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SIMATIC S7， 屏蔽連接端子針對 2 根電纜，直徑 2-6mm 2 件/包裝單元

對于生產(chǎn)太陽能電池板的新工廠來說，現(xiàn)有的高度混雜的設(shè)計需要由一種新的擁有技術(shù)的自動化解決方案代替，該解決方案緊湊而集成，可滿足廣泛需要。

必須在裝置 3 中鏈接各種總線系統(tǒng)。由于需要在選定系統(tǒng)上運行客戶的特定 Windows 應(yīng)用程序，因此必須實現(xiàn)與上位 MES 系統(tǒng)的連接。

該系統(tǒng)是為實現(xiàn)高產(chǎn)量和三班作業(yè)而設(shè)計的。

基于 SIMATIC PC 的自動化解決方案的優(yōu)點：

SIMATIC 模塊化嵌入式控制器 EC31-RTX F 配有*性能的可用存儲器。在 RTX F 型號中（帶功能的軟 PLC），EC31 可以滿足工廠的全部要求。此系統(tǒng)可無縫集成到全集成自動化系統(tǒng)中，并可進行的全廠工程組態(tài)。

CPU上具備了一個適合于快速控制過程的實時的操作系統(tǒng)。

　　這種實時操作系統(tǒng)可對包含不同執(zhí)行層次的執(zhí)行系統(tǒng)進行組織。

　　執(zhí)行系統(tǒng)

　　SIMOTION 執(zhí)行系統(tǒng)會區(qū)分系統(tǒng)執(zhí)行層和用戶執(zhí)行層（任務(wù)）：

　　對系統(tǒng)進行總體操作所需的系統(tǒng)任務(wù)處理操作。通過工藝對象，將在 SERVO、IPO 和 IPO2 系統(tǒng)任務(wù)中執(zhí)行閉環(huán)位置控制和特性參數(shù)計算。

　　系統(tǒng)會定期執(zhí)行系統(tǒng)任務(wù)?？梢韵到y(tǒng)循環(huán)時鐘。

　　具有不同執(zhí)行特性的執(zhí)行層可用于與任務(wù)有關(guān)的用戶編程（用戶程序任務(wù)）。

　　執(zhí)行層定義了執(zhí)行系統(tǒng)中程序的時間順序。每個執(zhí)行層都包含一個或多個任務(wù)。具體用戶程序分配給這些任務(wù)。

　　所有程序（因而所有任務(wù)）都可執(zhí)行 PLC、工藝和運動控制任務(wù)。

　　任務(wù)相關(guān)執(zhí)行的任務(wù)類型為：

　　同步任務(wù)

　　循環(huán)任務(wù)

　　順序任務(wù)

　　時間觸發(fā)的任務(wù)，以及

　　中斷驅(qū)動的任務(wù)

　　同步任務(wù)與系統(tǒng)任務(wù)以及變頻器的控制循環(huán)或等時同步 PROFIBUS/PROFINET 平行運行。

　　借助于這些同步任務(wù)，整個應(yīng)用處于等時同步模式下（應(yīng)用程序 ? 驅(qū)動器 ? I/O）。其結(jié)果是反應(yīng)時間短，并且該應(yīng)用易于復(fù)寫。

　　應(yīng)用程序具有以下執(zhí)行層：

　　啟動任務(wù)

　　一旦操作模式從停止過渡到運行，StartupTask立即執(zhí)行，控制系統(tǒng)啟動。

　　背景任務(wù)

　　BackgroundTask是循環(huán)執(zhí)行的，并應(yīng)用于一

　　同一MotionTask中，指令序列通常連續(xù)執(zhí)行，例如，下一指令僅在當前指令完成時才開始。

　　在這些等待時間期間，MotionTasks 不需要任何 CPU 時間，但會在接收到等待事件時立即做出響應(yīng)。

　　同步任務(wù)

　　在伺服同步用戶任務(wù)中，可在伺服級實現(xiàn)對時間要求嚴格的終端-終端 I/O 響應(yīng)，或快速影響整定值（與技術(shù)功能對象（如位置控制器）的系統(tǒng)循環(huán) SERVO 同步）。

　　IPO 同步用戶任務(wù)在插補循環(huán) IPO 或減速循環(huán) IPO2 前可即時同步開始執(zhí)行。

　　可實現(xiàn)快速的運動控制反應(yīng)以及閉環(huán)控制任務(wù)，這些閉環(huán)控制任務(wù)中，實際值的 度和設(shè)點的輸出必須同步。

　　技術(shù)功能對象的參考變量在系統(tǒng)循環(huán) IPO 和 IPO2 中進行計算。

　　因此，用戶程序與驅(qū)動的控制周期和I/O的處理同步。同步確保了短反應(yīng)時間，尤其是確定性的、可重現(xiàn)的機器行為。

　　DCC 任務(wù)

　　驅(qū)動控制圖（選項）采用上述的同步任務(wù)。此外，能在各個塊上分配更高的同步執(zhí)行水平（DCC的特殊任務(wù)）。

　　中斷任務(wù)

當使用簡易編程器將程序輸入 PLC 時，需要先將梯形圖轉(zhuǎn)換成指令助記符，以便輸入。當使用可編程序控制器的輔助編程軟件在計算機上編程時，可通過上下位機的連接電纜將程序下載到 PLC 中去。

（ 7 ）進行軟件測試

程序輸入 PLC 后，應(yīng)*行測試工作。因為在程序設(shè)計過程中，難免會有疏漏的地方。因此在將 PLC 連接到現(xiàn)場設(shè)備上去之前，必需進行軟件測試，以排除程序中的錯誤，同時也為整體調(diào)試打好基礎(chǔ)，縮短整體調(diào)試的周期。

（ 8 ）應(yīng)用系統(tǒng)整體調(diào)試

在 PLC 軟硬件設(shè)計和控制柜及現(xiàn)場施工完成后，就可以進行整個系統(tǒng)的聯(lián)機調(diào)試，如果控制系統(tǒng)是由幾個部分組成，則應(yīng)先作局部調(diào)試，然后再進行整體調(diào)試；如果控制程序的步序較多，則可*行分段調(diào)試，然后再連接起來總調(diào)。調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的問題，要逐一排除，直至調(diào)試成功。

（ 9 ）編制技術(shù)文件

系統(tǒng)技術(shù)文件包括說明書、電氣原理圖、電器布置圖、電氣元件明細表、 PLC 梯形圖。

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PLC 硬件系統(tǒng)設(shè)計

1 ． PLC 型號的選擇

在作出系統(tǒng)控制方案的決策之前，要詳細了解被控對象的控制要求，從而決定是否選用 PLC 進行控制。

在控制系統(tǒng)邏輯關(guān)系較復(fù)雜（需要大量中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)器等）、工藝流程和產(chǎn)品改型較頻繁、需要進行數(shù)據(jù)處理和信息管理（有數(shù)據(jù)運算、模擬量的控制、 PID 調(diào)節(jié)等）、系統(tǒng)要求有較高的可靠性和穩(wěn)定性、準備實現(xiàn)工廠自動化聯(lián)網(wǎng)等情況下，使用 PLC 控制是很必要的。

目前，國內(nèi)外眾多的生產(chǎn)廠家提供了多種系列功能各異的 PLC 產(chǎn)品，使用戶眼花繚亂、無所適從。所以全面權(quán)衡利弊、合理地選擇機型才能達到經(jīng)濟實用的目的。一般選擇機型要以滿足系統(tǒng)功能需要為宗旨，不要盲目貪大求全，以免造成投資和設(shè)備資源的浪費。機型的選擇可從以下幾個方面來考慮。

（ 1 ）對輸入 / 輸出點的選擇

盲目選擇點數(shù)多的機型會造成一定浪費。

要先弄清除控制系統(tǒng)的 I/O 總點數(shù)，再按實際所需總點數(shù)的 15 ～ 20 ％留出備用量（為系統(tǒng)的改造等留有余地）后確定所需 PLC 的點數(shù)。

另外要注意，一些高密度輸入點的模塊對同時接通的輸入點數(shù)有限制，一般同時接通的輸入點不得超過總輸入點的 60 ％； PLC 每個輸出點的驅(qū)動能力（ A/ 點）也是有限的，有的 PLC 其每點輸出電流的大小還隨所加負載電壓的不同而異；一般 PLC 的允許輸出電流隨環(huán)境溫度的升高而有所降低等。在選型時要考慮這些問題。

PLC 的輸出點可分為共點式、分組式和隔離式幾種接法。隔離式的各組輸出點之間可以采用不同的電壓種類和電壓等級，但這種 PLC 平均每點的價格較高。如果輸出信號之間不需要隔離，則應(yīng)選擇前兩種輸出方式的 PLC 。

（ 2 ）對存儲容量的選擇

對用戶存儲容量只能作粗略的估算。在僅對開關(guān)量進行控制的系統(tǒng)中，可以用輸入總點數(shù)乘 10 字 / 點＋輸出總點數(shù)乘 5 字 / 點來估算；計數(shù)器/ 定時器按（ 3 ～ 5 ）字 / 個估算；有運算處理時按（ 5 ～ 10 ）字 / 量估算；在有模擬量輸入 / 輸出的系統(tǒng)中，可以按每輸入 / （或輸出）一路模擬量約需（ 80 ～ 100 ）字左右的存儲容量來估算；有通信處理時按每個接口 200 字以上的數(shù)量粗略估算。后，一般按估算容量的50 ～ 100 ％留有裕量。對缺乏經(jīng)驗的設(shè)計者，選擇容量時留有裕量要大些。

（ 3 ）對 I/O 響應(yīng)時間的選擇

PLC 的 I/O 響應(yīng)時間包括輸入電路延遲、輸出電路延遲和掃描工作方式引起的時間延遲（一般在 2 ～ 3 個掃描周期）等。對開關(guān)量控制的系統(tǒng)，PLC 和 I/O 響應(yīng)時間一般都能滿足實際工程的要求，可不必考慮 I/O 響應(yīng)問題。但對模擬量控制的系統(tǒng)、特別是閉環(huán)系統(tǒng)就要考慮這個問題。

（ 4 ）根據(jù)輸出負載的特點選型

不同的負載對 PLC 的輸出方式有相應(yīng)的要求。例如，頻繁通斷的感性負載，應(yīng)選擇晶體管或晶閘管輸出型的，而不應(yīng)選用繼電器輸出型的。但繼電器輸出型的 PLC 有許多優(yōu)點，如導(dǎo)通壓降小，有隔離作用，價格相對較便宜，承受瞬時過電壓和過電流的能力較強，其負載電壓靈活（可交流、可直流）且電壓等級范圍大等。所以動作不頻繁的交、直流負載可以選擇繼電器輸出型的 PLC 。

（ 5 ）對在線和離線編程的選擇

離線編程示指主機和編程器共用一個 CPU ，通過編程器的方式選擇開關(guān)來選擇 PLC 的編程、監(jiān)控和運行工作狀態(tài)。編程狀態(tài)時， CPU 只為編程器服務(wù)，而不對現(xiàn)場進行控制。編程器編程屬于這種情況。在線編程是指主機和編程器各有一個 CPU ，主機的 CPU 完成對現(xiàn)場的控制，在每一個掃描周期末尾與編程器通信，編程器把修改的程序發(fā)給主機，在下一個掃描周期主機將按新的程序?qū)ΜF(xiàn)場進行控制。計算機輔助編程既能實現(xiàn)離線編程，也能實現(xiàn)在線編程。在線編程需購置計算機，并配置編程軟件。采用哪種編程方法應(yīng)根據(jù)需要決定。

（ 6 ）據(jù)是否聯(lián)網(wǎng)通信選型

若 PLC 控制的系統(tǒng)需要聯(lián)入工廠自動化網(wǎng)絡(luò)，則 PLC 需要有通信聯(lián)網(wǎng)功能，即要求 PLC 應(yīng)具有連接其他 PLC 、上位計算機及 CRT 等的接口。大、中型機都有通信功能，目前大部分小型機也具有通信功能。

（ 7 ）對 PLC 結(jié)構(gòu)形式的選擇

在相同功能和相同 I/O 點數(shù)據(jù)的情況下，整體式比模塊式價格低。但模塊式具有功能擴展靈活，維修方便（換模塊），容易判斷故障等優(yōu)點，要按實際需要選擇 PLC 的結(jié)構(gòu)形式。

　　有幾個時間控制任務(wù)。呼叫周期是參數(shù)化的。定期執(zhí)行的任務(wù)通常放在此處。

　　搣中斷任務(wù)攠

　　InterruptTasks 用于快速響應(yīng)利用中斷發(fā)出信號的內(nèi)部事件。InterruptTasks 可由系統(tǒng)中斷（如報警和超時）激活，或由用戶中斷激活。

　　關(guān)機任務(wù)

　　當過渡到停止模式時，調(diào)用ShutdownTask。可在此處定義轉(zhuǎn)換到此系統(tǒng)狀態(tài)的特定行為。

　　所有任務(wù)都可有一套完整的指令。例如，可在當前定位指令上添加另一運動，它是來自由用戶中斷任務(wù)觸發(fā)的MotionTask：

SIMOTION應(yīng)用的任務(wù)結(jié)構(gòu)

　　技術(shù)功能包的運行層級

　　可以面向具體對象來設(shè)置運動控制工藝對象的執(zhí)行周期。

　　工藝對象在執(zhí)行層 SERVO 周期和 IPO 周期或 IPO2 周期內(nèi)執(zhí)行，這些周期與 PROFIBUS 或 PROFINET 周期同步。

　　IPO/IPO2 循環(huán)中的指令評估和運動控制

　　SERVO 周期內(nèi)的位置和整定值控制

　　SIMOTION D435?2 DP/PN、D445­2 DP/PN 和 D455?2 DP/PN 控制單元具有一個附加運行層（SERVOFast，IPOFast）。

　　通過這個附加的運行層，可更高效地利用控制器性能。根據(jù)所需的動態(tài)性能，電氣和/或液*可在一個慢速總線系統(tǒng)和一個快速總線系統(tǒng)間分布。

　　例如，可以用需要較少資源的毫秒級周期時間對電氣定位驅(qū)動器進行控制，同時，可以用較高的動態(tài)響應(yīng)和較短周期時間對液壓機的壓力控制軸進行控制。

　　通過運行層（SERVOFast，IPOFast），還可實現(xiàn)快速的 I/O 處理，例如，結(jié)合使用高速 PROFINET I/O 模塊時。

　　執(zhí)行系統(tǒng)的其它特性

　　操作狀態(tài)- 運行、停止、用戶停止（Stop User程序，用于測試和調(diào)試）

　　輸入/輸出的過程圖象，按BackgroundTask、SynchronousTasks 和 TimerInterruptTasks分開。

當控制系統(tǒng)規(guī)模擴大或升級時，只要適當?shù)卦黾右恍┠０?，便能使系統(tǒng)升級和充分滿足需要。　西門子PLC的網(wǎng)絡(luò)是適合不同的控制需要制定的，也為各個網(wǎng)絡(luò)層次之間提供了互連模塊或裝置，利用它們可以設(shè)計出滿足各種應(yīng)用需求的控制管理網(wǎng)絡(luò)。西門子S7系列PLC網(wǎng)絡(luò)，它采用3級總線復(fù)合型結(jié)構(gòu)，一級為遠程I/O鏈路，負責與現(xiàn)場設(shè)備通信，在遠程I /O鏈路中配置周期I/O通信機制。　　反復(fù)重新啟動當然，組裝控制柜只是一個開始。西門子開發(fā)人員設(shè)想的是自組織的生產(chǎn)設(shè)施，可以響應(yīng)自主改變的生產(chǎn)要求，不斷優(yōu)化操作，并充分利用互相協(xié)助的機器人。這些設(shè)施將是革命性的進展，即可自我饋送設(shè)計數(shù)據(jù)、糾正錯誤并自行計算所有動作和行為的系統(tǒng)。Wurm表示：“很多其他研究人員正試圖解決這個問題，但市場上的產(chǎn)品都不如我們所開發(fā)的。”每個 CC / EU 都有自己的接口模塊。在中央控制器上它總是被插在 CPU 旁邊的插槽中，并自動處理與擴展裝置的通信。在切換式配置中，I/O 模塊采用單通道設(shè)計

應(yīng)用 
SIMATIC S7-400是用于中、性能范圍的可編程序控制器。

模塊化及無風扇的設(shè)計，堅固耐用，容易擴展和廣泛的通訊能力，容易實現(xiàn)的分布式結(jié)構(gòu)以及用戶友好的操作使SIMATIC S7-400成為中、性能控制領(lǐng)域中的理想解決方案。

SIMATIC S7-400的應(yīng)用領(lǐng)域包括：

功能逐步升級的多種級別的CPU，帶有各種用戶友好功能的種類齊全的功能模板，使用戶能夠構(gòu)成的解決方案，滿足自動化的任務(wù)要求。

當控制任務(wù)變得更加復(fù)雜時，任何時候控制系統(tǒng)都可以逐步升級，而不多的添加額外的模板。

設(shè)計綜述 
S7-400自動化系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計。它所具有的模板的擴展和配置功能使其能夠按照每個不同的需求靈活組合。 一個系統(tǒng)包括：電源模板，中央處理單元(CPU)，各種信號模板(SM)，通訊模板(CP)，功能模板(FM)，接口模板(IM)，SIMATIC S5模板。

系統(tǒng)安裝 
簡單的設(shè)計系統(tǒng)使S7-400用途廣泛、靈活、適用性強。

擴展 
多有21個擴展單元(EU)都可以連接到中央控制器(CC)；通過接口模板連接(IM)；集中式擴展；用EU進行分布式擴展；用ET 200進行遠程擴展。

功能

• 高速指令處理
• 用戶友好的參數(shù)設(shè)置
• 口令保護
• 系統(tǒng)功能
• 用戶友好的操作員控制和監(jiān)視功能（HMI）已集成在SIMATIC的操作
  系統(tǒng)中
• CPU的診斷功能和自測試智能診斷系統(tǒng)連續(xù)地監(jiān)視系統(tǒng)功能并記錄錯誤和系統(tǒng)的特殊事件。
• 模式選擇開關(guān)

通訊 
SIMATIC S7-400作為DP主站，可通過集成在SIMATIC S7-400 CPU上的PROFIBUS -DP接口（選件）

數(shù)據(jù)通訊概述

• 通過全局數(shù)據(jù)（GD）通訊，網(wǎng)絡(luò)上的CPU之間可周期地交換數(shù)據(jù)包。
• 應(yīng)用通訊功能塊，網(wǎng)絡(luò)上各站點之間進行基于事件驅(qū)動的通訊?？赏ㄟ^MPI、PROFIBUS 或工業(yè)以太網(wǎng)進行聯(lián)網(wǎng)。

通過多點接口（MPI）的數(shù)據(jù)通訊 
多點接口（MPI）通訊接口集成在SIMATIC S7-400的CPU中，它的用途很廣泛：

通過CP的數(shù)據(jù)通訊（點對點）

通過CP（PROFIBUS或工業(yè)以太網(wǎng)）進行的數(shù)據(jù)通訊

SIMATIC S7-400H 
概述

• 有冗余設(shè)計的容錯自動化系統(tǒng)
• 在容錯技術(shù)下用于需要高可靠性的場合：再啟動或停機將會造成較大損失的生產(chǎn)領(lǐng)域；需要少量管理和維護的工廠。
• 冗余的中央功能
• 加強I/O的可用性：可切換I/O的配置
• 也可應(yīng)用常規(guī)的I/O：單邊配置
• 熱備：在故障事件發(fā)生時自動地切換到備用單元
• 2個單獨的或一個分隔的中央機架配置
• 連接到冗余PROFIBUS -DP上的可切換I/O。

應(yīng)用 
在許多自動化領(lǐng)域中，要求容錯和高可靠性的自動化系統(tǒng)的應(yīng)用越來越多。特別是在某些領(lǐng)域，停機將帶來巨大的經(jīng)濟損失。在這種情況下，只有冗余系統(tǒng)才能滿足高可靠性的要求。

高可靠性的SIMATIC S7-400H能充分滿足這些要求。它能連續(xù)運行，即使控制器的某些部件由于一個或幾個故障而失效也不受影響。由于SIMATIC S7-400H具有很高的可用性，它特別適合于以下的應(yīng)用領(lǐng)域：

• 控制器發(fā)生故障后再啟動的費用十分昂貴（一般在過程控制工業(yè)）
• 如發(fā)生停機，將會造成重大的經(jīng)濟損失
• 過程控制中包含有貴重的材料（如制藥工業(yè)）
• 無人管理的應(yīng)用場合。
• 需減少維護人員的場合。
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