【西門子自動化課程】 (15).doc

全集成自動化全集成自動化 T I A 解決方案培訓教材解決方案培訓教材 第一部分第一章第一部分第一章 全集成自動化全集成自動化 T I A 這個手冊由西門子自動化與驅動集團教育合作部 automation and drive technology Siemens A D Cooperates with Education 以培訓為目的編寫 西門子對其內容不做任何形 式的保證 手冊的傳播或者復制 包括其內容的使用與發(fā)表 僅作為公共教育及職業(yè)培訓之用 其他情況需要西門子自動化與驅動集團教育合作部的書面許可 Knust 先生 E Mail michael knust hvr siemens de 違者必究 西門子保留所有權力 包括翻譯 以及 專利權 實用新型或外觀設計專有權 感謝 Michael Dziallas Engineering 公司 職業(yè)學校的教師們 和其他有關朋友為本手冊的 編寫做出的貢獻 目錄 1 前言 4 2 什么是全集成自動化 TIA 5 3 各種不同的系統(tǒng)介紹 7 3 1SIMATIC 可編程序控制器 7 3 1 1SIMATIC S7 200 7 3 1 2SIMATIC S7 300 8 3 1 3SIMATIC S7 400 9 3 2工業(yè)通訊 10 3 2 1工業(yè)以太網 11 3 2 2PROFIBUS 12 3 2 3AS 接口 13 3 3人機界面 HMI 14 3 4SIMATIC 工業(yè)軟件 15 3 4 1STEP 7 15 3 4 2S7 GRAPH 編程語言 16 3 4 3S7 HiGRAPH 編程語言 狀態(tài)圖形 17 3 4 4S7 SCL 語句表編程語言 18 3 4 5Soft PLC SIMATIC WinAC basis 19 Controlling 19 Visualization 20 Computing 20 Networking 20 3 4 6SIMATIC ProTool Pro 21 3 4 7人機界面系統(tǒng) SIMATIC WinCC 22 3 5 驅動技術 24 3 6 Operation and installation technology 27 下面的符號代表的含義 下面的符號代表的含義 信息信息 1 前言 第一部分第一章作為 STEP 7 編程的基礎 講解怎樣快速的開始 STEP 7 的編程 學習目的 學習目的 本文引入了全集成自動化 TIA 的概念 因此讀者應該對這種全集成自動化的幾個部分有一個整體的了解 這些部分的應用 程序將在下面的章節(jié)中加以說明 基本條件 基本條件 這一章中用不到應用軟件 因此完成這一章沒有什么特殊的需要 需要的硬件和軟件 需要的硬件和軟件 專用的硬件和軟件不在這里使用 這一章是從理論上講解 基本基本 STEP 7 編程編程 2 3 天第一部分 STEP 7 編程晉級編程晉級 2 3 天第二部分 工業(yè)總線系統(tǒng)工業(yè)總線系統(tǒng) 2 3 天第四部分 序列編程序列編程 2 3 天第三部分 過程可視化過程可視化 2 3 天第六部分 SIMATIC S7 IT 通訊通訊 1 2 天第五部分 2 什么是全集成自動化 TIA 全集成自動化立足于一種新的概念以實現(xiàn)工業(yè)自動控制任務 現(xiàn)有的自動控制解決 方案混合了許多不同的系統(tǒng)技術和廠商 可編程序控制器應用于現(xiàn)場領域 在單元 層面上混合使用微機和可編程序控制器 在系統(tǒng)控制領域只使用微機 至今為止 這些系統(tǒng)使用完全不同形式的軟件和用戶界面是一種慣例 這些額外的差異是由不 同廠商提供不同的產品造成的 這些不同的解決方案 時常導致通訊問題的發(fā)生 數據必須被讀寫若干次 以至于 沒有統(tǒng)一的概念來準備大量的數據 基本的想法是以一個相容的技術為基礎來解決 個體的問題 這需要一個徹底的解決方案和維護體系 全集成自動化意味著解決現(xiàn)有的系統(tǒng)瓶頸 所有的設備和系統(tǒng)都完整的嵌入到一個 徹底的自動控制解決方案中 在這個解決方案中采用共同的組態(tài)和編程 共同的數 據管理和共同的通訊 一個全集成自動化系統(tǒng)有如下特點 一個全集成自動化系統(tǒng)有如下特點 共享數據存儲共享數據存儲 數據只被寫入一次然后由系統(tǒng)為用戶管理 通過一個可見的系統(tǒng)或分布式 I O 在可 編程序控制器和計算機的內存中進行操作 如果其他方面需要這個數據 軟件會 在共享的數據庫中收集這個數據 節(jié)省了用于數據格式一致性檢查的費用 可升級的系統(tǒng)可升級的系統(tǒng) 所有的固件和系統(tǒng)使用一個完整的標準的軟件工具包 它們都是可配置的 可編程 的 可以操作 調試并監(jiān)控的 用戶可以使用用戶界面下的工具來進行每一種解決 方案的操作 開放的界面開放的界面 在系統(tǒng)中通訊是完整的 因此數據可以在幾個系統(tǒng)和構件中自由轉換 舉例來說 對于可編程序控制器的配置來說 了解下一個通訊連接不是很必要 網絡調節(jié)器的 設定只按照配置選擇標準確定 并且在任何時候都是可更改的 因此不同自動化解 決方案的分布式結構不再是問題 PROFIBUS 作為系統(tǒng)總線 完全的集成完全的集成 驅動技術完全的集成 配置 診斷和授權都集成于 STEP 7 中 費用的節(jié)省費用的節(jié)省 這種集成概念的結果是使配置 維護和員工培訓的費用都將大大節(jié)省 最佳的硬件 利用使硬件的花費減少 兼容性和模塊化兼容性和模塊化 自動化解決方案還未構成一個完整系統(tǒng) 通過兼容性和模塊化 軟件一次安裝后每 次的升級和擴展不論是集中式的還是分布似的都不會發(fā)生問題 共享的數據庫共享的數據庫 統(tǒng)一的標準共享的數據庫也可以用于第三方系統(tǒng) OPC 過程控制的 OLE 允許 基于 Windows 的服務 觀察和控制系統(tǒng)對數據經行處理 較老的 S5 程序可以在 轉化后使用 3 各種不同的系統(tǒng)介紹 這一章作為大部分重要系統(tǒng)的介紹 各種不同的系統(tǒng)介紹 這一章作為大部分重要系統(tǒng)的介紹 SIMATIC S7 200 300 400 工業(yè)通訊 人機界面 SIMATIC 工業(yè)軟件 3 1SIMATIC 可編程序控制器可編程序控制器 3 1 1 SIMATIC S7 200 圖片 1 SIMATIC S7 200 用 地球 14 頁的圖替換 SIMATIC S7 200 系列適用于較低的性能要求 添加最新的產品介紹 It is available in various grades The CPU is qualified for open and closed loop control tasks in machines and system construction It is real time capable and offers extensive communication possibilities over a PROFIBUS or PC PPI cable and over a free programmable interface protocol The SIMATIC S7 200 offers modular extensibility and integrated PID closed loop control functions The program software STEP 7 Micro Win enables a quick introduction in the programming and configuration 3 1 2 SIMATIC S7 300 Image 2 SIMATIC S7 300 SIMATIC S7 300 系列為中檔的性能要求提供工業(yè)控制解決方案 添加最新的產品介紹 Properties of the SIMATIC S7 300 Program memory up to 85 K instructions Up to 1024 digital in and outputs Multipoint capable interface for the configuration of smaller networks and for configuration with help of a PC PG Quick execution time in which the performance capable CPU executes 1024 binary instructions inside of 0 1 ms Modular configuration and quick enhancements are possible through interface modules with an integrated back plane bus Modular extensibility through an extensive program module of digital analog simulation and function modules to communications and other types of modules Integrated functions counters positioning closed loop control and frequency measuring by the CPUs 312 314 IFM Integrated PROFIBUS interface by the 300 2 DP Series CPU also usable as a slave Processing of extensive mathematical formulas Preparation of cyclic HMI service integrated into the operating system of the CPU Quick and simple configuration and programming with help from STEP 7 Extensive diagnostic possibilities with help from STEP 7 Error message buffer with time stamp and module diagnostic help the user during error searching 3 1 3 SIMATIC S7 400 Image 3 SIMATIC S7 400 SIMATIC S7 400 系列為高端的性能要求提供解決方案 添加最新的產品介紹 Properties of the SIMATIC S7 400 Program memory up to 660 K instructions Up to 131056 digital in and outputs Multipoint capable interface for the configuration of smaller networks and for configuration with help of the PC PG Quick execution time that the performance capable CPU executes 1024 binary instructions inside of 0 1 s Modular configuration and quick enhancements are possible through interface modules with integrated back plane bus An extensive program module of digital analog simulation and function modules to communications and other types of modules Integrated PROFIBUS interface by the S7 400 2 DP Series The profile PROFIBUS DP FMS PA and Industrial Ethernet are useable Processing of extensive mathematical formulas Preparation of cyclic HMI service integrated into the operating system of the CPU Quick and simple configuration and programming with help from STEP 7 Extensive diagnostic possibilities with help from STEP 7 Error message buffer with time stamp and module diagnostic help the user during error searching 3 2工業(yè)通訊工業(yè)通訊 在過程控制領域中可以通過 SIMATIC 網絡 PROFIBUS 以太網或者 TCP IP 進 行通訊 SIMATIC NET 系列包含產品不同性能特征的分類 他們通過一個有效的 系統(tǒng)界面使數據在各種不同的層面 自動控制設備和驅動程序之間轉換成為可能 Cell level Industrial Ethernet PROFIBUS Actuator Sensor level Actuator Sensor Interface PROFIBUS Field level Industrial EthernetProcess control level 圖 1 網絡金字塔圖 3 2 1 工業(yè)以太網工業(yè)以太網 工業(yè)以太網用于過程控制的層面 快速工業(yè)以太網 10 Mbit s to 100 Mbit s 的 傳 輸速率使在相連的節(jié)點之間進行快速的數據轉換成為可能 傳送可以通過同軸電纜 雙絞線或者光纖 工業(yè)以太網有以下優(yōu)勢 通過簡單的連接技術可以進行快速的授權 擴展現(xiàn)有的操作系統(tǒng)使其在操作中更加實用 通過轉換技術調節(jié)傳輸速率使性能升級成為可能 提供辦公室環(huán)境和生產環(huán)境的聯(lián)網 提供 WAN 廣域網 通訊 例如 ISDN 或 internet 的接入 持續(xù)一致的未來發(fā)展計劃保證了投資的安全 圖 4 工業(yè)以太網的組成 3 2 2 PROFIBUS PROFIBUS 用于連接分布式 I O 或者驅動器這樣的現(xiàn)場設備和 SIMATIC S7 這樣 的工業(yè)控制系統(tǒng) PROFIBUS 是一個性能優(yōu)越 集成 開放的系統(tǒng) 它建立在快 速反應 開放界面之上 可以適應不同的協(xié)議 PROFIBUS DP 可以以高達 12 Mbit s 的電子的或者光纖的傳輸速率連結分布式 I O PROFIBUS PA 是 PROFIBUS 的固有安全模式 用于在暴露的現(xiàn)場 例如化工廠 進行指定的數據傳輸 PROFIBUS FMS 在更高系統(tǒng)的現(xiàn)場領域發(fā)揮強大的作用 同時也應用在單元層面 以及過程控制領域中不高的實時要求 An extensive product pallet for the protocol variants is available for the connection to the PROFIBUS 用戶可以 STEP 7 軟件上對組態(tài)和程序進行調試 圖 5 工業(yè)以太網的組成 3 2 3 AS 接口接口 閥門 傳動裝置和驅動器都在現(xiàn)場領域中得到應用 完全不同的部分必須通過 自動化技術來進行控制 現(xiàn)在一個指定的帶有 AS 接口的分布式 I O 來完成這項工 作 執(zhí)行器和傳感器通過一個雙股電纜與控制器相連 數據和電力通過電纜進行傳送 AS 接口的優(yōu)點接口的優(yōu)點 查閱 AS 接口的技術資料再添加 Panel free constructions 更高的防護等級 IP 65 Wiring directly from a position Simpler and more flexible construction with 2 wire cables without applicable special knowledge PROFIBUS connection over DP AS Interface 圖 6 AS 接口 3 3人機界面人機界面 HMI SIMATIC HMI 人機界面作為連接設備和用戶的接口部分 功能 開關或者程 序數值清晰的顯示在操作面板或觸摸屏上 通過這種可視化功能 發(fā)送給用戶的錯 誤信息提示或者正確的數據都可以很清晰的顯示 一個可視的程序操作顯示可以方 便用戶快速的掌握他進行這步操作的作用 人機界面分為 4 個種類 鍵控面板 PP 7 和 PP 17 常規(guī)操作領域創(chuàng)新的選擇 文本顯示器 OP 3 OP 7 和 OP 17 用于機器的的監(jiān)控和操作 圖形顯示器 OP 25 OP 37 TP 27 和 TP 37 用于更好的顯示機器的監(jiān)控和 操作 基于 Windows 的系統(tǒng) 例如 OP 37 pro MP 370 或者 MP 270 用于機器操作 設備配置的 Pro Tool 組態(tài)軟件有三種不同的性能來滿足不同的設備分類 人機界面可以直接通過 MPI 或者 PROFIBUS DP 連接到自動控制系統(tǒng) 通過配置 功能轉換 指令按鈕或顯示原理可以接收 CPU 的直接存儲 圖 14 人機界面 3 4SIMATIC 工業(yè)軟件工業(yè)軟件 3 4 1 STEP 7 STEP 7 是用于 SIMATIC 可編程序控制器組態(tài)和編程的標準軟件包 硬件的組態(tài) 用于 CUP 數字模塊 也用于連結不同的部分 PROFIBUS 以太網或是其他的部 分 軟件設計符合 IEC 61131 標準 STEP 7 的功能的功能 以一種簡明的設計結構共享數據存儲 可以用 STL LAD 和 FBD 語言來編寫程序 可以在兩種語言間進行切換 CPU 的調整 模塊地址的調整 模塊診斷的顯示 錯誤信息緩沖器的讀取 交叉參考和參考數據的顯示 圖 7 STEP 7 3 4 2 S7 GRAPH 編程語言編程語言 S7 GRAPH 是符合 IEC 61131 3 標準的適用于順序控制編程的工程軟件 它包括 生成一系列順序步 確定每一步的內容 以及步與步之間的轉換條件 編寫每一步 的程序要用特殊的編程語言 類似于語句表 轉換條件是在梯形邏輯編程器或功 能塊圖編程器中輸入的 梯形邏輯語言的流線型版本 S7 GRAPH 用來表達復雜的順序控制非常清晰 用于編程及故障診斷更為有效 圖 8 S7 GRAPH 3 4 3 S7 HiGRAPH 編程語言 狀態(tài)圖形 編程語言 狀態(tài)圖形 S7 HiGraph將程序中各塊作為狀態(tài)圖形編程 這種方法將你的項目分成不同的功 能單元 每個單元有不同的狀態(tài) 不同狀態(tài)之間的切換要定義轉換條件 每個功能 單元都用一個圖形來描述其特性 整個項目的各個圖形組合起來為圖形組 各功能 單元的同步信息可在圖形之間互換 各功能單元的狀態(tài)條件的清晰表示使得系統(tǒng)編 程成為可能 故障診斷簡單易行 這種狀態(tài)圖形編程不僅適用于PLC程序 也同樣 適用于設備營造商 代理商和服務工程師 S7 HiGraph可用于自動控制系統(tǒng)SIMATIC S7 300 推薦使用CPU 315或更高配置 SIMATIC S7 400 SIMATIC C7 推薦C7 626或更高版本 和 SIMATIC WinAC 圖 9 S7 HiGRAPH 3 4 4 S7 SCL 語句表編程語言語句表編程語言 S7 SCL 結構化控制語言 是用于數據管理的PASCAL類型的高級語言 S7 SCL完成了 PLC Open Base Level Certificate S7 SCL允許 簡潔快速的編程 提高PLC程序的質量 更加清晰 容易調試 基于以上原因 用戶在公式計算 復雜的最優(yōu)化算法或管理大量的數據時適合使用 這種編程語言 S7 SCL適用于以下各種自動控制系統(tǒng) SIMATIC S7 300 CPU 314或更高配置 SIMATIC S7 400 SIMATIC C7和SIMATIC WinAC 圖 10 S7 SCL 3 4 5 Soft PLC SIMATIC WinAC basis SIMATIC WinAC Basis is the software based PC based control solution It is used when smaller control tasks should be resolved together with typical PC tasks particularly for cost effectiveness The Soft PLC WinAc Basis combines control and technological tasks with standard applications for visualization data processing and communication The software works from the base of operating system Windows NT If one demands hard and strict real time requirements SIMATIC WinAC RTX is available It is attached directly to Windows NT and guarantees deterministic behavior for the control section with a real time expansion Components of the SIMATIC WinAC Controlling The operation of the Slot PLC is identical to the handling of a hardware PLC e g CPU 315 2 DP The programming and the diagnostics take place over the standard tools of the SIMATIC Manager LAD FBD STL Editor Monitor ModifyVariable You can simply affect the performance of the Soft PLC over priority control from Windows NT real time response to secondary application in Windows NT The security of the PLC is guaranteed through password security with which all taken effects on the control are prevented Remanent data offers protection against system failure Visualization Possibilities for the creation of a B B operator interface are displayed over the SIMATIC WinAC data elements Simple B B operator interfaces are displayed with the Soft Container Visual Basic also offers possibilities for realization of HMI operator interfaces ProTool Pro ist the comfortable and quick configuration of HMI Computing The data exchange of the PLC is accomplished with the PC Data elements are dealt with here SIMATIC Data Control With the help of data elements Windows objects OCX components are simply connected with the areas of Soft PLC e g Memory bit words inputs and outputs Networking Over a data element data also exchanges with the Soft PLC over a normal office network Ethernet only by the SIMATIC S7 416 2 DP ISA he Windows Logic Controller The Windows Logic Controller WinLC represents the software solution of a CPU You can display the functions of the CPU on a PC with WinLC The program WinLC simulates the complete operation package of a CPU 315 2 DP and the WinLC software would also be customized to the CPU 315 2 DP The arrangement of the error LEDs or the operation type switch corresponds to the layout of the hardware CPU 1024 digital and 128 analog inputs can be processed from the WinLC Therefore the peripheral connection takes place over a distributed I O e g ET 200M The control performance depends on the performance capability of the processor and RAM as well as from the adjusted cycle time of the WinLC software The cycle time of the WinLC can be set to be dependent on the control tasks A cycle of WinLC consists of the reading of the inputs in the process image input table program execution the creation of the process image output table such as the execution of the waiting time until the created minimal cycle time is reached In the remaining time Windows NT finishes the rest of the active tasks A real time solution forms the Slot PLC The Slot PLC responds in a function package of CPU 416 2 DP which shows deterministic response with short reaction times and works independent from the operating system Windows NT and is applications A restart of the operating system in operation of the Slot PLC is possible Image 11 WinLC Image 12 Advantageous SIMATIC WinAC 3 4 6 SIMATIC ProTool Pro HMIs are configured with ProTool and or ProTool Pro which serves as an interface between man and machine HMI Human Machine Interface Pro Tool enables a simple and quick conversion of ideas into a simple and clear images for the visualization system The advantages can be used by the Windows environment i e the connection from graphics which would be created with standard graphic programs ProTool can be integrated in the SIMATIC MANAGER where the taking over of the symbol tables is possible without problems The configuration software can naturally also be used as a standalone version Operator panels from type OP 3 OP 7 and OP 17 are configured with the cost effective software ProTool Lite The graphical operator panels OP 27 OP 37 TP 27 and TP 37 require the software ProTool Windows based systems like a OP 37 Pro are configured with ProTool Pro Image 13 ProTool Pro 3 4 7 人機界面系統(tǒng)人機界面系統(tǒng) SIMATIC WinCC SIMATIC WinCC 支持 Windows 控制中心 WinCC 是基于 Windows 98 2000 XP 的性能卓越的可視化系統(tǒng) 32 位的系統(tǒng)支持多任務所以可以快速的 對事件和警告做出響應 WinCC 可集成到任何自動控制系統(tǒng)中 它通過共享的數 據庫支持數據轉換的標準軟件 Windows 的其他應用軟件 和以后將推出的 SIMATIC 組件 建議用 WinCC 最新的介紹 地球書 SIMATIC WinCC stands for Windows Control Center WinCC is a performance capable process visualization system based on Windows NT or Windows 95 The 32 Bit system offers preemptive multi tasking so that you can quickly and effectively react to process events and alarms WinCC lets you integrate into an existing automation system problem free It enacts over a common database with standard applications for data exchange with other windows applications or with further SIMATIC components Object libraries for simple configuration of graphic elements are also integrated in WinCC 突出的優(yōu)點突出的優(yōu)點 通用的應用程序 內置所有操作和管理功能 可簡單 有效地進行組態(tài) 可基于 Web 持續(xù)延展 采用開放性標準 集成簡便 集成的 Historian 系統(tǒng)作為 IT 和商務集成的平臺 可用選件和附加件進行擴展 圖 14 WinCC 3 4 8 過程控制系過程控制系 PCS 7 PCS 7 is the process control system in the automation concept TIA It is based on chosen and convenient components for operation as a control system In addition come functional expansions which ensure specific system performance from engineering over the Human Machine Interface by the peripheral control and also the demanding function package from the process instrumentation and control system Properties Defined start and restart Operation concept Control system message concept Access authorization Sign of life monitoring Real time synchronization Safe process control Libraries with prepared blocks Comfortable configuration Additional software pack for discontinued processes Image 15 PCS7 3 5 驅動技術驅動技術 變頻高速驅動 不管是標準驅動還是巨型驅動 不管是交流電驅動還是直流驅動都 是全集成自動化和 SIMATIC 世界中的一員 據此有如下特點 從控制層到驅動具有一致性 驅動系統(tǒng)完全符合 STEP 7 環(huán)境 SIMATIC 管理器共享數據管理 綜合了自動化解決方案中的驅動技術可使時間的花費大大減少 你可以在全集成自動化構件中發(fā)現(xiàn)適合下述的驅動系統(tǒng)和驅動組件的應用程序 低壓電動機低壓電動機 這是第一個高性能的針對于整個設備和系統(tǒng)構件的未來解決方案的交流電動機裝置 maintenance free dynamic and high performing Image 16 Low voltage motors Frequency converter SIMOVERT MASTERDRIVES They make AC motors perform well at variable speeds This device set is conceptual for world wide operation It is qualified for all connection voltages from 230 to 690 V and is qualified for world wide use Image 17 Frequency converter Standard converter MICROMASTER and MICRO MIDIMASTER Vectors are frequency converters in the performance range of 120 W to 75 kW They are usable on the smallest space through their compact construction type The encoder free vector control also enables operation in the medium performance range for demanding applications COMBIMASTERs are compact units that exist of DS low voltage motors and frequency converters MICROMASTER Integrated are frequency converters IP 65 that are applied directly to the DS low voltage motors of different manufacturers MICRO MIDIMASTER Ecos are specified for the requirements of heat ventilation and air condition