大量結構;多個CPU可以在一個多值計算配置中一起工作以提高性能。由于CPU的高處理速度和確定性的響應時間,可縮短機器的循環(huán)周期。
不同的CPU具有不同性能,例如,工作存儲器,地址范圍,連接數量和執(zhí)行時間。十款款標準的CPU,集成PROFIBUS、PROFINET 總線接口。
S7- 400尤其適合于加工工業(yè)中的數據密集型任務。高處理速度和確定性的響應時間,縮短高速機械制造業(yè)設備控制的循環(huán)周期。
S7 - 400最好用于整體協調各種設備,控制低級別的系統。這是由高速通訊能力和集成接口來保證的。
S7-400 的成功應用如下:
汽車工業(yè)
標準機械設備制造包括定制的機械設備制造
倉儲系統
建筑工程
鋼鐵行業(yè)
發(fā)電和配電
造紙和印刷業(yè)
木工
紡織業(yè)
醫(yī)藥制品
食品和飲料行業(yè)
處理工程,例如水和廢水處理設施
化工和石化
由于采用各種級別的CPU,S7-400可以靈活擴展升級;I/O能力幾乎是無限的。
強大的CPU允許集成新的功能,無需額外硬件投資,例如處理質量數據,用戶友好的診斷,到更高層次的MES解決方案或通過總線系統的高速通訊。
可以以模塊化的方式構建S7 - 400,有各種用于集中配置和分布式結構的模塊,以實現處理備件方面的低成本。
在操作過程中可以修改S7- 400 的分布式I/O配置(在運行中配置)。另外在工作時還可以刪除和插入信號模塊(熱插拔)。這使得很容易擴展系統或出現故障時替換模塊。
項目的完整數據存儲包括CPU上的符號和注釋,簡化了服務和維護過程。
可以將安全技術和標準自動化集成到一個單一的S7- 400控制器,可以通過S7- 400的冗余結構增加設備的可用性。
S7- 400的許多器件也可用于外部環(huán)境條件SIPLUS版本,例如:擴展溫度范圍(-25+60°C)和在惡劣環(huán)境/冷凝條件下使用。
S7- 400的高速背板總線確保集中式I/ O模塊的高速通訊。
模塊化
S7 - 400的一個重要特點是它的模塊化。S7- 400的高速通訊背板總線和允許直接插入CPU集成的DP接口,允許多條通訊線路的高性能運行。例如,把一根總線用于HMI通訊和編程任務,一根總線用于高性能運動控制,一根總線用于普通I / O現場總線通訊。
此外,也可以實現另外連接到MES-/ERP系統或通過SIMATIC IT連接到互聯網的需要。根據任務情況,可對S7 – 400進行集中擴展或分布式配置。附加設備和接口模塊也可集中用于此目的。在CPU中集成的PROFIBUS或PROFINET接口上也可實現分布式擴展。如果需要,也可以使用通訊處理器(CP)。
設計
設計一個S7 - 400系統基本上包括機架,電源,和中央處理單元。它可以以一個模塊化的方式安裝和擴展。所有的模塊都可以自由地放置在左側插入的電源旁邊。S7- 400具有無風扇的堅固設計。信號模塊可以熱插拔。一個多層面的模塊范圍可用于中央擴展以及具有ET200的分布式拓撲結構的簡單配置。
在集中式擴展中,額外安裝機架直接連接到中央控制器。
除了標準的安裝機架,也提供9槽和18槽鋁合金安裝機架。這些鋁機架可以很高地耐受不利環(huán)境條件,緊固耐用,重量輕25%左右。
多值計算
多值計算,也就是在一個S7- 400中央控制器中的幾個CPU的同時操作,為用戶提供不同的益處:
可通過多值計算共享的S7 - 400的整體性能。例如,在技術復雜的任務中,如開環(huán)控制,可以將計算機或通訊分割和分配給不同的CPU每個CPU分配給自己的,用于此目的本地輸入/輸出。
有些任務也可以從每個多值計算方式中斷開,一個CPU處理關鍵時間的處理任務,另一個處理非關鍵時間的任務。
在多值計算操作中,所有的CPU的運行行為像一個CPU,也就是說,當一個CPU進入STOP狀態(tài),其他的也停止。幾個CPU的動作可以通過同步指令選擇性地協調調用。此外,CPU之間的數據交換通過高速的全局數據通訊機制。
數據/程序存儲器
從精細分級的各種CPU中選擇合適的CPU取決于集成工作存儲區(qū)的大小。集成裝載存儲器(RAM)足以滿足中小型企業(yè)方案。對于大型程序,通過插入RAM或FEPROM存儲卡增大裝載內存(64 KB到64 MB)。
特殊功能
S7- 400 CPU有一些非常有用的特殊功能:
從工程工作站通過網絡更新固件實現更簡單和快速的升級
通過一個系統功能實現額外的寫保護(例如沒有從PC器件下載到CPU)
通過讀取存儲卡的序列號獲得保護,因此,保證了程序只與特定的存儲卡一起運行
集成的路由功能允許在不同總線系統和網絡上訪問數據記錄,例如控制級PC可以通過S7 -400控制器與連接在PROFINET或者PROFIBUS接口上的現場設備進行通訊。
而在西門子的數控產品中最有特點,最有代表性的系統應該是840D系統。因此,我們可以通過了解西門子840D系統,來了解西門子數控系統的結構。首先通過以下的實物圖觀察840D系統。
2. 西門子810D系統的結構組成
SINUMERIK840D是由數控及驅動單元(CCU或NCU),MMC,PLC模塊三部分組成,由于在集成系統時,總是將SIMODRIVE611D驅動和數控單元(CCU或NCU)并排放在一起,并用設備總線互相連接,因此在說明時將二者劃歸一處。
西門子數控系統基本構成圖
2.1 人機界面
人機交換界面負責NC數據的輸入和顯示,它由MMC和OP組成MMC(Man Machine Communication)包括:OP(Operation panel)單元,MMC,MCP(MachineControl Panel)三部分。MMC實際上就是一臺計算機,有自己獨立的CPU,還可以帶硬盤,帶軟驅;OP單元正是這臺計算機的顯示器,而西門子MMC的控制軟件也在這臺計算機中。
(1)、MMC(Man Machinecommunication)
最常用的MMC有兩種:MMCC100.2和MMC103,其中MMC100.2的CPU為486,不能帶硬盤;而MMC103的CPU為奔騰,可以帶硬盤,一般的,用戶為SINUMERIK810D配MMC100.2,而為SINUMERIK840D配MMC103.PCU(PCUNIT)是專門為配合西門子最新的操作面板OP10、OP10S、OP10C、OP12、OP15等而開發(fā)的MMC模塊,目前有三種PCU模塊——PCU20、PCU50、PCU70,PCU20對應于MMC100.2,不帶硬盤,但可以帶軟驅;PCU50、PCU70對應于MMC103,可以帶硬盤,與MMC不同的是:PCU50的軟件是基于WINDOWS NT的。PCU的軟件被稱作HMI,
HMI有分為兩種:嵌入式HMI和高級HMI。一般標準供貨時,PCU20裝載的是嵌入式 HMI,而PCU50和PCU70則裝載高級HMI.
(2)、OP(Operation pannel)
OP單元一般包括一個10.4〞TFT顯示屏和一個NC鍵盤。根據用戶不同的要求,西門子為用戶選配不同的OP單元,如:OP030,OP031,OP032,OP032S等,其中OP031最為常用。
(3)、MCP(Machine controlpannel)
MCP是專門為數控機床而配置的,它也是OPI上的一個節(jié)點,根據應用場合不同,其布局也不同,目前,有車床版MCP和銑床版MCP兩種。對810D和840D,MCP的MPI地址分別為14和6,用MCP后面的S3開關設定。
豐富的模塊使LOGO! 可以擴展到 24 個輸入、16 個輸出、8 個模擬輸入和 2 個模擬輸出。通訊模塊也用于AS - Interface和KNX(Instabus樓宇自動化網絡)?,F在,它還可以使用模擬輸出模塊解決簡單閉環(huán)控制任務。使用PI 控制,斜坡函數和模擬多路復用器的特殊功能,可將加熱和冷卻系統設計為與RTD一起使用。
數字擴展模塊
有四種版本可以擴展數字輸入和輸出:
DM8 230R / DM16 230R
供電電壓 115 / 240 V AC / DC
4個/8個 120 / 230 V AC / DC 數字
4個/8個輸出繼電器,5A/繼電器
DM8 24 / DM16 24
供電電壓 24 V DC
4個/8個 24V DC 數字量輸入
4個/8個數字輸出傳感器,0.3A
DM8 12 / 24R
供電電壓 12 /24 V DC
4個 12 / 24 數字輸入
4個數字輸出繼電器,5A/繼電器
DM8 24R
供電電壓 24 V AC / DC
4個 24 V AC / DC 數字輸入,PNP 或 NPN
4個數字輸出繼電器,5A/繼電器
DM16 24R
供電電壓 24 V DC
8個 24V DC 數字輸入
8個 數字輸出繼電器,5A/繼電器
模擬擴展模塊
有三種模塊可以擴展模擬和溫度 I/O:
AM2
供電電壓 12 /24 V DC
兩通道
測量范圍 0 到10 V 或 0/4 到20 mA
AM2 RTD
供電電壓 12 /24 V DC
兩通道
類型 PT100 或 PT1000
測量范圍 - 50 °C 到 +200 °C
AM2 AQ
供電電壓 24 V DC
2 個模擬輸出
輸出范圍 0 到 10 V 或 0/4 到20mA
可擴展的應用裝置規(guī)模,從100到100.000 I/Os
CPU410是市場上最強勁的控制器
“為你用的東西花錢”- 多層次的價格針對軟/硬件
多樣的用戶界面概念從面板到遠程控制中心
多樣的功能通過PCS7選件(如: TeleControl, PowerControl)
所有的部件都能冗余
對于所有通訊的高可用性、(模擬量/HART, FF, Profibus, Profinet)
應用層面的易于使用
靈活的模塊冗余
為客戶特別需求量身定做
控制器的物理分離(<= 10公里)和IO 模塊(不同機架)
包括安全和防爆配置直到 SIL 3
一體化的工程設計環(huán)境
從COMOS開始進行工廠設計; 根據工藝層級對工廠進行建模; 采用CFC,SFC和安全矩陣等工具進行圖形化組態(tài); 面向過程對象的庫; 工程組態(tài)流程中有效嵌入仿真功能
協同工程組態(tài)
多用戶和多項目工程組態(tài); 批量工程組態(tài)(IEA, AES)
在線工程組態(tài)
設備運行過程中執(zhí)行更改; 簡單升級無需調整組態(tài)
通過高級過程庫(Advanced Process Library)實現舒適操控
通過高級過程畫面(Advanced Process Graphics)快速監(jiān)視工廠總貌
通過先進控制(Advanced Process Control)優(yōu)化生產
前沿的報警管理系統
通過Process Historian和Information Server全面展示生產歷史信息
通過HART或者現場總線 (Profinet / Profibus / FF),集成模擬量設備參數的讀寫功能
通過PDM組態(tài)現場設備
維護站可提供診斷總貌
條件監(jiān)視功能塊提供詳細設備監(jiān)視
“安全集成”- 在同一自動化基礎構架上實現標準的和安全相關的自動化任務
基于規(guī)則化和經認證的信息技術的安全概念,并使用驗證的部
用戶自定義報警顏色
SIMATIC PCS 7 提供靈活的行業(yè)庫概念:
APL為用途和功能設定標準; IL提供擴展功能技術塊; 行業(yè)特定產品, 例如. CEMAT, SIPAT …
SIMATIC PCS 7還允許集成其他技術組件:
SIMATIC Batch & Route Control + APF; SIMATIC PCS 7 PowerControl; SIMATIC PCS 7 TeleControl ...
系統兼容性測試
自動的更新步驟
系統的可靠性策略是生命周期的基礎
通用的管理平臺減少管理工作量