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SIMOTION P - 基于 PC 的運動控制系統

豐富的運動控制功能，集成在緊湊的嵌入式工業(yè) PC 中：SIMOTION P320-4

SIMOTION P320-4 是一種高性能、超緊湊和免維護型嵌入式工業(yè) PC，已在惡劣運行條件下得到驗證。SIMOTION P320-4 既有 PLC 的堅固可靠性，又有 SIMOTION 的全面運動控制功能。

SIMOTION P320-4 包括兩個高性能型號：

• SIMOTION P320-4 E（嵌入式）
  處理器：Inb i3 處理器（第三代）
  存儲器：內部 CFast/外部可訪問 CFast 
  操作系統：Windows Embedded Standard 7
• SIMOTION P320-4 S（標準型）
  處理器：Inb i7 處理器
  存儲器：內置固態(tài)硬盤 (SSD)/外部可訪問 CFast
  操作系統：Windows 7 Ultimate

SIMOTION P320-4 供貨范圍：

SIMOTION P320-4 隨附有大容量存儲器以及相關的 SIMOTION 運行系統軟件。

• 內置大容量存儲器：Windows 操作系統和 SIMOTION 運行系統固件
• 外置可存取海量存儲器：SIMOTION 項目和用戶數據

Windows 操作系統具有的開放性

這種開放性是基于 PC 的解決方案的突出特點：

• 聯網靈活
• 數據存儲容量大
• 數據備份方案
• 集成通信

復雜的數據測定和顯像任務，甚至能通過 SIMOTION P，直接在 PC 上輕松執(zhí)行工程技術操縱。如需要其它系統的 HMI 軟件，可使用標準化的 OPC 器接口。

通過集成的以太網接口，可以通過 SIMOTION IT 訪問集成 Web 器上的數據。通信回路采用標準 IT 協議，進行調試、診斷和維護。

也可以使用遠程維護、診斷和遠程等功能。
另外還提供了標準 PC 接口，用于連接以下部件：

• 打印機、鍵盤和鼠標等硬件
• 可視化軟件或 Microsoft Office 程序等軟件。

SIMOTION 操作系統具有實時功能

完全獨立的 SIMOTION 操作系統與 SIMOTION P 上的 Windows 并行運行。通過這種實時擴展，可實現能夠滿足 SIMOTION P 平臺上的高性能要求的復雜運動控制應用。

功能強大的 PC 技術

• 系統采用新的 PC 處理器技術，可確保提供佳性能。
• 指令執(zhí)行速度非常之快，為中高端性能范圍提供了新的應用機會。

• 開環(huán)控制、運動控制、技術、可視化和標準 Microsoft 應用程序均集成在同一平臺上，無需執(zhí)行耗時的安裝即可直接使用
• 功能強大的新 PC 處理器架構帶來了性能的提升
• 基于 Windows 操作系統，因此對各種標準應用程序具有開放性
• 可基于工業(yè)以太網使用標準 PC 通信機制
• 簡易軟件升級
• 用戶友好型操作
• 通過現有通信接口實現靈活聯網該 SIMOTION P320-4 版本具有一個集成式 PROFINET 接口和工業(yè)以太網接口。對于也需要 PROFIBUS DP 連接的應用，可使用帶有兩個 PROFIBUS 接口的可選模塊 IsoPROFIBUS 板。
• 集成眾多功能因而功能強大
• 在同一程序中輕松對開環(huán)控制和運動控制應用進行工程配置

• 軟控制器用于在 SIMATIC IPC 上執(zhí)行 SIMATIC S7-1500 控制器的功能
• 針對使用 IPC427 小型箱式 PC 和 IPC477D 面板式 PC 完成的基于 PC 的控制任務進行了。
• 也可在 IPC627D 和 IPC827D 箱式 PC、IPC677D 面板式 PC 以及 IPC647D 和 IPC847D 機架式 PC 上使用

CPU 1507S 軟控制器具有以下組件：

• 獨立于 Windows 的控制內核：
  • 通過實時 Hypervisor 技術并行運行控制和 Windows
  • 可在控制運行時重啟 Windows
  • 不依賴于 Windows 而訪問大容量存儲器（CFast、固態(tài)硬盤、硬盤），以便獨立存儲組態(tài)和數據
• 屏幕應用程序具有以下功能：
  • 顯示概覽信息，如集成接口的 IP 地址、站名稱、設備名稱、位置標識符等。
  • 顯示診斷信息
  • 模塊信息顯示
  • 顯示可由用戶定義的徽標
  • 顯示顯示屏設置
  • 設置 IP 地址
  • 設置日期和時間
  • 選擇運行模式
  • 將 CPU 復位為出廠設置
  • 禁用/啟用顯示
  • 啟用保護級別。
• 通過 PC 的以太網和 PROFIBUS 接口進行 IO 通信的集成驅動程序
• 通過 Windows 接口進行通信的集成驅動程序
• 與 WinCC RT Advanced 的 PC 內部通信
• 與 Windows 應用程序的 PC 內部通信

S7-1500 標準 CPU (CPU 1507S) 執(zhí)行 S7-1500 控制器的功能，作為軟件在 PC 上的 Windows 系統中運行。這樣，PC 就能用于控制機器設備。

• 使用 TIA Portal 中的 STEP 7 工程組態(tài)工具進行組態(tài)和編程（V13 SP1 及更高版本）：
• 根據標準 IEC 61131-3 進行編程
• 支持的編程語言：
  • SCL (IL)
  • LAD
  • FBD
  • STL
  • GRAPH7 (SFC)
• 基于虛擬化技術的創(chuàng)新實時系統；
  借助于集成式 S7-1500 軟控制器的實時系統，可并行、獨立運行 Windows：
  • 大實時和確定性屬性
  • 獨立于 Windows 運行 –可在控制器正在運行時重啟 Windows
  • 獨立于 Windows 快速重啟控制
• 高速程序執(zhí)行，帶幾個優(yōu)先級控制的執(zhí)行層級（循環(huán)，時間控制，PROFINET 或 PROFIBUS 等時同步，過程和診斷報警事件驅動）
• 保存保持性數據；
  即使在電源出現故障時，軟控制器也能確保設備數據安全：
  • 在 PC 硬盤上存儲保持性數據（需要 UPS）
  • 電壓下降時可將保持性數據保存在 CPU 的 NVRAM
• 通信
  軟控制器使用 PC 的接口進行 PROFINET 和 PROFIBUS 通信：
  • 獨立于 Windows，使用 PROFINET 或 PROFIBUS 來運行分布式 I/O。根據所使用的接口硬件，可提供以下功能：
    PROFINET IO RT、PROFIenergy、PROFIBUS DP 主站、介質冗余、I 設備、等時同步模式
  • 通過 PC 的 Windows 接口與 Windows 應用程序通信（SIMATIC 通信、開放式用戶通信）或與外部設備通信
• 集成 web 器；
  所有 S7-1500 自動化系統的 CPU 都支持通過 Web 器掃描 CPU。CPU Web 器提供以下診斷選項：
  • 通過 LED 指示燈顯示 CPU 狀況和當前運行狀態(tài)
  • 讀出診斷緩沖區(qū)條目
  • 查詢模塊狀態(tài)
  • 查詢當前消息
  • 拓撲 / PROFINET 設備的狀態(tài)信息
  • 將用戶數據傳送到 CPU 并進行管理
  • 用戶可編程的 Web 頁面，支持具體機器功能的維護和調試
• 跟蹤功能
  S7-1500 自動化系統的所有 CPU 都支持跟蹤功能。支持記錄每個循環(huán)的模擬和數字變量，將使用 STEP 7 以曲線表示。這對于運動控制或閉環(huán)控制應用來說尤其有用。
• 集成工藝功能：
  • S7-1500 運動控制；
    PLCopen 塊用于通過 PROFINET IO IRT 接口來編程運動控制功能。
    此功能支持轉速軸、定位軸和外部傳感器
  • 集成控制功能；
    通用 PID 或三級控制器（帶有集成功能）和集成溫度控制器。
• 集成系統診斷：
  自動生成系統診斷，并通過編程器/PC、HMI 設備、Web 器或集成式顯示屏加以顯示。當 CPU 處于 STOP 模式時，也可以系統診斷功能。
• 集成安全功能：
  • 專有技術保護；
    為算法提供可靠保護，防止未許可證的訪問和修改。
  • 訪問保護；
    擴展訪問保護功能提供全面保護，防止未經授權的組態(tài)更改。各種授權級別可用于向不同的用戶組分配不同的權限。
  • 完整性保護；
    系統可以防止傳輸到 CPU 的數據受到未授權的操縱。CPU 可安全檢測并能防止修改工程數據或第三方傳送。

機架構成SIMATIC S7-400 基本機械機構。它們執(zhí)行以下任務：

• 給模塊提供機械支持
• 給模塊提供電源
• 通過背板總線將各個模塊連接在一起

機架的設計具有墻裝式、框架安裝式和機柜安裝式。

SIMATIC S7-400可以安裝多種機架。

UR1（通用機架）

• 用于配置中央控制器和擴展單元
• 多可安裝18個模板
• 也適用于S7-400H

UR2（通用機架）

• 用于配置中央控制器和擴展單元
• 多可安裝9個模板
• 也適用于S7-400H
• 也提供鋁制機架

CR2（中央機架）

• 用于配置中央控制器
• 多用于 18 個模塊
• 分段機架： 
  用于運行兩個獨立的 S7-400 CPU (無S7-400多CPU模式)，通過背板總線(C總線)進行CPU之間的通訊。 兩個CPU可以具有局部地址，可以具有單獨的I/O模板(分段的P總線)。

CR3（中央機架）

• 用于配置中央控制器
• 適用于分布式自動化任務，多支持4個模板

UR2-H

• 用于在一個單機架結構上建立一個完整的S7-400H系統
• 同樣適用于S7-400H:
  運行兩個獨立的CPU，各CPU帶有自己獨立的I/O(各自的P總線和C總線)
• 也可作為擴展單元使用
• 多可安裝18個模板
• 也提供鋁制機架

ER1（擴展機架）

• 用于經濟型的擴展單元的配置
• 多用于 18 個帶有限功能性的模塊
• 也適合用于 S7-400^®H

ER2（擴展機架）

• 用于經濟型的擴展單元的配置
• 多用于 9 個帶有限功能性的模塊
• 也適用于S7-400H

Overview

CBE30-2 通信板可用于為 SIMOTION D4x5-2 DP/PN 提供另一個 PROFINET 接口。

另一個 PROFINET 接口的應用如下：

• 兩個獨立網絡（例如，一個本地網絡和一個上層網絡）
• 地址空間可加倍為 2 × 4 KB
• 可連接的設備的大數量可加倍為 2 × 64
• 分離為高速和低速總線系統/執(zhí)行系統是為了高效利用控制器容量（僅適用于 SIMOTION D435-2 DP/PN、D445-2 DP/PN 和 D455-2 DP/PN）

CBE30-2 通信板具備以下功能：

• PROFINET IO 控制器、智能設備（也可同時支持控制器和設備）
• 100 Mbps 全雙工/自動交叉
• 支持 PROFINET IO 的實時類別：
  • RT（實時）
  • IRT（等時同步實時）
• 將分布式 I/O 作為 PROFINET IO 設備集成
• 按照 V4 規(guī)范，通過 PROFIdrive 將各變頻器作為 PROFINET IO 設備集成
• 支持標準以太網通信，例如
  • 與 SIMOTION SCOUT 接口
  • 連接 HMI 系統
  • 通過 TCP/IP 或 UDP 通信與任何其它設備通信
• 集成式 4 端口交換機，帶 4 個 RJ45 接口。因此，無需附加交換機即可組態(tài)佳拓撲（總線型、星型、樹型）。
• 支持介質冗余 (MRP/MRPD)。

CBE30-2 通信板插在 SIMOTION D4x5-2 DP/PN 的選件插槽中。

注意

CBE30-2 通信板只能與 SIMOTION D4x5-2 DP/PN 控制單元結合使用。

該通信板與 SIMOTION D425、D435、D445-1 和 D4x5-2 DP 不兼容。

S7-300

提供有大量功能，支持用戶的S7-300編程、調試和維護等工作。

• 高速執(zhí)行指令：
  指令執(zhí)行時間低可達0.01 μs，為中低端性能設備開創(chuàng)了全新的應用方案。
• 浮點數運算：
  可以高效率地使用浮點運算甚至復數運算功能。
• 用戶友好的參數賦值：
  僅需一個帶有統一操作界面的軟件工具，就可以完成所有模塊的參數化工作。這降低了入職門檻和培訓費用。
• 人機界面（HMI）：
  S7-300的操作系統已經集成了用戶友好的人機界面。這些功能不再需要成本高昂的編程工作：SIMATIC HMI系統向SIMATIC S7-300請求過程數據， S7-300在期望的更新時間完成這些數據的傳輸工作。SIMATIC S7-300的操作系統可以自主地完成傳輸過程。并且完全使用相同的符號和數據庫。
• 診斷功能：
  CPU 的智能診斷系統持續(xù)不斷地檢測系統的功能、記錄故障信息和特定的系統事件（例如，時間錯誤、模塊故障等）。采用環(huán)境緩沖區(qū)記錄事件信息，并帶有時間截，以利于今后的故障排除。
• 口令保護:
  使用密碼保護功能高效、可靠地保護用戶信息，以防受到非授權復制與更改。

SIMATIC S7-300符合的標準和國際標準有：

• DIN
• UL
• CSA
• FM class 1 div. 2；組別：A、B、C 和 D （溫度組別：T4（≤135°C））
• ATEX
• 澳大利亞標志
• 以下船級社資格
  • 美國船級社
  • 法國船級社
  • 挪威船級社
  • 德國船級社
  • 英國勞氏船級社
  • 日本船級社（NK）
• 抗震

通訊

SIMATIC S7-300的CPU 支持以下通信類型：

• 過程通訊：
  對于通過總線（AS-接口、PROFIBUS DP 或者 PROFINET）實現循環(huán)尋址的I/O模塊（互換過程圖像）。從循環(huán)執(zhí)行層調用過程通訊。
• 數據通訊：
  用于自動化系統間或多個自動化系統與HMI之間的數據交換。數據通信循環(huán)地進行，也可以基于事件驅動通過塊由用戶程序發(fā)起。

STEP 7的操作界面極為友好，顯著地簡化了用戶的通信功能組態(tài)工作。

數據通訊

SIMATIC S7-300擁有不同的數據通信機制：

• 使用MPI，通過全局數據通信，實現聯網CPU之間的數據包循環(huán)交換。
• 借助通信功能，與其它伙伴完成事件驅動型通信。網絡連接通過MPI、PROFIBUS或PROFINET實現。

全局數據

借助“全局數據通信”，聯網CPU彼此之間可以循環(huán)地交換數據（多可達8 GD 數據包，每周期22個字節(jié)）。據此，可以實現，例如，某個CPU訪問另一個CPU的數據、位存儲單元和過程圖像等信息。只能通過 MPI 進行全局數據交換。組態(tài)通過STEP 7的GD表完成。

通訊功能

使用系統已經集成的塊，可以建立S7/C7伙伴之間的通信。

這些是：

• 通過 MPI 進行 S7 基本通訊。
• 通過 MPI、C 總線、PROFIBUS 和 PROFINET/工業(yè)以太網的 S7 通訊。
  S7-300 可以用于：
  • 用作器時，使用MPI、C總線和PROFIBUS
  • 用作器或客戶端時，使用集成式PROFINET接口

使用reloadable塊，可以建立與S5伙伴和非西門子設備之間的通信。

這些是：

• 通過 PROFIBUS 和工業(yè)以太網進行的 S5 兼容通訊。
• 通過 PROFIBUS 和工業(yè)以太網進行的標準通訊（非西門子系統）。

與全局數據不同的是，對于通信功能，必須為其建立通信連接。

集成到 IT 領域中

借助自動化工程組態(tài)，使用S7-300，可以更加方便地接入現代化的信息技術世界。使用CP 343-1 Advanced，可以實現以下信息技術功能：

• IP 路由；
  借助IP訪問列表，將IP V4報文以不低于Gigabit的速度轉發(fā)至受控PROFINET接口。
• WEB 器；
  使用標準瀏覽器，可以瀏覽大至30 MB可自由定義的HTML網頁；通過FTP處理自己的文件系統中的數據
• 標準診斷頁；
  無需額外工具，就可以在工廠內完成插裝在安裝機架上的所有模塊的快速診斷工作。
• E-mail；
  直接從用戶程序中發(fā)送電子郵件。電子郵件客戶端設計有通知功能，可以在控制程序中直接通知用戶。
• 通過 FTP 進行通訊；
  大多數操作系統平臺都可以使用的開放協議
• 設計有30 MB RAM文件系統，可以用作動態(tài)數據的中間存儲器。

S7-300 PROFINET CPU集成有Web器。因此，標準Web瀏覽器可以讀出S7-300站中的信息：

• CPU 一般信息
• 診斷緩沖區(qū)的內容
• 變量表
• 標簽狀態(tài)
• 模塊的狀態(tài)
• 報文
• 工業(yè)以太網的相關信息
• PROFINET 節(jié)點的拓撲結構

等時模式

使用系統功能“同步模式”，可以同步耦合

• 分布式信號采集、
• PROFIBUS 信號傳輸和
• 程序執(zhí)行

總線周期時間的程序運行。

創(chuàng)建了自動化解決方案，可以以固定間隔時間（常量總線周期時間）捕捉并處理輸入和輸出信號。同時創(chuàng)建了前后一致的部分過程圖像。

借助常量總線周期時間和分布式I/O同步信號處理技術，S7-300確?？梢跃_地重現規(guī)定的過程響應時間。

為同步模式系統功能提供了極為豐富的支持組件，可以處理運動控制、測量值采集和高速控制等領域的苛刻任務。

在分布式自動化解決方案中，目前的SIMATIC S7-300開始涉足重要的高速加工處理應用領域，并確保可以獲得高的精度和可重現性。這意味著可以以穩(wěn)定的優(yōu)質產品不斷地擴大生產數量。

模塊的診斷和過程監(jiān)視

SIMATIC S7-300的大量輸入/輸出模塊都具有智能功能：

• 信號采用的監(jiān)控（診斷）。
• 監(jiān)控來自過程的信號（硬件中斷）。

診斷

診斷功能可以用來判斷模塊的信號采集（針對數字量模塊）或者模擬量處理（針對模擬模塊）是否工作于無故障狀態(tài)。在診斷分析中，必須區(qū)分可參數化和非參數化診斷消息：

• 可參數賦值的診斷報文：
  僅由合適的設定參數啟用之后才會發(fā)出診斷消息。
• 不可參數賦值的診斷報文：
  這些消息的發(fā)出是一個常規(guī)事件，即該過程與參數化無關。

如果某個診斷消息處于激活狀態(tài)（例如“無傳感器輸入”），則模塊會發(fā)起一個診斷中斷（若已經為該診斷消息設置了參數，則僅在相應的參數化過程之后才會產生中斷）。CPU會中斷用戶程序或較低優(yōu)先級任務的執(zhí)行，并接下來執(zhí)行相關的診斷中斷塊（OB 82）。