logo
+7 (499) 755-96-83
info@en-res.ru
Статьи / Инновационный программируемый контроллер Simatic s7-1500 + мощность + эффективность
bg-03-7
g-03-8

Инновационный программируемый контроллер Simatic s7-1500 + мощность + эффективность

Представлены конструктивные и функциональные возможности и особенности новой серии ПЛК SIMATIC S7-1500 от компании SIEMENS.

S7-1500 article 1

SIMATIC — не только лидер мирового рынка, но и безусловный синоним ПЛК. SIMATIC не просто повлиял на развитие систем управления, но и про­должает определять все новые рубежи развития для техники автоматизации. Непрерывное увеличение производительности, расширение спектра продуктов более мощными, однако неизменно совместимыми ЦПУ, своевременное введение структурированного программирования вместе со стандартными функ­циональными блоками для создания библиотек ПО, внедрение развернутой системной диагностики — вот лишь некоторые примеры из целого множества инно­ваций, предложенных фирмой SIEMENS в этом на­правлении. В пользу этой концепции говорят также безусловная расширяемость и преемственность си­стем в течение вот уже более полутора десятилетий.

Для стремительно развивающегося рынка элек­троники это достаточно необычная история успеха.

Чтобы так оставалось и в будущем, и чтобы продукция всегда отвечала требованиям автоматизации будуще­го, SIEMENS представляет обновленную системную платформу SIMATIC S7-1500 (рис. 1). Цель обновле­ния — объединить зарекомендовавшую себя технику семейства SIMATIC с самыми современными техно­логиями в единой, ориентированной на будущее си­стеме автоматизации, и тем самым заново определять лицо современного промышленного контроллера.

Инновационный программируемый контроллер SIMATIC S7-1500 является дальнейшим развитием хорошо зарекомендовавших себя программируемых контроллеров SIMATIC S7-300 и S7-400. В результа­те серьезной модернизации производительность си­стемы заметно увеличена. В операционную систему встроена поддержка стандартных функций управле­ния перемещением, обмен данными через PROFINET в режиме IRT (Isochronous Real Time). Поддержива­ются языковые расширения пакета STEP 7, обновлена интегрированная система диагностических сообще­ний, но вместе с тем сохранена поддержка проверен­ных временем функций SIMATIC S7-300/S7-400. В сочетании с преимуществами STEP 7 Professional V12 (TIA Portal) обеспечивается простой и эффективный ввод в эксплуатацию.

Области применения

SIMATIC S7-1500 позиционируется как основной контроллер для решения всех задач автоматизации среднего и верхнего уровня мощности. Он может ис­пользоваться во всех областях, где традиционно на­ходят применение программируемые контроллеры SIMATIC S7-300 и S7-400, прекрасно подходит для автоматизации как дискретных, так и непрерывных процессов. Благодаря гибкой структуре новый кон­троллер может использоваться для построения цен­трализованных систем и для создания распределен­ных конфигураций.

Состав аппаратуры и конструктивные особенности

Программируемые контроллеры SIMATIC S7-1500 в значительной мере унаследовал черты своих предшественников, объединив положительные сто­роны обеих систем. Конструктивно новый контрол­лер похож на SIMATIC S7-300. Это модульная си­стема, собираемая из отдельных модулей с помощью U-образных шинных соединителей. Габариты моду­лей очень близки, хотя новые модули тоньше (35 мм против 40 мм), что делает новую систему компактнее. Ушло в прошлое ограничение в восемь модулей в ряд, SIMATIC S7-1500 можно собрать до 32-х модулей в одну линейку. От SIMATIC S7-400 досталась кон­цепция горячей замены, в этом случае из активных шинных модулей собирается аналог корзины, в кото­рой формируется безразрывная задняя шина, позво­ляющая безопасно менять модули, не останавливая работу контроллера. SIMATIC S7-1500 имеет единую магистраль задней шины на 400 Мбит/с, производи­тельность которой с запасом покрывает все запросы нового контроллера.

По сравнению с программируемыми контроллера­ми SIMATIC S7-300 и S7-400 в SIMATIC S7-1500 су­щественно сокращена номенклатура модулей всех ти­пов. Конструкция контроллера отличается высокой гибкостью и удобством обслуживания. Все модули устанавливаются на профильную шину и фиксиру­ются в рабочих положениях винтами. Порядок раз­мещения модулей может быть произвольным (рис. 2).
S7-1500 article 2

 

Центральные процессоры

Первое поколение аппаратуры позволяет исполь­зовать в составе SIMATIC S7-1500 три типа цен­тральных процессоров, преимущественно ориен­тированных на замену существующих центральных процессоров. CPU 1511-1 PN предназначен для заме­ны младших CPU 312 и CPU 314, с оговоркой, что все сетевые функции переносятся на PROFINET. CPU 1513-1 PN и CPU 1516-3 PN/DP ориентированы для замены CPU 315 CPU 317 CPU 319 и младших S7-400. Здесь анало­гия более полная, так как возможна поддержка сетей как PROFINET, так и PROFIBUS, представленных встроенными интерфейсами. Стан­дартным интерфейсом для всех типов центральных процессоров является интерфейс PROFINET. Он используется для программи­рования, конфигурирования, диа­гностики и обслуживание контрол­лера, коммуникационного обмена данными, а также обслуживания систем распределенного ввода/вывода с поддержкой обмена данными в режимах RT и IRT V2.2, а также функций контроллера, общих и интеллектуальных приборов ввода/вывода. CPU 1516-3 PN/DP допол­нительно оснащен вторым интерфейсом Ethernet с собственным IP адресом, а также интерфейсом PROFIBUS DP. Все центральные процессоры осна­щены встроенным Web-сервером, который позволя­ет получать доступ к системным и оперативным со­общениям, а также к идентификационным данным, выполнять системную диагностику всех модулей, ис­пользуемых в проекте, выполнять диагностику ком­муникационных соединений, отображать параметры настройки, получать статистические данные о работе сети. В качестве интерфейса оператора возможно ис­пользование конфигурируемых пользователем Web- страниц и получение доступа к производственным данным с использованием таблиц переменных и сво­бодно конфигурируемым спискам переменных.

Все центральные процессоры SIMATIC S7-1500 комплектуются съемными цветными дисплеями, су­щественно повышающими эксплуатационные харак­теристики контроллера. Они позволяют выполнять установку/изменение параметров настройки (IP адре­сов, имени станции и т.д.) без использования програм­матора, отображать диагностическую информацию и аварийные сообщения, отображать состояния модулей в системе локального и распреде­ленного ввода/вывода и отображать идентификационные данные: за­казные и серийные номера, а также версии встроенного ПО модулей системы локального и распределен­ного ввода/вывода (рис. 3).
S7-1500 article 3

Для отображения информации может выбираться один из двух поддерживаемых языков. Кон­троллер работает как с дисплеем, так и без него. Дисплей входит в стандартную комплектацию про­цессора, но может приобретаться отдельно как запчасть. Установку и удаление дисплея можно выпол­нять во время работы контроллера, на режим работы это не повлияет. Доступ к выпол­нению необходимых операций можно защитить па­ролем. В случае возникновения нештатной ситуации цветовая схема на дисплее меняется, что делает диа­гностику более наглядной.

Центральные процессоры SIMATIC S7-1500 ос­нащены рабочей памятью достаточно большого объ­ема. В качестве загружаемой памяти используются новые карты памяти SIMATIC Memory Card емкостью от 2 Мбайт до 2 Гбайт. Карта памяти имеет FAT совме­стимое форматирование и может обслуживаться стан­дартными средствами ОС Windows. Кроме исполняе­мых кодов на карте можно сохранить пользовательские данные и даже весь проект STEP 7, включая сим­вольные имена. За счет считывания этой информации сервисные рабо­ты могут выполняться без наличия на программаторе исходного про­екта. Использование стандартного оборудования и ПО сильно упро­щает дистанционное обслуживание, проект можно переслать по элек­тронной почте, записать на карту и загрузить в контроллер, не имея STEP7 и навыков работы с ним.

Высокая производительность центральных про­цессоров дополняется скоростной внутренней ши­ной контроллера. Скорость обмена данными через эту шину равна 400 Мбит/с. Сочетание этих факторов позволяет получать минимальные времена циклов выполнения программы, а также минимальные вре­мена реакции на внешние события. Время реакции терминал-терминал в программируемом контроллере SIMATIC S7-1500 не превышает 100 мкс.

Все центральные процессоры SIMATIC S7-1500 обеспечивают встроенную поддержку техноло­гических функций управления перемещением, что предоставляет гибкие возможности подключения при­водов через интерфейсы PROFINET и/или PROFIBUS с поддержкой профиля PROFIdrive, делает возможным выполнять простое программирование задач управле­ния перемещением с использованием блоков PLCopen. Такой подход позволяет использовать однородные способы конфигурирования/проектирования для программируемых контроллеров, приборов и систем человеко-машинного интерфейса и приводов. Ис­пользование комфортных инструментальных средств диагностики и выполнения пусконаладочных работ позволяет упростить работу и сократить сроки.

Контроллер SIMATIC S7-1500 поддерживает до 4 заданий на трассировку. В пределах одного за­дания можно выполнять регистрацию в реальном масштабе времени до 16 переменных центрального процессора с заданным интервалом. Данные сохра­няются во внутренней памяти процессора и могут быть выгружены для анализа. STEP 7 Professional V12 (TIA Portal) имеет необходимый инструментарий для графического отображения, мультиплексирования и фильтрации данных. Также возможно экспорти­ровать результаты измерений для документирования данных и их дальнейшей обработки.

Встроенная поддержка функций ПИД- регулирования позволяет использовать SIMATIC S7-1500 для решения широкого круга задач автомати­ческого регулирования, применять регуляторы с ана­логовыми или импульсными выходными сигналами, шаговые регуляторы, а также выполнять операции автоматической оптимизации их работы.

Блоки питания

Система питания контролле­ра SIMATIC S7-1500 изменена по сравнению со своими пред­шественниками. Как и в системе SIMATIC S7-300 центральный про­цессор питается внешним источни­ком 24 В и поставляет внутреннее напряжение для питания задней шины и внутренней электрони­ки модулей расширения. Для по­лучения этих 24 В используются высокоэффективные источники, выполненные в едином конструк­тивном стиле и обладающие рядом конструктивных особенностей, таких как высокий КПД, полуторо- кратную перегрузочную способность, специальные быстросъемные разъемные соединения, обеспечива­ющие быструю и безошибочную замену. Модельный ряд представлен моделями 50 и 75 мм ширины на токи 3 и 8 А. Но запитать контроллер можно и от любого источника стабилизированного напряжения 24 В до­статочной мощности.

Питание задней шины и модулей расшире­ния производится центральным процессором. Но его мощности хватит на 8…10 и модулей рас­ширения (в зависимости от их энергопотребле­ния). В SIMATIC S7-300 эта задача решалась уста­новкой IM модуля с организацией новой стойки, в SIMATIC S7-400 специализированный блок пита­ния питал всю корзину. Для SIMATIC S7-1500 пред­усмотрены специализированные модули питания, которые могут устанавливаться среди модулей рас­ширения и увеличивать нагрузочную способность задней шины контроллера. Эти модули питания присутствуют в конфигурации, имеют информаци­онную связь с центральным процессором и могут передавать диагностическую информацию о состоя­нии напряжения питания. Все модули контроллера могут быть разбиты на несколько потенциальных групп, каждая из которых имеет общие шины пита­ния внешних цепей

Сигнальные модули

S7-1500 article 4Сигнальные модули (SM), предназначенные для ввода/вывода дискретных и аналоговых сигналов (рис. 4). Для быстрой замены используется техноло­гия фронтального штекера, когда все внешние под­ключения осуществляются через винтовые контак­ты быстросъемного разъема, позволяющего разом отключить все проводники. Фронтальный штекер снабжен системой настраиваемого механического кодирования, которая исключает ошибочное под­ключение при замене модуля, и специальным замком, который надежно фиксирует штекер, но в то же вре­мя позволяет оперативно снять его без применения инструмента. Кроме этого сигнальный модуль имеет так называемое «третье положение» фронтального штекера, когда он надежно зафиксирован в модуле, но электрического контакта с ним нет. В этом поло­жении удобно производить перекоммутацию подво­дящих проводников при сервисных работах.

Все модули настраиваются программным спосо­бом и не имеют каких-либо настроечных переключа­телей. Это обеспечивает отсутствие дополнительных операций при сервисной замене модулей, сокращает время восстановления системы и устраняет возмож­ность потенциальных ошибок персонала. Номенкла­тура модулей значительно сокращена, а сами модули стали значительно более «интеллектуальными», пре­доставляя пользователю значительно больше допол­нительных функций сконцентрированных в одном корпусе.

Коммуникационные модули

Коммуникационные модули (CM/CP) использу­ются для подключения контроллера к сетям Ethernet и PROFIBUS, а также поддержки обмена данными через непосредственные (PtP — point to point) со­единения на основе последовательных интерфейсов RS-232 и RS-422/RS-485. Поскольку центральные процессора уже оснащены PROFINET, а некоторые и PROFIBUS интерфейсами, коммуникационные модули (CM/CP) обладают рядом дополнительных функций, расширяющих возможности нового кон­троллера. Так СР 1543-1 имеет встроенный Firewall, обеспечивающий безопасное подключение к ин­фраструктурным Ethernet сетям, реализующий парольный доступ и Security функции, поддерж­ку IPv6-протоколов, передачу файлов (FTP/FTPS) и E-mail сервис. СР 1542-5 это ведущее или ведомое устройство PROFIBUS в рамках интернационально­го IEC 61158/61784 стандарта, позволяющий разгру­зить ЦПУ от коммуникационных соединений, раз­делить PROFIBUS сети и расширить возможности центральных процессоров, не имеющих встроенного PROFIBUS интерфейса.

Технологические модули

Технологические модули (TM) используются для решения задач скоростного счета и позиционирова­ния. Их число по сравнению с программируемыми контроллерами SIMATIC S7-300 и S7-400 существен­но сокращено. На сегодняшний день предлагается только модуль быстрого счета и модуль импульсного выхода. Это связано с тем, что технологические мо­дули фактически являются аппаратным интерфейсом для специфических сигналов, а все функции про­граммной обработки и решения специализированных задач перенесены в модуль центрального процессора. Это кардинальное отличие от SIMATIC S7-300 и S7- 400, где технологические модули играли роль узкоспе­циализированных сопроцессорных блоков, работав­ших параллельно с ЦПУ. Такое решение приводило к увеличению номенклатуры и стоимости системы. В SIMATIC S7-1500 эти недостатки устранены, а вы­сокая производительность ЦПУ позволяет отказаться от аппаратных сопроцессоров для реализации специ­ализированных приложений в пользу унифицирован­ных библиотек алгоритмов исполняемых на ЦПУ.

Модули распределенной периферии SIMATIC ЕТ 200 МР

Для создания распределенных систем или мон­тажа контроллера в несколько линеек предназначен модуль IM 1555-5 PN. Это интерфейсный модуль для PROFINET сетей, позволяющий создать стан­цию распределенной периферии на базе модулей ввода/вывода контроллера SIMATIC S7-1500. Он не имеет собственной исполняемой программы и служит только для передачи сигналов от удаленного ЦПУ к модулям ввода/вывода. Правила построения и компоненты такой станции идентичны головной станции S7-1500. Станция SIMATIC ЕТ 200 МР мо­жет применяться как совместно с SIMATIC S7-1500, так и с любым устройством IO-Controller стандарта PROFINET (рис. 5).

S7-1500 article 5

 

Инновации в STEP 7

Для программирования, конфигурирования, диа­гностики и обслуживания программируемых кон­троллеров SIMATIC S7-1500 используются инстру­ментальные средства пакета STEP 7 Professional V12 (TIA Portal). Программное обеспечение TIA Portal формирует интегрированную рабочую среду для раз­работки комплексных проектов на основе множества программных и аппаратных компонентов департа­мента IA&DT. В этой среде обеспечивается поддержка функций навигации проектов, единой концеп­ции использования библиотек, централизованного управления данными и обеспечения их полной со­гласованности, запуска необходимых редакторов, со­хранения проектов, диагностики и множества других функций. Это ПО позволяет получать высокий уро­вень эффективности разработки любых проектов ав­томатизации, базирующихся на использовании про­граммируемых контроллеров SIMATIC, приборов и систем человеко-машинного интерфейса SIMATIC HMI. С появлением нового контроллера расширены и функциональные возможности этого пакета. Кроме поддержки нового оборудования STEP 7 позволяет выполнять комплексное символьное программиро­вание и оснащен оптимизированным компилятором LAD/FBD/STL, позволяющим получать минималь­ные времена циклов выполнения программы. Все языки программирования имеют одинаковый на­бор команд. Введена поддержка 64-разрядных типов данных во всех языках IEC 61131-3. В программах SIMATIC S7-1500 могут использоваться блоки дан­ных объемом до 16 Мбайт. Размер организационных блоков, функций и функциональных блоков увели­чен до 512 Мбайт. Допускается использование более 10 организационных блоков на тип. В языках LAD и FBD появилась новая функция Computer Box, су­щественно упрощающая выполнение вычислитель­ных операций. Обеспечивается консистентная за­грузка всех изменений в проекте, а также быстрое и безошибочное определение состава аппаратуры контроллера путем считывания параметров конфигу­рации в систему проектирования.

Программируемые контроллеры SIMATIC S7- 1500 обеспечивают поддержку комплексной системы технической диагностики. Она прекрасно зарекомен­довала себя в контроллерах трехсотого и четырехсотого семейства. В новом контроллере диагностическая си­стема, сохранив базовые принципы, значительно пере­работана и модернизирована. Она позволяет выполнять однородное отображение диагностической инфор­мации на экранах дисплея центрального процессора и приборов человеко-машинного интерфейса, в Web- сервере, SCADA-системах и в системе проектирования. Сокращен и унифицирован набор диагностических блоков и их интерфейс. Доступ к диагностической ин­формации может быть получен даже в случае перехода центрального процессора в режим STOP. В новых ап­паратных компонентах обновление диагностической информации выполняется автоматически. Поддержи­вается автоматическое обновление данных программ просмотра результатов диагностики в панелях операто­ров серии SIMATIC Comfort Panel и в SCADA-системе.

Программируемые контроллеры SIMATIC S7- 1500 позволяют выполнять регистрацию выбранного набора переменными и выполнять двунаправленный обмен этими данными с другими системами автома­тизации или с офисными приложениями. Регистри­руемые данные сохраняются в карте памяти в фор- мате^у файлов. Доступ к этим данным может быть получен через встроенный Web-сервер центрального процессора или с помощью считывателя SD карт.

Защите информации в SIMATIC S7-1500 и STEP 7 Professional V12 уделено особое внимание. Эта за­щита охватывает широкий спектр мер по пресечению несанкционированного доступа и использованию данных систем автоматизации. Защита ноу-хау позво­ляет устанавливать защиту от несанкционированного просмотра, копирования и модификации программ­ных блоков с помощью STEP 7, карт памяти, библио­тек. Защита от копирования производится привязкой связанных или отдельных программных блоков к се­рийному номеру центрального процессора или кар­ты памяти. Защита доступа обеспечивает поддержку новой степени защиты доступа к CPU уровня 4 (HMI соединения устанавливаются только после ввода па­роля), распределение уровней авторизации между уровнями доступа 1.3 с использованием собственных паролей, ограничивает время авторизации. Защита от манипуляции данными включает защиту целост­ности данных проекта и системы связи, целостности и подлинности обновлений встроенного программно­го обеспечения, обеспечивает защиту от внешних атак.

Совместимость

Вопросам совместимости с уже существующими системами и наработками отводится существенная роль. Встроенные в STEP 7 Professional средства ми­грации проектов позволяют использовать контроллер SIMATIC S7-1500 для выполнения существующих программ контроллеров SIMATIC S7-300 и S7-400. Алгоритмы и библиотеки также могут быть адапти­рованы для выполнения на новом контроллере. Если речь идет о LAD и FBD программах, то проблем с пе­реносом программ не возникает. Системные и при­вязанные к аппаратной части функции могут рабо­тать некорректно, однако S7-1500 имеет собственные алгоритмы, которые зачастую проще использовать и работают эффективнее. С помощью функций ко­пирования и вставки отдельные части программ кон­троллеров SIMATIC S7-1200 могут быть перенесены в программы SIMATIC S7-1500. Обратное тоже воз­можно, но с рядом оговорок, так как SIMATIC S7- 1500 имеет ряд конструктивных особенностей, отли­чающих его от SIMATIC S7-1200.

Подводя итог

Инновационный контроллер SIMATIC S7-1500 обладает высокой производительностью и ис­ключительно высоким удобством. В сочетании с преимуществами новой уникальной среды проек­тирования TIA Portal V12 SIEMENS открывает новые горизонты в использовании систем автоматизации.


©2012-2017 НТЦ Энерго-Ресурс