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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

對于生產太陽能電池板的新工廠來說，現有的高度混雜的設計需要由一種新的擁有技術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。由于需要在選定系統上運行客戶的特定 Windows 應用程序，因此必須實現與上位 MES 系統的連接。

該系統是為實現高產量和三班作業而設計的。

基于 SIMATIC PC 的自動化解決方案的優點：

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。此系統可無縫集成到全集成自動化系統中，并可進行的全廠工程組態。

CPU上具備了一個適合于快速控制過程的實時的操作系統。

　　這種實時操作系統可對包含不同執行層次的執行系統進行組織。

　　執行系統

　　SIMOTION 執行系統會區分系統執行層和用戶執行層（任務）：

　　對系統進行總體操作所需的系統任務處理操作。通過工藝對象，將在 SERVO、IPO 和 IPO2 系統任務中執行閉環位置控制和特性參數計算。

　　系統會定期執行系統任務。可以系統循環時鐘。

　　具有不同執行特性的執行層可用于與任務有關的用戶編程（用戶程序任務）。

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

　　所有程序（因而所有任務）都可執行 PLC、工藝和運動控制任務。

　　任務相關執行的任務類型為：

　　同步任務

　　循環任務

　　順序任務

　　時間觸發的任務，以及

　　中斷驅動的任務

　　同步任務與系統任務以及變頻器的控制循環或等時同步 PROFIBUS/PROFINET 平行運行。

　　借助于這些同步任務，整個應用處于等時同步模式下（應用程序 ? 驅動器 ? I/O）。其結果是反應時間短，并且該應用易于復寫。

　　應用程序具有以下執行層：

　　啟動任務

　　一旦操作模式從停止過渡到運行，StartupTask立即執行，控制系統啟動。

　　背景任務

　　BackgroundTask是循環執行的，并應用于一

　　同一MotionTask中，指令序列通常連續執行，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。

　　同步任務

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

　　IPO 同步用戶任務在插補循環 IPO 或減速循環 IPO2 前可即時同步開始執行。

　　可實現快速的運動控制反應以及閉環控制任務，這些閉環控制任務中，實際值的 度和設點的輸出必須同步。

　　技術功能對象的參考變量在系統循環 IPO 和 IPO2 中進行計算。

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

　　DCC 任務

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

　　中斷任務

當使用簡易編程器將程序輸入 PLC 時，需要先將梯形圖轉換成指令助記符，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*行測試工作。因為在程序設計過程中，難免會有疏漏的地方。因此在將 PLC 連接到現場設備上去之前，必需進行軟件測試，以排除程序中的錯誤，同時也為整體調試打好基礎，縮短整體調試的周期。

（ 8 ）應用系統整體調試

在 PLC 軟硬件設計和控制柜及現場施工完成后，就可以進行整個系統的聯機調試，如果控制系統是由幾個部分組成，則應先作局部調試，然后再進行整體調試；如果控制程序的步序較多，則可*行分段調試，然后再連接起來總調。調試中發現的問題，要逐一排除，直至調試成功。

（ 9 ）編制技術文件

系統技術文件包括說明書、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 硬件系統設計

1 ． PLC 型號的選擇

在作出系統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。

在控制系統邏輯關系較復雜（需要大量中間繼電器、時間繼電器、計數器等）、工藝流程和產品改型較頻繁、需要進行數據處理和信息管理（有數據運算、模擬量的控制、 PID 調節等）、系統要求有較高的可靠性和穩定性、準備實現工廠自動化聯網等情況下，使用 PLC 控制是很必要的。

目前，國內外眾多的生產廠家提供了多種系列功能各異的 PLC 產品，使用戶眼花繚亂、無所適從。所以全面權衡利弊、合理地選擇機型才能達到經濟實用的目的。一般選擇機型要以滿足系統功能需要為宗旨，不要盲目貪大求全，以免造成投資和設備資源的浪費。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

盲目選擇點數多的機型會造成一定浪費。

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

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。在僅對開關量進行控制的系統中，可以用輸入總點數乘 10 字 / 點＋輸出總點數乘 5 字 / 點來估算；計數器/ 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 字以上的數量粗略估算。后，一般按估算容量的50 ～ 100 ％留有裕量。對缺乏經驗的設計者，選擇容量時留有裕量要大些。

（ 3 ）對 I/O 響應時間的選擇

PLC 的 I/O 響應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。對開關量控制的系統，PLC 和 I/O 響應時間一般都能滿足實際工程的要求，可不必考慮 I/O 響應問題。但對模擬量控制的系統、特別是閉環系統就要考慮這個問題。

（ 4 ）根據輸出負載的特點選型

不同的負載對 PLC 的輸出方式有相應的要求。例如，頻繁通斷的感性負載，應選擇晶體管或晶閘管輸出型的，而不應選用繼電器輸出型的。但繼電器輸出型的 PLC 有許多優點，如導通壓降小，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來選擇 PLC 的編程、監控和運行工作狀態。編程狀態時， CPU 只為編程器服務，而不對現場進行控制。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給主機，在下一個掃描周期主機將按新的程序對現場進行控制。計算機輔助編程既能實現離線編程，也能實現在線編程。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根據需要決定。

（ 6 ）據是否聯網通信選型

若 PLC 控制的系統需要聯入工廠自動化網絡，則 PLC 需要有通信聯網功能，即要求 PLC 應具有連接其他 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 結構形式的選擇

在相同功能和相同 I/O 點數據的情況下，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），容易判斷故障等優點，要按實際需要選擇 PLC 的結構形式。

　　有幾個時間控制任務。呼叫周期是參數化的。定期執行的任務通常放在此處。

　　搣中斷任務攠

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

　　關機任務

　　當過渡到停止模式時，調用ShutdownTask。可在此處定義轉換到此系統狀態的特定行為。

　　所有任務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觸發的MotionTask：

SIMOTION應用的任務結構

　　技術功能包的運行層級

　　可以面向具體對象來設置運動控制工藝對象的執行周期。

　　工藝對象在執行層 SERVO 周期和 IPO 周期或 IPO2 周期內執行，這些周期與 PROFIBUS 或 PROFINET 周期同步。

　　IPO/IPO2 循環中的指令評估和運動控制

　　SERVO 周期內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。根據所需的動態性能，電氣和/或液*可在一個慢速總線系統和一個快速總線系統間分布。

　　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動器進行控制，同時，可以用較高的動態響應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），還可實現快速的 I/O 處理，例如，結合使用高速 PROFINET I/O 模塊時。

　　執行系統的其它特性

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

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

當控制系統規模擴大或升級時，只要適當地增加一些模板，便能使系統升級和充分滿足需要。　西門子PLC的網絡是適合不同的控制需要制定的，也為各個網絡層次之間提供了互連模塊或裝置，利用它們可以設計出滿足各種應用需求的控制管理網絡。西門子S7系列PLC網絡，它采用3級總線復合型結構，一級為遠程I/O鏈路，負責與現場設備通信，在遠程I /O鏈路中配置周期I/O通信機制。　　反復重新啟動當然，組裝控制柜只是一個開始。西門子開發人員設想的是自組織的生產設施，可以響應自主改變的生產要求，不斷優化操作，并充分利用互相協助的機器人。這些設施將是革命性的進展，即可自我饋送設計數據、糾正錯誤并自行計算所有動作和行為的系統。Wurm表示：“很多其他研究人員正試圖解決這個問題，但市場上的產品都不如我們所開發的。”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 模塊采用單通道設計

應用 
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計，堅固耐用，容易擴展和廣泛的通訊能力，容易實現的分布式結構以及用戶友好的操作使SIMATIC S7-400成為中、性能控制領域中的理想解決方案。

SIMATIC S7-400的應用領域包括：

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，使用戶能夠構成的解決方案，滿足自動化的任務要求。

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

設計綜述 
S7-400自動化系統采用模塊化設計。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。

系統安裝 
簡單的設計系統使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
• 用戶友好的參數設置
• 口令保護
• 系統功能
• 用戶友好的操作員控制和監視功能（HMI）已集成在SIMATIC的操作
  系統中
• CPU的診斷功能和自測試智能診斷系統連續地監視系統功能并記錄錯誤和系統的特殊事件。
• 模式選擇開關

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）

數據通訊概述

• 通過全局數據（GD）通訊，網絡上的CPU之間可周期地交換數據包。
• 應用通訊功能塊，網絡上各站點之間進行基于事件驅動的通訊。可通過MPI、PROFIBUS 或工業以太網進行聯網。

通過多點接口（MPI）的數據通訊 
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的數據通訊（點對點）

通過CP（PROFIBUS或工業以太網）進行的數據通訊

SIMATIC S7-400H 
概述

• 有冗余設計的容錯自動化系統
• 在容錯技術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領域；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
• 也可應用常規的I/O：單邊配置
• 熱備：在故障事件發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。

應用 
在許多自動化領域中，要求容錯和高可靠性的自動化系統的應用越來越多。特別是在某些領域，停機將帶來巨大的經濟損失。在這種情況下，只有冗余系統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用領域：

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