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功能模塊使 CPU 減輕了計數(shù)、定位和控制等工作負荷

模板的種類

• 計數(shù)器模塊
• 用于快速移動以及爬行速度驅(qū)動的定位模塊
• 用于步進電機的定位模塊
• 用于伺服電機的定位模塊
• 定位和連續(xù)路徑控制模塊
• SSI 位置檢測模塊
• 電子凸輪控制器
• 高速布爾處理器
• 控制模板

西門子PLC高速計數(shù)器的控制字和狀態(tài)字介紹

. 控制字節(jié)

定義了計數(shù)器和工作模式之后，還要設(shè)置高速計數(shù)器的有關(guān)控制字節(jié)。每個高速計數(shù)器均有一個控制字節(jié)，它決定了計數(shù)器的計數(shù)允許或禁用，方向控制（僅限模式0、1和2）或?qū)λ衅渌Ｊ降某跏蓟嫈?shù)方向，裝入當(dāng)前值和預(yù)置值?？刂谱止?jié)每個控制位的說明如表7所示。

2. 狀態(tài)字節(jié)

每個高速計數(shù)器都有一個狀態(tài)字節(jié)，狀態(tài)位表示當(dāng)前計數(shù)方向以及當(dāng)前值是否大于或等于預(yù)置值。每個高速計數(shù)器狀態(tài)字節(jié)的狀態(tài)位如表8所示。狀態(tài)字節(jié)的0-4位不用。監(jiān)控高速計數(shù)器狀態(tài)的目的是使外部事件產(chǎn)生中斷，以完成重要的操作。

表7   HSC的控制字節(jié)

表8  高速計數(shù)器狀態(tài)字節(jié)的狀態(tài)位

西門子PLC 6ES7332-5HB01-0AB0

Overview

SIMOTION 可用于執(zhí)行運動控制任務(wù)的所有機器而不管是從簡單的運動控制還是高性能應(yīng)用。重點是要獲得一個可用于完成廣泛的運動控制任務(wù)的簡易而靈活的解決方案。

SIMOTION 的運行基礎(chǔ)是將運動控制與在大多數(shù)機器上所常見的兩個其他控制功能融合在一起：PLC 和工藝功能。

這種方法意味著可以在同一個系統(tǒng)內(nèi)實現(xiàn)軸的運動控制和全面機器控制。對于技術(shù)功能來說也是如此，如對一個液壓軸實施的壓力控制?？梢詫崿F(xiàn)從位置控制定位模式到壓力控制模式的平穩(wěn)切換。

將運動控制、PLC 和技術(shù)功能三種開環(huán)控制功能組合在一起具有以下優(yōu)點：

• 工程組態(tài)費用降低，機器性能提高
• 快速的系統(tǒng)響應(yīng) - 不再需要各個部件之間對時間要求嚴(yán)格的接口
• 簡便、統(tǒng)一和透明的編程以及整個機器的診斷

SIMOTION 系統(tǒng)由三個部分組成：

工程組態(tài)系統(tǒng)

SCOUT 可將運動控制、PLC 和技術(shù)功能集中到一個全面的集成系統(tǒng)中，并提供了所有必要工具：編程與參數(shù)化、測試與調(diào)試、診斷。

運行軟件

運行軟件為循環(huán)任務(wù)和順序任務(wù)提供了高性能的執(zhí)行系統(tǒng)。運行軟件模塊提供了各種 PLC 功能、運動控制功能和工藝功能。通過選擇合適的模塊，系統(tǒng)的總體功能可與機器靈活適應(yīng)。

硬件平臺

硬件平臺是 SIMOTION 運動控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。使用工程組態(tài)系統(tǒng)和相關(guān)運行版軟件模塊創(chuàng)建的應(yīng)用程序可在不同硬件平臺上運行。

實現(xiàn)自動化解決方案的快途徑

西門子提供了廣泛的特定領(lǐng)域解決方案，可用來降低組態(tài)成本，加快項目完成，并更快速地成功實現(xiàn)自動化系統(tǒng)。

使用 SIMOTION easyProject 項目生成器，用戶可顯著加快機器應(yīng)用中標(biāo)準(zhǔn)化項目框架的創(chuàng)建。

西門子S7系列PLC的主要種類及應(yīng)用軟件

德國西門子（SIEMENS）公司生產(chǎn)的可編程序控制器在我國的應(yīng)用也相當(dāng)廣泛，在冶金、化工、印刷生產(chǎn)線等領(lǐng)域都有應(yīng)用。西門子（SIEMENS）公司的PLC產(chǎn)品包括LOGO，S7-200，S7-300，S7-400，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，HMI人機界面，工業(yè)軟件等。

西門子S7系列PLC體積小、速度快、標(biāo)準(zhǔn)化，具有網(wǎng)絡(luò)通信能力，功能更強，可靠性更高。S7系列PLC產(chǎn)品可分為微型PLC（如S7-200），小規(guī)模性能要求的PLC（如S7-300）和中、高性能要求的PLC（如S7-400）等。

1．SIMATIC S7-200 PLC

S7-200 PLC是超小型化的PLC，它適用于各行各業(yè)，各種場合中的自動檢測、監(jiān)測及控制等。S7-200 PLC的強大功能使其無論單機運行，或連成網(wǎng)絡(luò)都能實現(xiàn)復(fù)雜的控制功能。

    S7-200PLC可提供4個不同的基本型號與8種CPU可供選擇使用。

2．SIMATIC S7-300 PLC

    S7-300是模塊化小型PLC系統(tǒng)，能滿足中等性能要求的應(yīng)用。各種單獨的模塊之間可進行廣泛組合構(gòu)成不同要求的系統(tǒng)。與S7-200 PLC比較，S7-300 PLC采用模塊化結(jié)構(gòu)，具備高速（0.6~0.1μs）的指令運算速度；用浮點數(shù)運算比較有效地實現(xiàn)了更為復(fù)雜的算術(shù)運算；一個帶標(biāo)準(zhǔn)用戶接口的軟件工具方便用戶給所有模塊進行參數(shù)賦值；方便的人機界面已經(jīng)集成在S7-300操作系統(tǒng)內(nèi)，人機對話的編程要求大大減少。SIMATIC人機界面（HMI）從S7-300中取得數(shù)據(jù)，S7-300按用戶指定的刷新速度傳送這些數(shù)據(jù)。S7-300操作系統(tǒng)自動地處理數(shù)據(jù)的傳送；CPU的智能化的診斷系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)的功能是否正常、記錄錯誤和特殊系統(tǒng)事件（例如：超時，模塊更換，等等）；多級口令保護可以使用戶高度、有效地保護其技術(shù)機密，防止未經(jīng)允許的復(fù)制和修改；S7-300 PLC設(shè)有操作方式選擇開關(guān)，操作方式選擇開關(guān)像鑰匙一樣可以拔出，當(dāng)鑰匙拔出時，就不能改變操作方式，這樣就可防止非法刪除或改寫用戶程序。具備強大的通信功能，S7-300 PLC可通過編程軟件Step 7的用戶界面提供通信組態(tài)功能，這使得組態(tài)非常容易、簡單。S7-300 PLC具有多種不同的通信接口，并通過多種通信處理器來連接AS-I總線接口和工業(yè)以太網(wǎng)總線系統(tǒng)；串行通信處理器用來連接點到點的通信系統(tǒng)；多點接口（MPI）集成在CPU中，用于同時連接編程器、PC機、人機界面系統(tǒng)及其他SIMATIC S7/M7/C7等自動化控制系統(tǒng)。

3． SIMATIC S7-400 PLC

S7-400 PLC是用于中、性能范圍的可編程序控制器。

S7-400 PLC采用模塊化無風(fēng)扇的設(shè)計，可靠耐用，同時可以選用多種級別（功能逐步升級）的CPU，并配有多種通用功能的模板，這使用戶能根據(jù)需要組合成不同的專用系統(tǒng)。當(dāng)控制系統(tǒng)規(guī)模擴大或升級時，只要適當(dāng)?shù)卦黾右恍┠０?，便能使系統(tǒng)升級和充分滿足需要。

4． 工業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò)

通訊網(wǎng)絡(luò)是自動化系統(tǒng)的支柱，西門子的全集成自動化網(wǎng)絡(luò)平臺提供了從控制級一直到現(xiàn)場級的一致性通訊，“SIMATIC NET”是全部網(wǎng)絡(luò)系列產(chǎn)品的總稱，他們能在工廠的不同部門，在不同的自動化站以及通過不同的級交換數(shù)據(jù)，有標(biāo)準(zhǔn)的接口并且相互之間完全兼容。

5． 人機界面（HMI）硬件

HMI硬件配合PLC使用，為用戶提供數(shù)據(jù)、圖形和事件顯示，主要有文本操作面板TD200（可顯示中文），OP3，OP7，OP17等；圖形/文本操作面板OP27，OP37等，觸摸屏操作面板TP7，TP27/37，TP170A/B等；SIMATIC面板型PC670等。個人計算機（PC）也可以作為HMI硬件使用。HMI硬件需要經(jīng)過軟件（如ProTool）組態(tài)才能配合PLC使用。

6． SIMATIC S7工業(yè)軟件

西門子的工業(yè)軟件分為三個不同的種類：

（1）編程和工程工具  編程和工程工具包括所有基于PLC或PC用于編程、組態(tài)、模擬和維護等控制所需的工具。STEP 7標(biāo)準(zhǔn)軟件包SIMATIC S7是用于S7-300/400，C7 PLC和SIMATIC WinAC基于PC控制產(chǎn)品的組態(tài)編程和維護的項目管理工具，STEP 7-Micro/WIN是在Windows平臺上運行的S7-200系列PLC的編程、在線仿真軟件。

（2）基于PC的控制軟件  基于PC的控制系統(tǒng)WinAC允許使用個人計算機作為可編程序控制器（PLC）運行用戶的程序，運行在安裝了Windows NT4.0操作系統(tǒng)的SIMATIC工控機或其它任何商用機。WinAC提供兩種PLC，一種是軟件PLC，在用戶計算機上作為視窗任務(wù)運行。另一種是插槽PLC（在用戶計算機上安裝一個PC卡），它具有硬件PLC的全部功能。WinAC與SIMATIC S7系列處理器完全兼容，其編程采用統(tǒng)一的SIMATIC編程工具（如STEP 7），編制的程序既可運行在WinAC上，也可運行在S7系列處理器上。

（3）人機界面軟件  人機界面軟件為用戶自動化項目提供人機界面（HMI）或SCADA系統(tǒng)，支持大范圍的平臺。人機界面軟件有兩種，一種是應(yīng)用于機器級的ProTool，另一種是應(yīng)用于監(jiān)控級的WinCC。

ProTool適用于大部分HMI硬件的組態(tài)，從操作員面板到標(biāo)準(zhǔn)PC都可以用集成在STEP 7中的ProTool有效地完成組態(tài)。ProTool/lite用于文本顯示的組態(tài)，如：OP3，OP7，OP17，TD17等。ProTool/Pro用于組態(tài)標(biāo)準(zhǔn)PC和所有西門子HMI產(chǎn)品，ProTool/Pro不只是組態(tài)軟件，其運行版也用于Windows平臺的監(jiān)控系統(tǒng)。

WinCC是一個真正開放的，面向監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集的SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）軟件，可在任何標(biāo)準(zhǔn)PC上運行。WinCC操作簡單，系統(tǒng)可靠性高，與STEP 7功能集成，可直接進入PLC的硬件故障系統(tǒng)，節(jié)省項目開發(fā)時間。它的設(shè)計適合于廣泛的應(yīng)用，可以連接到已存在的自動化環(huán)境中，有大量的通信接口和全面的過程信息和數(shù)據(jù)處理能力，其新的WinCC5.0支持在辦公室通過IE瀏覽器動態(tài)監(jiān)控生產(chǎn)過程。

S7-400 是 SIMATIC 控制器家族中功能為強大的 PLC。它可以成功實現(xiàn)全集成自動化 (TIA) 解決方案。S7-400 是一個用于制造業(yè)和過程工業(yè)系統(tǒng)解決方案的自動化平臺，其主要特點是具有模塊化的結(jié)構(gòu)并擁有性能儲備。

S7-400

• 中端到高端性能范圍內(nèi)功能強大的 PLC
• 可滿足要求極為苛刻的任務(wù)的解決方案
• 全面的模塊和各種性能等級 CPU 可針對具體自動化任務(wù)進行佳調(diào)整
• 可實現(xiàn)分布式結(jié)構(gòu)，適用十分靈活
• 連接方便
• 優(yōu)通信和聯(lián)網(wǎng)功能
• 操作方便，設(shè)計簡單，不含風(fēng)扇
• 任務(wù)增加時可順利擴展
• 多重計算：
  多個 CPU 在一個 S7-400 中央控制器中同時運行。
  多重計算功能可對 S7-400 的總體性能進行分配。例如，可將復(fù)雜的技術(shù)任務(wù)（如開環(huán)控制、計算或通信）進行拆分并分配給不同的 CPU?？梢詾槊總€ CPU 分配自己的 I/O。
• 模塊化：
  通過功能強大的 S7-400 背板總線和可直接連接到 CPU 的通信接口，可實現(xiàn)許多大量通信線路的高性能操作。例如，這樣可以擁有一條用于 HMI 和編程任務(wù)的通信線路、一條用于高性能等距運動控制組件的通信線路和一條“正常”I/O 現(xiàn)場總線。另外，還可以實現(xiàn)額外需要的與 MES/ERP 系統(tǒng)或 Internet 的連接。
• 工程組態(tài)和診斷：
  結(jié)合使用 SIMATIC 工程組態(tài)工具，可極為高效地對 S7-400 進行組態(tài)和編程，尤其對于采用高性能工程組件的廣泛自動化任務(wù)。為此，可以使用語言（如 SCL）以及用于順序控制、狀態(tài)圖和工藝圖的圖形化組態(tài)工具。

S7-400H

• 具有冗余設(shè)計的高可用性自動化系統(tǒng)。
• 用于具有很高故障安全要求的應(yīng)用：
  重新啟動成本很高、停產(chǎn)代價高昂、幾乎不需要監(jiān)視且維護選項較少的過程。
• 冗余設(shè)計的集中功能
• 提高 I/O 的可用性：切換式 I/O 配置
• 也可使用具有標(biāo)準(zhǔn)可用性的 I/O：單側(cè)配置
• 熱后備：發(fā)生故障時，自動切換到備用設(shè)備。
• 包含 2 個單獨機架或一個分隔式中央機架的配置
• 通過冗余 PROFIBUS DP 或系統(tǒng)冗余 PROFINET I/O 來連接切換式 I/O。

S7-400F/FH

• 故障安全型自動化系統(tǒng)，適用于具有很高安全要求的工廠
• 符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)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，也可通過冗余設(shè)計來實現(xiàn)容錯
• 不對安全相關(guān) I/O 進行額外接線
• 通過采用 PROFIsafe 行規(guī)的 PROFIBUS DP 實現(xiàn)安全通信
• 基于帶有故障安全模塊的 S7-400H 和分布式 ET 200 I/O
• 適用于非安全相關(guān)應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)模塊也可以在自動化系統(tǒng)中使用
• 隔離模塊用于在一個 ET 200M 的安全模式下組合使用故障安全模塊和標(biāo)準(zhǔn)模塊。

CP443-5 擴展通信處理器是 PROFIBUS 總線系統(tǒng)的 SIMATIC S7-400 所需的模塊。

它減輕了 CPU 的通信任務(wù)，并可進行進一步的附加連接。

通過通信模塊實現(xiàn)的 S7-400 通信選項：

• 按照 IEC 61158/EN 50170 充當(dāng) PROFIBUS-DP 主站
• 與編程部件、操作器接口系統(tǒng)的通信
• 與其他 SIMATIC S7 系統(tǒng)進行通信。
• 與 SIMATIC S5 可編程控制器的通信；
• 可運行的的 CP 數(shù)目取決于所使用的 CPU 的性能范圍和通信。

Functions

MicroMaster430變頻器

MicroMaster430變頻器是全新一代標(biāo)準(zhǔn)變頻器中的風(fēng)機和泵類變轉(zhuǎn)矩負載專家。功率范圍7.5kW至250kW。它按照專用要求設(shè)計，并使用內(nèi)部功能互聯(lián)（BiCo）技術(shù)，具有高度可靠性和靈活性?？刂栖浖梢詫崿F(xiàn)專用功能：多泵切換、手動/自動切換、旁路功能、斷帶及缺水檢測、節(jié)能運行方式等。 
西門子MicroMaster430變頻器主要特征： 
380V-480V±10%，三相，交流，7.5kW-250kW； 
風(fēng)機和泵類變轉(zhuǎn)矩負載專用； 
牢固的EMC（電磁兼容性）設(shè)計； 
控制信號的快速響應(yīng)；
控制功能： 
線性v/f控制，并帶有增強電機動態(tài)響應(yīng)和控制特性的磁通電流控制（FCC），多點 v/f控制； 
內(nèi)置PID控制器； 
快速電流限制，防止運行中不應(yīng)有的跳閘； 
數(shù)字量輸入6個，模擬量輸入2個，模擬量輸出2個，繼電器輸出3個； 
具有15個固定頻率，4個跳轉(zhuǎn)頻率，可編程； 
采用BiCo技術(shù)，實現(xiàn)I/O端口自由連接； 
集成RS485通訊接口，可選PROFIBUS-DP通訊模塊； 
靈活的斜坡函數(shù)發(fā)生器，可選平滑功能； 
三組參數(shù)切換功能：電機數(shù)據(jù)切換，命令數(shù)據(jù)切換； 
風(fēng)機和泵類專用功能： 
多泵切換 ；
旁路功能 ；
手動/自動切換； 
斷帶及缺水檢測 ；
節(jié)能方式；
保護功能： 
過載能力為140％額定負載電流，持續(xù)時間3秒和110％額定負載電流，持續(xù)時間60秒; 
過電壓、欠電壓保護； 
變頻器過溫保護； 
接地故障保護，短路保護； 
I2t電動機過熱保護； 
PTC Y電機保護。 
MM420變頻器

• CPU 416F-2 和 CPU 416F-3 PN/DP 是 SIMATIC S7-400 系列中的高性能 CPU。使用這些 CPU，可為具有較高安全要求的工廠構(gòu)建一個故障安全自動化系統(tǒng)。

  通過 CPU 416F-2 的集成 PROFIBUS DP 接口，可作為一個主站或從站，直接連接到 PROFIBUS DP 現(xiàn)場總線。

  在通過 IF 964-DP 接口模塊連接 CPU 416F-3 PN/DP 的情況下，可以連接另外一個 DP 主站系統(tǒng)。

  通過使用 ERTEC 400-ASIC，CPU 416F-3 PN/DP 的集成 PROFINET 接口實現(xiàn)了交換機功能。它提供了可從外部接觸到的兩個 PROFINET 端口。這意味著，除分層網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)之外，也可通過新型 S7-400 控制器實現(xiàn)總線型結(jié)構(gòu)。

  注：
  只能使用 6ES7964-2AA04-0AB0 接口模塊。

  故障安全 I/O 模塊可連接到所有集成接口，連接到 IF 964-DP，和/或通過通信模塊（CP443-5 Extended 和 CP443-1 Advanced）進行連接。通過采用 PROFIsafe 行規(guī)的 PROFIBUS DP，實現(xiàn)安全通信。

  兩種 CPU 都具有：

  • 高性能的處理器：
    CPU 執(zhí)行每條二進制指令時間僅為 0.03 μs 。
  • CPU 416F-2：8 MB 主存儲器（程序或數(shù)據(jù)各占用 4 MB）；
    CPU 416F-3 PN/DP：11.2 MB 主存儲器（程序或數(shù)據(jù)各 5.6 MB）；
    快速主存儲器用于對于執(zhí)行十分重要的用戶程序部分。
  • 靈活擴展能力：
    多 262144 點數(shù)字量和 16384 點模擬量輸入/輸出。
  • MPI 多點接口：
    通過 MPI，可在高達 12 Mbps 的數(shù)據(jù)傳輸速率下，建立包含多 32 個站的簡單網(wǎng)絡(luò)。CPU 可與通信總線（C 總線）和 MPI 的站建立多 44 個連接。
  • 模式選擇開關(guān)：
    撥位按鈕設(shè)計
  • 診斷緩存：
    后的 120 個錯誤和中斷事件出于診斷目的而保存在一個環(huán)形緩存中?？梢詫斎霐?shù)目進行設(shè)定。
  • 實時時鐘：
    CPU 的診斷報警帶有日期和時間標(biāo)記。
  • 存儲卡：
    用于擴展內(nèi)置裝載存儲器。RAM 卡和 FEPROM 卡（FEPROM 甚至在零電壓下也可保存數(shù)據(jù)）。
  • MPI/DP 組合接口和內(nèi)置 PROFIBUS-DP 接口 (CPU 416F-2)：
    通過 PROFIBUS DP 主站接口，可以實現(xiàn)分布式自動化組態(tài)，從而提高了速度，便于使用。從用戶的角度來看，分布式 I/O 的處理與集中式 I/O 的處理是相同的（相同的組態(tài)、編址和編程）。
    混合安裝：SIMATIC S5 和 SIMATIC S7 作為符合 EN 50170 的 PROFIBUS 主站。

  CPU 416F-3 PN/DP 還具有：

  • 子模塊接口：
    使用 IF 964-DP 接口模塊，可連接到一個另外的 PROFIBUS DP 主站系統(tǒng)。
  • 帶 2 個端口（交換機）的 PROFINET 接口
    • PROFINET IO，可連接 256 個 IO 設(shè)備
    • PROFINET CBA

  故障安全 I/O 模塊可連接到所有集成接口，連接到 IF 964-DP，和/或通過通信模塊（CP443-5 Extended 和 CP443-1 Advanced）進行連接。通過采用 PROFIsafe 行規(guī)的 PROFIBUS DP，實現(xiàn)安全通信。