Базова система SIMATIC PCS7 BOX 416.

Для автоматизації невеликих процесів може бути застосована базова система SIMATIC PCS7 BOX 416. Базова система дозволяє реалізувати всі необхідні функції :

• SIMATIC PCS7 для автоматизації виробничих процесів,

• систем візуалізації і оперативного управління,

• системи проектування.

Базова система SIMATIC PCS7 BOX 416 у поєднанні із системою розподіленого вводу-виводу на основі PROFIBUS утворюють комплексну систему управління, яка здатна обслуговувати до 2000 виробничих об'єктів (PO).

SIMATIC PCS7 BOX 416 здатна функціонувати в автономному режимі, а також підключатися до мережі заводського рівня. У заводській мережі вона здатна виконувати тільки функції 1-місної системи і не може бути використана як сервер SIMATIC PCS7.

У будь-який момент часу SIMATIC PCS7 BOX 416 може бути розширена додатковими програмними і апаратними компонентами SIMATIC PCS7. Вказана особливість дозволяє легко інтегрувати SIMATIC PCS7 BOX 416 в існуючі або створювані системи SIMATIC PCS7.

SIMATIC PCS7 BOX будується на основі промислового компютера SIMATIC Box РС 627, оснащеного слот-контролером SIMATIC WINAC Slot 416-2 V4.0. Це дозволяє виконувати завдання автоматичного управління і обслуговування систем розподіленого вводу-виводу, візуалізації і оперативного управління, а також проектування на основі єдиної апаратної платформи.

Застосування слот контролера SIMATIC WINAC Slot 416-2 дозволяє виконувати програму управління виробничим процесом незалежно від режимів роботи промислового комп'ютера і операційної системи Windows. Живлення слот-контроллера здійснюється від зовнішнього блоку живлення =24 В незалежно від живлення комп'ютера. Програмні помилки, відключення живлення або перезапуск комп'ютера не впливають на функціонуванні слот-контролера.

Розробка проекту для SIMATIC PCS7 BOX 416 може виконуватися у середовищі вбудованого програмного забезпечення або з центральної інженерної станції. У обох випадках існує можливість інтерактивного завантаження модифікованих конфігурацій OS станції (станції оператора).

Система розподіленого вводу-виводу підключається до вбудованих інтерфейсів слот-контролера. При цьому існує можливість обслуговування приладів із вбудованим мережевим інтерфейсом PROFIBUS DP та PROFIBUS PA. Забезпечується підтримка технології CIR (Configuration in Run), що дозволяє вносити зміни до конфігурації без зупинки системи автоматизації.

Система SIMATIC PCS7 BOX 416 може бути розширена програмним забезпеченням SIMATIC PDM (Process Device Manager), яке дозволяє використовувати станцію для виконання операцій обслуговування приладів польового рівня.

SIMATIC PDM здатний діставати доступ до приладів польового рівня тільки через вбудований комунікаційний процесор CP 5611. Тому при використанні SIMATIC PDM інтерфейс комунікаційного процесора CP 5611 повинен з'єднуватися з портом PROFIBUS DP слот-контролера. Необхідний для цієї мети з'єднувач входить в комплект постачання SIMATIC PCS7 BOX 416.

Підключення до мережі заводського рівня і обмін даними з додатками рівня управління виробництвом і іншими компонентами SIMATIC PCS7 (AS, OS, ES) виконується через вбудований в SIMATIC PCS7 BOX 416 інтерфейс Ethernet.

Найпростіший варіант комплектації SIMATIC PCS7 BOX 416 має встановлене програмне забезпечення Runtime системи SIMATIC PCS7, що підтримує функції систем автоматизації (AS) і операторської станції (OS) для обслуговування 250 виробничих об’єктів (PO).

Рисунок 1. Базова система SIMATIC PCS7 BOX 416 та можливості її розширення.

Найпростіша конфігурація може бути розширена такими компонентами:

• SIMATIC PCS7 Power Pack для збільшення кількості підтримуваних виробничих об'єктів. Граничне значения - 2000 PO.

• Програмне забезпечення SIMATIC PDM для PCS7.

• Комунікаційний процесор CP 5612 для підключення SIMATIC PCS7 BOX 416 до OS-LAN.

• Стандартна клавіатура SIMATIC РС.

• Монітор SCD 19101-D.

• Блок живлення SITOP ~230 В/=24 В.

Системи автоматизації

Системи автоматизації, які входять у SIMATIC PCS7 будуються на основі компонентів програмованих контролерів SIMATIC S7-400. Цілий ряд позитивних якостей цих контролерів робить їх найбільш зручними для використання в PCS7:

• модульна конструкція, робота з природним охолодженням;

• міцна конструкція, гнучкі можливості розширення;

• наявність звичайних і резервованих модифікацій;

• могутні комунікаційні можливості;

• потужна система вбудованих функцій

• широкий спектр варіантів побудови систем локального і розподіленого вводу-виводу.

Всі системи автоматизації обладнані інтерфейсами PROFIBUS DP, вбудованими в центральні процесори, через які реалізують цифровий обмін даними. Кількість обслуговуваних ліній PROFIBUS DP може бути збільшена за рахунок установки комунікаційних процесорів CP 443-5 Extended.

Підключення до мережі Industrial Ethernet може виконуватися двома способами:

• У системах автоматизації AS41x-3IE через вбудований інтерфейс центрального процесора.

• У решті систем автоматизації через включений в комплект постачання комунікаційний процесор CP 443-1.

Системи автоматизації включають в свій склад набір стандартних компонентів програмованих контролерів S7-400:

• Монтажну стійку з 9 або 18 роз’ємами для встановлення модулів S7-400. У резервованих системах можуть застосовуватися монтажні стійки з фізичним розділенням внутрішньої шини на два незалежні сегменти.

• Центральний процесор відповідного типу.

• Блок живлення з вхідною напругою =24 В або ~120/230 В, включаючи необхідний набір буферних батарей.

• Карту пам'яті RAM ємністю 2, 4 або 16 Мбайт.

• Комунікаційний процесор для підключення до Industrial Ethernet (за винятком систем автоматизації AS 41x-3IE).

Рекомендовані параметри систем автоматизації наведені в таблиці 1.

Таблиця 1

Рекомендовані параметри систем автоматизації.

Система автоматизації (AS)	414-3 IE	414-3	414H	416-2	416-3 IE	416-3	417-4	417H	417-4	417H
Карта пам'яті, Мбайт
Кількість точок вимірювання:
• аналогових
• дискретних
Кількість:
• ПІД регуляторів
• двигунів
• вентилів
• SFC
• кроків
• систем дозування
Кількість каналів:
• дискретних:
- вводу
- виводу
• аналогових:
- вводу
- виводу
Кількість PO

SIMATIC PCS7 підтримує безліч варіантів конфігурацій систем вводу-виводу:

• Системи локального вводу-виводу, утворені сигнальними модулями систем автоматизації SIMATIC PCS7.

• Системи розподіленого вводу-виводу, утворені модулями вводу-виводу станцій ET 200M, ET 200S і ET 200iSP, що підключаються до систем автоматизації через мережу польового рівня PROFIBUS DP.

• Системи розподіленого вводу-виводу, утворені інтелектуальними приладами польового рівня, що підключаються до систем автоматизації через мережі польового рівня PROFIBUS-DP/PA. Прилади польового рівня можуть розташовуватися в Ex-зонах 0, 1, 2, 20, 21 і 22.

Як правило, системи локального вводу-виводу застосовуються в простих системах автоматизації і забезпечують можливість підключення давачів і виконавчих пристроїв, розташованих на відносно невеликій площі. Апаратура систем розподіленого вводу-виводу може розташовуватися на великих площах, у тому числі і у вибухонебезпечних зонах (Ex-зонах), і підключатися до звичайних або резервованих мереж PROFIBUS DP/PA. Будь-яка система автоматизації SIMATIC PCS7 здатна обслуговувати змішані конфігурації систем вводу-виводу, що включають в свій склад компоненти систем локального і розподіленого вводу-виводу.

Системи вводу-виводу SIMATIC PCS7 характеризуються:

• Модульністю і однорідністю.

• Високою гнучкістю, можливістю максимальної адаптації до структури підприємства.

• Низькими витратами на проектування, зниженням витрат на прокладку кабельних ліній.

• Малими термінами виконання пуско-налагоджувальних робіт, низькими експлуатаційними витратами.

• Повним набором сигнальних і функціональних модулів, що адаптуються до застосування в будь-яких галузях промислового виробництва.

Для підключення апаратури, що розташовується в Ex-зонах, можуть використовуватися приведені нижче варіанти:

• Через Ex-модулі станцій ET 200M. ET 200M підтримує функції “гарячої” заміни модулів і може вмонтовуватися в Ex-зонах 2. Давачі і виконавчі пристрої, що підключаються до модулів можуть розташовуватися в Ex-зоні 1.

• Через модулі DP/PA Coupler і блоки DP/PA Link з підключенням приладів до мережі PROFIBUS PA. Прилади можуть розташовуватися в Ex-зонах 0, 1, 2, 20, 21 і 22.

• Через модулі станції ET 200iSP. Відповідно до вимог CENELEC II 2 G (1) GD Eex d e [ib/ia] IIC T4 станція може вмонтовуватися безпосередньо в Ex-зонах 1, 2, 21, 22, а також у звичайних зонах. Прилади польового рівня, що підключаються, у тому числі і HART-прилади, можуть бути розміщені в Ex-зонах 0 і 20.

Системи автоматизації SIMATIC PCS7 підтримують технологію CIR (Configuration in Run) і дозволяють вносити зміни до конфігурації системи вводу-виводу без зупинки виробничого процесу.

Системи локального вводу-виводузастосовуються в задачах автоматизації малих та середніх об’єктів, за умови, що давачі і виконавчі пристрої розміщені на відносно невеликій площі. Системи локального вводу-виводу будуються на основі сигнальних модулів програмованих контролерів SIMATIC S7-400.

При необхідності сигнальні модулі можуть розташовуватися не тільки в базовому блоці системи автоматизації PCS7, але і в стійках розширення (див.рис.2). Підключення стійок розширення виконується через інтерфейсні модулі IM 460-х, встановлювані в базовий блок системи автоматизації. У стійки розширення встановлюються інтерфейсні модулі IM 461-х. Як стійки розширення використовуються універсальні монтажні стійки UR програмованого контролера S7-400.

Однак такі варіанти розширення:

• не дозволяють виконувати резервованих з'єднань між базовим блоком і стійками розширення системи автоматизації.

•

не підтримують функцій зміни конфігурації під час роботи.

Рисунок 2. Приклад розширення системи автоматизації за допомогою системи вводу-виводу.

Системи розподіленого вводу-виводу.

Основною станцією для побудови систем розподіленого вводу-виводу SIMATIC PCS7 є станція SIMATIC ET 200M. Станція дозволяє використовувати в своєму складі широку гамму сигнальних, функціональних і комунікаційних модулів програмованого контролера SIMATIC S7-300, а також цілий ряд модулів, спроектованих спеціально для ET 200M. В станцію ET 200M можуть встановлюватися:

• Стандартні сигнальні модулі S7-300 для вводу-виводу дискретних і аналогових сигналів.

• Сигнальні модулі S7-300, призначені для побудови резервованих каналів вводу-виводу:

- 16-канальний модуль вводу дискретних сигналів =24В;

- 32-канальний модуль виведення дискретних сигналів =24В/0.5А;

- 8-канальний модуль вводу аналогових сигналів, 13 біт.

• Модулі вводу-виводу з розширеним набором діагностичних функцій.

• I&C модулі вводу-виводу, розроблені для SIMATIC PCS7.

• Аналогові модулі з підтримкою протоколу HART.

• F-модулі систем протиаварійного захисту і автоматики безпеки.

Окрім модулів сімейства SIMATIC в ET 200M можуть використовуватися модулі сімейства SIPLUS. Сімейство SIPLUS об'єднує в своєму складі функціональні аналоги модулів сімейства SIMATIC, які

•Зберігають працездатність:

- у діапазоні температур від -25 до +60°C;

- в умовах підвищеної вологості і появі конденсату;

- у атмосфері із змістом агресивних газів і аерозолів.

•Володіють вищою стійкістю до вібраційних і ударних дій.

Всі модулі станції встановлюються на активні шинні з'єднувачі, що дозволяє проводити їх “гарячу” заміну. Під час роботи станції допускається:

• Встановлювати нові або видаляти існуючі модулі.

• Виконувати модифікацію параметрів настройки модулів.

• Виконувати модифікацію параметрів настройки HART-приладів, підключених до модулів станції. Для виконання цих операцій використовується програмне забезпечення SIMATIC PDM.

Під час роботи системи розподіленого вводу-виводу допускається проводити підключення нових або відключення існуючих станцій ET 200M.

Станція SIMATIC ET 200M включає в свій склад:

• Профільну шину ET 200M.

• Активні шинні з'єднувачі.

• Блок живлення.

• 1 або 2 (для резервованих конфігурацій) інтерфейсні модулі, через які станція підключається до мережі PROFIBUS-DP із швидкістю передачі даних до 12 Мбіт/с.

• До 8 модулів вводу-виводу.

Всі модулі вводу-виводу гальванічно відокремлені від внутрішньої шини станції. Один інтерфейсний модуль здатний обслуговувати до 8 модулів вводу-виводу. При підключенні до резервованої мережі PROFIBUS-DP станція комплектується двома інтерфейсними модулями і відповідним активним шинним з'єднувачем.

Застосування модулів з розширеним набором діагностичних функцій дозволяє:

• Виконувати діагностику окремих каналів вводу-виводу.

• Здійснювати моніторинг модуля.

• Виявляти відмови давачів.

• Настроювати час фільтрації сигналів.

• Використовувати сигнали тривоги.

• Визначати характер поведінки модуля при зупинці центрального процесора головного DP-пристрою.

• Контролювати наявність напруги живлення модуля і його зовнішніх ланцюгів.

Інформація про всі несправності негайно передається головному DP-пристрою.

У SIMATIC ET 200M можуть застосовуватися блоки живлення програмованого контролера SIMATIC S7-300 типів PS 305 або PS 307, а також стабілізовані блоки живлення серії SITOP Power. Блоки живлення PS 307 використовують для своєї роботи вхідну напругу ~120/230В, блоки живлення PS 305 - вхідна напруга =24 В, 110В.

Сигнальні модулі

Сигнальні модулі стандартного виконання станції ET 200M, що працюють у складі SIMATIC PCS7, можуть обробляти дискретні і аналогові сигнали. У їх склад входять як прості, так і модулі із вбудованою функцією діагностики здатні контролювати свої внутрішні стани, короткі замикання і обриви зовнішніх ланцюгів, формувати сигнали тривоги і так далі.

Більшість модулів вводу аналогових сигналів (виключаючи 6ES7 331-1KF01-0AB0) оснащена вбудованими блоками живлення давачів. Для найбільш розвинених модулів підтримується діагностика окремих каналів за допомогою аналогового драйвер-блока PCS7.

Групи входів аналогових модулів можуть настроюватися незалежно один від одного, що дозволяє використовувати в одному модулі не тільки різні межі вимірювання, але і для вимірювання різних по своїй фізичній природі аналогових сигналів. По аналогії із сказаним може виконуватися настроювання різних груп виходів модулів виводу аналогових сигналів.

Сигнальні модулі Ex-виконання

Ex-модулі обладнані вбудованими розділюючими бар’єрами і призначені для безпосереднього підключення давачів і виконавчих пристроїв, розташованих в Ex-зонах 1 або 2. Ex-модулі мають ступінь захисту IIC (EEx ib) відповідно до вимог стандарту EN 50020, а також ступінь захисту Exib IIC відповідно до вимог ГОСТ 22782.0, ГОСТ 22782.5. Всі модулі підтримують діагностику внутрішніх станів і каналів вводу-виводу.

Сигнальні модулі з підтримкою HART

У станціях SIMATIC ET 200M з інтерфейсними модулями IM 153-2 (FO) High Feature можуть використовуватися HART (Highway Addressable Remote Transducer) - модулі Ex-виконання. За допомогою цих модулів в системі SIMATIC PCS7 здійснюється обмін даними з приладами польового рівня Ex-виконання, які підтримують HART протокол. Крім того, HART-модулі дозволяють підключати аналогові давачі і виконавчі пристрої стандартного виконання із сигналами 4…20 мА або 0...20 мА.

Ex-модулі з підтримкою HART протоколу характеризуються наступними показниками:

- Універсальність, робота з давачами, які підтримують HART протокол, а також давачами із вихідними сигналами 0…20 або 4…20 мА. Можливий рівень сигналів для кожного каналу:
0… 20 мА без підтримки HART функцій;
4…20 мА з підтримкою або без підтримки HART функцій.

- Незалежна робота каналів з обслуговуванням на рівні кожного каналу декількох клієнтів.

- Низька споживана потужність.

- 2 аналогових канали на модуль Ex-виконання, 8 аналогових каналів на модуль стандартного виконання.

- Підтримка функцій ведучого HART пристрою на рівні кожного каналу.

F-модулі

F-модулі призначені для підключення давачів і виконавчих систем протиаварійного захисту і автоматики безпеки. Вони здатні діагностувати свої внутрішні стани, а також стани зовнішніх ланцюгів, виявляти появу помилок в роботі F-системи вводу-виводу на апаратному рівні. Всі F-модулі мають внутрішню дубльовану структуру і здатні працювати за принципом 2 з 2. При появі відмінностей в сигналах суміжних каналів негайно запускається захисний механізм системи протиаварійного захисту і автоматики безпеки.

Функціональні модулі FM 355

Модуль FM 355 містить 4 незалежних канали і може бути застосований для вирішення широкого кола завдань автоматичного регулювання. На його основі можуть бути створені системи регулювання температури, тиску, рівня, витрати і ін. Модулі FM 355 можуть працювати тільки в станціях ET 200M з інтерфейсним модулем IM 153-2 (FO) High Feature.

FM 355 має 4 модифікації:

• FM 355C: модуль автоматичного регулювання з 4 аналоговими виходами.

• FM 355S: кроковий або імпульсний регулятор з 8 дискретними виходами.

• FM 355-2C: регулятор температури з 4 аналоговими виходами.

• FM 355-2S: регулятор температури з 8 дискретними виходами.

4 незалежних канали регулювання модулів FM 355 характеризуються наступними показниками:

• Можливість застосування готових структур:

- Стабілізуючих ПІД-регуляторів і каскадних регуляторів;

- 3-позиційних регуляторів;

- Адаптивних регуляторів.

• Вибір одного із наступних режимів роботи: автоматичне регулювання, ручне управління, захищений режим роботи, слідкуючий режим.

• Вибір часу перетворення залежно від роздільної здатності і наявності температурної компенсації:

- для 12-розрядного перетворення - від 20 до 100мс (тільки у FM 355-2);

- для 14-розрядного перетворення - від 100 до 500 мс (визначається кількістю використовуваних аналогових каналів).

• Перехід в захищений режим при зупинці центрального процесора провідного DP-пристрою. Поведінка модуля FM 355 в захищеному режимі вибирається при конфігурації системи. Наприклад, він може продовжувати працювати.

Застосування модулів FM 355/ FM 355-2 в SIMATIC PCS7 дозволяє вирішувати завдання автоматичного регулювання в станціях систем розподіленого вводу-виводу ET 200M. Модулі здатні продовжувати свою роботу навіть у разі зупинки центрального процесора ведучого DP пристрою. Такий підхід дозволяє розвантажувати центральні процесори систем автоматизації і підвищує надійність роботи систем автоматичного регулювання.

У разі зупинки центрального процесора управління роботою модуля FM 355 можна здійснювати з панелі оператора, підключеною до мережі PROFIBUS (не підтримується для модулів FM 355-2).

У бібліотеках CFC системи проектування SIMATIC PCS7 присутні програмні блоки і спеціальні екранні форми для управління роботою FM 355. Екранні зображення дозволяють керувати роботою регуляторів з екрану OS-станції.

Функціональні модулі швидкісного рахунку FM 350. FM 350-1 є інтелектуальним 1-канальним модулем швидкісного рахунку, призначеним для вирішення простих завдань автоматичного управління. Він дозволяє підключати до своїх входів інкрементальний давач і здатний порівнювати вміст лічильника з двома заданими граничними значеннями та формувати вихідні дискретні сигнали досягнення цих значень.

Функціональний модуль FM 350-2 є універсальним 8-канальним модулем швидкісного рахунку для вирішення широкого кола рахункових завдань, а також вирішення простих завдань позиціонування.

2.2. Програмований логічний контролер Modicon Micro (Group Schneider)

Програмовані логічні контролери (ПЛК) є постійно функціонуючими мікропроцесорними пристроями, призначеними для управління промисловими апаратами та процесами в реальному часі. ПЛК об'єднує в собі пристрої вводу/виводу (I/O) і блок центрального процесора (CPU).

Кожна модель ПЛК Modicon Micro має фіксований набір пристроїв вводу/виводу (пристроїв зв’язку з об’єктом, ПЗО), що вбудовані в той же корпус, що і центральний процесор. Така будова контролера забезпечує малі розміри, вагу, мінімальну вартість і відмову від додаткових пристроїв.

ПЛК контролює стан групи пристроїв, підключених до його входів, шляхом прочитування сигналів зі своїх входів, за допомогою CPU виконує програму користувача і формує відповідні керуючі дії, пересилає сформовані керуючі сигнали на виходи ПЛК.

Рисунок 3. Спрощена структурна схема модуля CPU.

Усередині модуля CPU знаходиться центральний процесор, пам'ять і джерело живлення (див.рис.3). Ці компоненти взаємодіють при реалізації команд програмної логіки і передають сигнали управління на виходи. CPU прочитує перетворені дані входів, виконує програму користувача, що зберігається в пам'яті, потім записує отримані вихідні сигнали для групи виконавчих пристроїв. Процес читання вхідних сигналів, виконання логіки програми і потім зміна значень для пристроїв виводу називається скануванням, відповідно час, який витрачається на ці операції – часом сканування. У CPU міститься також блок системної пам'яті, де постійно знаходиться операційна система ПЛК. Системна пам'ять енергонезалежна, їй не потрібне підживлення від акумулятора.

Операційна система, що зберігається в системній пам'яті, є сукупністю супервізорних програм, що визначають можливості ПЛК під час: розпізнавання мови команд, на якій написана прикладна програма (мови релейної логіки); розподілу ресурсів пам'яті ПЛК для спеціальних цілей; визначення структури даних, які обробляє ПЛК.

Контролер Modicon Micro призначений для внутрішньо щитового монтажу. Він не має вбудованих органів оперативного контролю та керування процесом. В корпус модуля CPU вмонтовані індикатори стану контролера і його входів виходів та клемні колодки для підключення вхідних та вихідних пристроїв. Клемні колодки для підключення дискретних входів розташовані по верхньому краю корпусу ПЛК, для підключення дискретних (релейних) виходів – по нижньому краю корпусу ПЛК. Для підключення аналогових входів / виходів у корпус контролера вбудовані дві окремі клемні колодки.

Модель контролера визначає набір входів / виходів, вбудованих у корпус контролера. Зокрема для моделей CPU 512 та CPU 612 деякі технічні характеристики наведені в таблицях 2 і 3.

Кількість входів / виходів контролера може бути збільшена за допомогою підключення додаткових модулів обробки входів / виходів. Для прикладу модель CPU 612-00 дозволяє підключити 3 зовнішні корзини по 5 модулів (в сумі 15 зовнішніх модулів). Таким чином може бути збільшена кількість як аналогових, так і дискретних входів / виходів. У Додатку 2 наведені короткі технічні характеристики модулів серії А120 для підключення до контролера Modicon Micro.

У корпус контролера вбудовані також два Modbus порти для програмування контролера, обміну даними із іншими контролерами та системами керування та збору даних верхнього рівня.

Для побудови верхнього рівня керування виробник контролерів Modicon Micro – концерн Group Schneider, пропонує програмний пакет Monitor Pro. Цей пакет містить інструменти для збору даних від контролерів, їх обробки та архівування на жорстких дисках, візуалізації та побудови графіків зміни параметрів у часі (трендів).

Таким чином, за допомогою застосування контролерів Modicon Micro із набором модулів розширення та програмного пакету Monitor Pro дозволяє будувати завершені автоматизовані системи керування, які реалізують усі керуючі та інформаційні функції.

Таблиця 2