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SIMOTION P - 基于 PC 的运动控制系统

丰富的运动控制功能，集成在紧凑的嵌入式工业 PC 中：SIMOTION P320-4

SIMOTION P320-4 是一种高性能、超紧凑和免维护型嵌入式工业 PC，已在恶劣运行条件下得到验证。SIMOTION P320-4 既有 PLC 的坚固可靠性，又有 SIMOTION 的全面运动控制功能。

SIMOTION P320-4 包括两个高性能型号：

• SIMOTION P320-4 E（嵌入式）
  处理器：Intel i3 处理器（第三代）
  存储器：内部 CFast/外部可访问 CFast 
  操作系统：Windows Embedded Standard 7
• SIMOTION P320-4 S（标准型）
  处理器：Intel i7 处理器
  存储器：内置固态硬盘 (SSD)/外部可访问 CFast
  操作系统：Windows 7 Ultimate

SIMOTION P320-4 供货范围：

SIMOTION P320-4 随附有大容量存储器以及相关的 SIMOTION 运行系统软件。

• 内置大容量存储器：Windows 操作系统和 SIMOTION 运行系统固件
• 外置可存取海量存储器：SIMOTION 项目和用户数据

Windows 操作系统具有的开放性

这种开放性是基于 PC 的解决方案的突出特点：

• 联网灵活
• 数据存储容量大
• 数据备份方案
• 集成通信

复杂的数据测定和显像任务，甚至能通过 SIMOTION P，直接在 PC 上轻松执行工程技术操纵。如需要其它系统的 HMI 软件，可使用标准化的 OPC 器接口。

通过集成的以太网接口，可以通过 SIMOTION IT 访问集成 Web 器上的数据。通信回路采用标准 IT 协议，进行调试、诊断和维护。

也可以使用远程维护、诊断和远程等功能。
另外还提供了标准 PC 接口，用于连接以下部件：

• 打印机、键盘和鼠标等硬件
• 可视化软件或 Microsoft Office 程序等软件。

SIMOTION 操作系统具有实时功能

完全独立的 SIMOTION 操作系统与 SIMOTION P 上的 Windows 并行运行。通过这种实时扩展，可实现能够满足 SIMOTION P 平台上的高性能要求的复杂运动控制应用。

功能强大的 PC 技术

• 系统采用新的 PC 处理器技术，可确保提供佳性能。
• 指令执行速度非常之快，为中高端性能范围提供了新的应用机会。

• 开环控制、运动控制、技术、可视化和标准 Microsoft 应用程序均集成在同一平台上，无需执行耗时的安装即可直接使用
• 功能强大的新 PC 处理器架构带来了性能的提升
• 基于 Windows 操作系统，因此对各种标准应用程序具有开放性
• 可基于工业以太网使用标准 PC 通信机制
• 简易软件升级
• 用户友好型操作
• 通过现有通信接口实现灵活联网该 SIMOTION P320-4 版本具有一个集成式 PROFINET 接口和工业以太网接口。对于也需要 PROFIBUS DP 连接的应用，可使用带有两个 PROFIBUS 接口的可选模块 IsoPROFIBUS 板。
• 集成众多功能因而功能强大
• 在同一程序中轻松对开环控制和运动控制应用进行工程配置

• 软控制器用于在 SIMATIC IPC 上执行 SIMATIC S7-1500 控制器的功能
• 针对使用 IPC427 小型箱式 PC 和 IPC477D 面板式 PC 完成的基于 PC 的控制任务进行了。
• 也可在 IPC627D 和 IPC827D 箱式 PC、IPC677D 面板式 PC 以及 IPC647D 和 IPC847D 机架式 PC 上使用

CPU 1507S 软控制器具有以下组件：

• 独立于 Windows 的控制内核：
  • 通过实时 Hypervisor 技术并行运行控制和 Windows
  • 可在控制运行时重启 Windows
  • 不依赖于 Windows 而访问大容量存储器（CFast、固态硬盘、硬盘），以便独立存储组态和数据
• 屏幕应用程序具有以下功能：
  • 显示概览信息，如集成接口的 IP 地址、站名称、设备名称、位置标识符等。
  • 显示诊断信息
  • 模块信息显示
  • 显示可由用户定义的徽标
  • 显示显示屏设置
  • 设置 IP 地址
  • 设置日期和时间
  • 选择运行模式
  • 将 CPU 复位为出厂设置
  • 禁用/启用显示
  • 启用保护级别。
• 通过 PC 的以太网和 PROFIBUS 接口进行 IO 通信的集成驱动程序
• 通过 Windows 接口进行通信的集成驱动程序
• 与 WinCC RT Advanced 的 PC 内部通信
• 与 Windows 应用程序的 PC 内部通信

S7-1500 标准 CPU (CPU 1507S) 执行 S7-1500 控制器的功能，作为软件在 PC 上的 Windows 系统中运行。这样，PC 就能用于控制机器设备。

• 使用 TIA Portal 中的 STEP 7 工程组态工具进行组态和编程（V13 SP1 及更高版本）：
• 根据标准 IEC 61131-3 进行编程
• 支持的编程语言：
  • SCL (IL)
  • LAD
  • FBD
  • STL
  • GRAPH7 (SFC)
• 基于虚拟化技术的创新实时系统；
  借助于集成式 S7-1500 软控制器的实时系统，可并行、独立运行 Windows：
  • 大实时和确定性属性
  • 独立于 Windows 运行 –可在控制器正在运行时重启 Windows
  • 独立于 Windows 快速重启控制
• 高速程序执行，带几个优先级控制的执行层级（循环，时间控制，PROFINET 或 PROFIBUS 等时同步，过程和诊断报警事件驱动）
• 保存保持性数据；
  即使在电源出现故障时，软控制器也能确保设备数据安全：
  • 在 PC 硬盘上存储保持性数据（需要 UPS）
  • 电压下降时可将保持性数据保存在 CPU 的 NVRAM
• 通信
  软控制器使用 PC 的接口进行 PROFINET 和 PROFIBUS 通信：
  • 独立于 Windows，使用 PROFINET 或 PROFIBUS 来运行分布式 I/O。根据所使用的接口硬件，可提供以下功能：
    PROFINET IO RT、PROFIenergy、PROFIBUS DP 主站、介质冗余、I 设备、等时同步模式
  • 通过 PC 的 Windows 接口与 Windows 应用程序通信（SIMATIC 通信、开放式用户通信）或与外部设备通信
• 集成 web 器；
  所有 S7-1500 自动化系统的 CPU 都支持通过 Web 器扫描 CPU。CPU Web 器提供以下诊断选项：
  • 通过 LED 指示灯显示 CPU 状况和当前运行状态
  • 读出诊断缓冲区条目
  • 查询模块状态
  • 查询当前消息
  • 拓扑 / PROFINET 设备的状态信息
  • 将用户数据传送到 CPU 并进行管理
  • 用户可编程的 Web 页面，支持具体机器功能的维护和调试
• 跟踪功能
  S7-1500 自动化系统的所有 CPU 都支持跟踪功能。支持记录每个循环的模拟和数字变量，将使用 STEP 7 以曲线表示。这对于运动控制或闭环控制应用来说尤其有用。
• 集成工艺功能：
  • S7-1500 运动控制；
    PLCopen 块用于通过 PROFINET IO IRT 接口来编程运动控制功能。
    此功能支持转速轴、定位轴和外部传感器
  • 集成控制功能；
    通用 PID 或三级控制器（带有集成功能）和集成温度控制器。
• 集成系统诊断：
  自动生成系统诊断，并通过编程器/PC、HMI 设备、Web 器或集成式显示屏加以显示。当 CPU 处于 STOP 模式时，也可以系统诊断功能。
• 集成安全功能：
  • 专有技术保护；
    为算法提供可靠保护，防止未许可证的访问和修改。
  • 访问保护；
    扩展访问保护功能提供全面保护，防止未经授权的组态更改。各种授权级别可用于向不同的用户组分配不同的权限。
  • 完整性保护；
    系统可以防止传输到 CPU 的数据受到未授权的操纵。CPU 可安全检测并能防止修改工程数据或第三方传送。

机架构成SIMATIC S7-400 基本机械机构。它们执行以下任务：

• 给模块提供机械支持
• 给模块提供电源
• 通过背板总线将各个模块连接在一起

机架的设计具有墙装式、框架安装式和机柜安装式。

SIMATIC S7-400可以安装多种机架。

UR1（通用机架）

• 用于配置中央控制器和扩展单元
• 多可安装18个模板
• 也适用于S7-400H

UR2（通用机架）

• 用于配置中央控制器和扩展单元
• 多可安装9个模板
• 也适用于S7-400H
• 也提供铝制机架

CR2（中央机架）

• 用于配置中央控制器
• 多用于 18 个模块
• 分段机架： 
  用于运行两个独立的 S7-400 CPU (无S7-400多CPU模式)，通过背板总线(C总线)进行CPU之间的通讯。 两个CPU可以具有局部地址，可以具有单独的I/O模板(分段的P总线)。

CR3（中央机架）

• 用于配置中央控制器
• 适用于分布式自动化任务，多支持4个模板

UR2-H

• 用于在一个单机架结构上建立一个完整的S7-400H系统
• 同样适用于S7-400H:
  运行两个独立的CPU，各CPU带有自己独立的I/O(各自的P总线和C总线)
• 也可作为扩展单元使用
• 多可安装18个模板
• 也提供铝制机架

ER1（扩展机架）

• 用于经济型的扩展单元的配置
• 多用于 18 个带有限功能性的模块
• 也适合用于 S7-400^®H

ER2（扩展机架）

• 用于经济型的扩展单元的配置
• 多用于 9 个带有限功能性的模块
• 也适用于S7-400H

Overview

CBE30-2 通信板可用于为 SIMOTION D4x5-2 DP/PN 提供另一个 PROFINET 接口。

另一个 PROFINET 接口的应用如下：

• 两个独立网络（例如，一个本地网络和一个上层网络）
• 地址空间可加倍为 2 × 4 KB
• 可连接的设备的大数量可加倍为 2 × 64
• 分离为高速和低速总线系统/执行系统是为了高效利用控制器容量（仅适用于 SIMOTION D435-2 DP/PN、D445-2 DP/PN 和 D455-2 DP/PN）

CBE30-2 通信板具备以下功能：

• PROFINET IO 控制器、智能设备（也可同时支持控制器和设备）
• 100 Mbps 全双工/自动交叉
• 支持 PROFINET IO 的实时类别：
  • RT（实时）
  • IRT（等时同步实时）
• 将分布式 I/O 作为 PROFINET IO 设备集成
• 按照 V4 规范，通过 PROFIdrive 将各变频器作为 PROFINET IO 设备集成
• 支持标准以太网通信，例如
  • 与 SIMOTION SCOUT 接口
  • 连接 HMI 系统
  • 通过 TCP/IP 或 UDP 通信与任何其它设备通信
• 集成式 4 端口交换机，带 4 个 RJ45 接口。因此，无需附加交换机即可组态佳拓扑（总线型、星型、树型）。
• 支持介质冗余 (MRP/MRPD)。

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

注意

CBE30-2 通信板只能与 SIMOTION D4x5-2 DP/PN 控制单元结合使用。

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

S7-300

提供有大量功能，支持用户的S7-300编程、调试和维护等工作。

• 高速执行指令：
  指令执行时间低可达0.01 μs，为中低端性能设备开创了全新的应用方案。
• 浮点数运算：
  可以高效率地使用浮点运算甚至复数运算功能。
• 用户友好的参数赋值：
  仅需一个带有统一操作界面的软件工具，就可以完成所有模块的参数化工作。这降低了入职门槛和培训费用。
• 人机界面（HMI）：
  S7-300的操作系统已经集成了用户友好的人机界面。这些功能不再需要成本高昂的编程工作：SIMATIC HMI系统向SIMATIC S7-300请求过程数据， S7-300在期望的更新时间完成这些数据的传输工作。SIMATIC S7-300的操作系统可以自主地完成传输过程。并且完全使用相同的符号和数据库。
• 诊断功能：
  CPU 的智能诊断系统持续不断地检测系统的功能、记录故障信息和特定的系统事件（例如，时间错误、模块故障等）。采用环境缓冲区记录事件信息，并带有时间截，以利于今后的故障排除。
• 口令保护:
  使用密码保护功能高效、可靠地保护用户信息，以防受到非授权复制与更改。

SIMATIC S7-300符合的标准和国际标准有：

• DIN
• UL
• CSA
• FM class 1 div. 2；组别：A、B、C 和 D （温度组别：T4（≤135°C））
• ATEX
• 澳大利亚标志
• 以下船级社资格
  • 美国船级社
  • 法国船级社
  • 挪威船级社
  • 德国船级社
  • 英国劳氏船级社
  • 日本船级社（NK）
• 抗震

通讯

SIMATIC S7-300的CPU 支持以下通信类型：

• 过程通讯：
  对于通过总线（AS-接口、PROFIBUS DP 或者 PROFINET）实现循环寻址的I/O模块（互换过程图像）。从循环执行层调用过程通讯。
• 数据通讯：
  用于自动化系统间或多个自动化系统与HMI之间的数据交换。数据通信循环地进行，也可以基于事件驱动通过块由用户程序发起。

STEP 7的操作界面极为友好，显著地简化了用户的通信功能组态工作。

数据通讯

SIMATIC S7-300拥有不同的数据通信机制：

• 使用MPI，通过全局数据通信，实现联网CPU之间的数据包循环交换。
• 借助通信功能，与其它伙伴完成事件驱动型通信。网络连接通过MPI、PROFIBUS或PROFINET实现。

全局数据

借助“全局数据通信”，联网CPU彼此之间可以循环地交换数据（多可达8 GD 数据包，每周期22个字节）。据此，可以实现，例如，某个CPU访问另一个CPU的数据、位存储单元和过程图像等信息。只能通过 MPI 进行全局数据交换。组态通过STEP 7的GD表完成。

通讯功能

使用系统已经集成的块，可以建立S7/C7伙伴之间的通信。

这些是：

• 通过 MPI 进行 S7 基本通讯。
• 通过 MPI、C 总线、PROFIBUS 和 PROFINET/工业以太网的 S7 通讯。
  S7-300 可以用于：
  • 用作器时，使用MPI、C总线和PROFIBUS
  • 用作器或客户端时，使用集成式PROFINET接口

使用reloadable块，可以建立与S5伙伴和非西门子设备之间的通信。

这些是：

• 通过 PROFIBUS 和工业以太网进行的 S5 兼容通讯。
• 通过 PROFIBUS 和工业以太网进行的标准通讯（非西门子系统）。

与全局数据不同的是，对于通信功能，必须为其建立通信连接。

集成到 IT 领域中

借助自动化工程组态，使用S7-300，可以更加方便地接入现代化的信息技术世界。使用CP 343-1 Advanced，可以实现以下信息技术功能：

• IP 路由；
  借助IP访问列表，将IP V4报文以不低于Gigabit的速度转发至受控PROFINET接口。
• WEB 器；
  使用标准浏览器，可以浏览大至30 MB可自由定义的HTML网页；通过FTP处理自己的文件系统中的数据
• 标准诊断页；
  无需额外工具，就可以在工厂内完成插装在安装机架上的所有模块的快速诊断工作。
• E-mail；
  直接从用户程序中发送电子邮件。电子邮件客户端设计有通知功能，可以在控制程序中直接通知用户。
• 通过 FTP 进行通讯；
  大多数操作系统平台都可以使用的开放协议
• 设计有30 MB RAM文件系统，可以用作动态数据的中间存储器。

S7-300 PROFINET CPU集成有Web器。因此，标准Web浏览器可以读出S7-300站中的信息：

• CPU 一般信息
• 诊断缓冲区的内容
• 变量表
• 标签状态
• 模块的状态
• 报文
• 工业以太网的相关信息
• PROFINET 节点的拓扑结构

等时模式

使用系统功能“同步模式”，可以同步耦合

• 分布式信号采集、
• PROFIBUS 信号传输和
• 程序执行

总线周期时间的程序运行。

创建了自动化解决方案，可以以固定间隔时间（常量总线周期时间）捕捉并处理输入和输出信号。同时创建了前后一致的部分过程图像。

借助常量总线周期时间和分布式I/O同步信号处理技术，S7-300确保可以精确地重现规定的过程响应时间。

为同步模式系统功能提供了极为丰富的支持组件，可以处理运动控制、测量值采集和高速控制等领域的苛刻任务。

在分布式自动化解决方案中，目前的SIMATIC S7-300开始涉足重要的高速加工处理应用领域，并确保可以获得高的精度和可重现性。这意味着可以以稳定的优质产品不断地扩大生产数量。

模块的诊断和过程监视

SIMATIC S7-300的大量输入/输出模块都具有智能功能：

• 信号采用的监控（诊断）。
• 监控来自过程的信号（硬件中断）。

诊断

诊断功能可以用来判断模块的信号采集（针对数字量模块）或者模拟量处理（针对模拟模块）是否工作于无故障状态。在诊断分析中，必须区分可参数化和非参数化诊断消息：

• 可参数赋值的诊断报文：
  仅由合适的设定参数启用之后才会发出诊断消息。
• 不可参数赋值的诊断报文：
  这些消息的发出是一个常规事件，即该过程与参数化无关。

如果某个诊断消息处于激活状态（例如“无传感器输入”），则模块会发起一个诊断中断（若已经为该诊断消息设置了参数，则仅在相应的参数化过程之后才会产生中断）。CPU会中断用户程序或较低优先级任务的执行，并接下来执行相关的诊断中断块（OB 82）。