F cpu siemens что это

Системы надежности и безопасности Siemens H и F

Системы повышенной надежности Siemens H-системы

Резервированная система Siemens S7-400H развивает концепции построения систем управления повышенной надежности, основы которых были реализованы в контроллерах семейства SIMATIC S5. Надежность системы поддерживается операционной системой и аппаратными средствами центрального процессора CPU 414-4H или CPU 417-4H.
Основным принципом построения программируемого контроллера Siemens S7-400H является принцип горячего резервирования с поддержкой безударного автоматического переключение на резервный базовый блок в случае отказа ведущего базового блока. В соответствии с этим
принципом при отсутствии отказов оба базовых блока находятся в активном состоянии и синхронно выполняют одну и ту же программу.
Оба блока синхронно формируют управляющие воздействия, но эти воздействия выдаются через модули вывода только из ведущего блока. В случае возникновения отказа все функции управления принимает на себя исправный блок контроллера.
Для гарантированного безударного включения резерва между базовыми блоками контроллера необходима надежная скоростная связь. Эта связь поддерживается по оптоволоконным кабелям, соединяющим два центральных процессора. Функции синхронизации по этим кабелям выполняются автоматически операционной системой контроллера и не требуют программирования со стороны пользователя.

Программируемый контроллер Siemens S7-400H предназначен для автоматизации:
Процессов с высокими затратами на перезапуск системы в результате отказа контроллера.
Процессов с высокой стоимостью простоя.
Процессов, в которых используются дорогостоящие материалы.
Необслуживаемых процессов.
Процессов с ограниченным количеством обслуживающего персонала.

Применение контроллера S7-400H позволяет получить целый ряд преимуществ:
Прозрачное программирование. Программы могут быть написаны на всех доступных для S7-400 языках. Программа, написанная для обычного центрального процессора, может выполняться и центральным процессором резервированного контроллера и наоборот. При написании программы
учитываются только технологические особенности объекта управления. Вопросы повышения надежности функционирования системы решаются операционной системой и аппаратной частью контроллера. Дополнительное программное обеспечение необходимо только для конфигурирования резервированной системы.
Стандартная обработка данных. С точки зрения пользователя в контроллере S7-400Н есть только один центральный процессор и одна программа.
Быстрое безударное переключение с ведущего на ведомый процессор с типовым временем переключения 30 мс. На период переключения операционная система исключает возможность потери данных или сигналов прерываний.
Автоматическая синхронизация центральных процессоров после замены одного из них. После замены одного из центральных процессоров предусмотрено выполнение автоматической безударной синхронизации с передачей в память включенного в работу процессора всех текущих данных (программы, блоков данных, динамических данных и т.д.).

Системы повышенной безопасности Siemens F-системы

Программируемые контроллеры повышенной безопасности Siemens F-системы предназначены для построения систем безопасного управления, в которых возникновение отказов не влечет за собой появление опасности для жизни обслуживающего персонала и не приводит к загрязнению окружающей природной среды.
Контроллеры выпускаются в трех модификациях:
Siemens S7-400F: система безопасного управления, в которой возникновение отказов приводит к переводу технологического оборудования в безопасные состояния и остановке производственного процесса.
Siemens S7-400FH: резервированная система безопасного управления, выполняющая функции системы S7-400F и обеспечивающая повышенную надежность функционирования автоматики безопасности.
Siemens S7-300F: система безопасного управления, в которой возникновение отказов приводит к переводу технологического оборудования в безопасные состояния и остановке производственного процесса.
На основе программируемых контроллеров S7-400®F/FH и S7-300®F могут создаваться системы безопасного управления, отвечающие требованиям:
Классов AK1 … AK6 по DIN V 19250/ DIN V VDE 0801 (Подтверждено сертификатом TUV).
Классов SIL 1 … SIL 3 по IEC 61508 (Подтверждено сертификатом TUV).
Категорий 1 … 4 по EN 954-1 (Подтверждено сертификатом TUV).
В системах, построенных на основе программируемых контроллеров S7-400®F/FH и S7-300®F, допускается комбинированное применение компонентов систем безопасного управления с компонентами стандартного исполнения. Это позволяет создавать системы автоматического управления, выполняющие функции стандартного управления по отношению к одной и функции безопасного управления по отношению к другой части технологического оборудования. Для проектирования и обслуживания таких систем используется единый набор промышленного программного обеспечения.
Реализация функций безопасного управления в контроллерах S7-400®F/FH и S7-300®F поддерживается программами безопасного управления (F-программами) центральных процессоров, а также специальными сигнальными модулями (F-модулями), позволяющими создавать различные конфигурации систем ввода-вывода.

F-модули Siemens поддерживают расширенный набор диагностических функций и позволяют на аппаратном уровне выявлять расхождения в считываемых значениях для каждого канала ввода или выводимых значениях для каждого канала вывода F-системы.
Функционирование центральных процессоров в S7-400®F/FH и S7-300®F организовано так же, как и в программируемом контроллере S7-400H. Оно сопровождается выполнением расширенного набора диагностических функций, контролем хода и времени выполнения программы, а также работоспособности станций распределенного ввода-вывода. Выявление ошибок автоматически сопровождается переводом технологического оборудования в безопасные состояния. Стандартные функции связи и функции F-связи между программируемым контроллером и станциями распределенного ввода-вывода ET 200M реализуются через сеть PROFIBUS-DP. Для передачи данных F-систем в сети PROFIBUS используется специальный профиль PROFISafe.
Этот профиль позволяет использовать для передачи данных F-систем стандартные фреймы сообщений PROFIBUS-DP. Дополнительные аппаратные компоненты, подобные специальной шине безопасного управления, для этой цели не нужны. Необходимое программное обеспечение либо интегрировано в операционную систему аппаратных компонентов, либо загружается в центральный процессор в виде сертифицированных программных блоков.

Источник

От LOGO! до SIMATIC: контроллеры Siemens для задач любой сложности

На стадии проектирования очень трудно предусмотреть все нюансы технологического процесса будущего производства ввиду большого количества взаимосвязанных условий. В то же время даже безукоризненно выполненный проект может доставить разработчику массу хлопот, если в него нужно внести какие-либо непредвиденные изменения. Революционным прорывом в промышленной автоматике стал переход от исполнительных устройств с единожды и навсегда заложенной функцией к гибко перестраиваемым модульным блокам с изменяемой по требованию текущего момента конфигурацией.

Законченные решения в компактном исполнении: многофункциональные модули Logo!

Ярким примером такого подхода стало семейство программируемых реле Logo! (рисунок 1), производимых компанией Siemens. Собственно, слово «реле» в названии этих интеллектуальных устройств оставлено лишь в дань традиции, поскольку набор функциональных возможностей, заложенных в них изготовителем, не идет ни в какое сравнение с банальной коммутацией проводников, выполняемой обычными электромеханическими реле. Один такой модуль способен заменить собой целый блок релейно-коммутационной логики, что не только экономит место в шкафу управления, но и в значительной мере сокращает время ввода в эксплуатацию.

Рис. 1. Модули Logo! легко перенастраиваются в заданную блок-схему благодаря обширной библиотеке готовых функций

Идеология модулей LOGO! базируется на составлении разработчиком требуемой блок-схемы путем выбора из 8 основных и 29 дополнительных встроенных функций. К основным функциям (рисунок 2) относятся обычные операции логического сложения, вычитания, исключения и т.д., а дополнительные предоставляют такие возможности, как:

Рис. 2. Основные логические функции модулей включают в себя наиболее распространенные операции двоичной логики

В одной управляющей программе может быть задействовано до двухсот исполняемых функций, что определяет область применения этих приборов в различных системах контроля доступа, управления климатом, освещением, промышленным оборудованием и во многих других направлениях человеческой деятельности. Ниже в таблице 1 представлено параметрическое сравнение программируемых реле семейства LOGO!.

Таблица 1. Сравнительные параметры программируемых реле Logo!

Конструктивно модули Logo! выполнены в эргономичных, компактных пластиковых корпусах со степенью защиты IP20, предназначенных для установки на стандартные профильные шины DIN или на вертикальную плоскую поверхность. Цепи питания и датчики подключаются к клеммам в верхней части корпуса, а исполнительные устройства — снизу. Каждый блок может быть легко дополнен аналоговыми или коммуникационными модулями расширения, подключаемыми к нему с правой стороны. Подключение модуля расширения (рисунок 3) к внутренней шине логического модуля можно выполнить лишь в том случае, если его кодировочные штифты попадают в кодировочные пазы предшествующего модуля. Для объединения внутренней шины обоих модулей достаточно перевести ползунок на передней панели в рабочее положение.

Рис. 3. Модули расширения имеют уникальные комбинации кодировочных штифтов, что исключает неправильное подключение

Наиболее полно раскрыть внутренние ресурсы модулей помогает грамотно продуманный разработчиками процесс программирования, который может осуществляться тремя способами: с использованием встроенной клавиатуры и дисплея, установкой заранее запрограммированной карты памяти, а также — при помощи программного обеспечения LOGO! Soft Comfort.

Программирование сводится к подключению библиотек, требуемых в данный момент функций, установке соединений входа и выхода конкретной функции со входами и выходами логического модуля или других функций, настройка установочных параметров данной функции — время задержки включения или выключения, начальные значения и граничные пределы счетчиков, пороговые значения аналоговых величин и т.д. Наглядность этого процесса более всего напоминает любимую многими в детстве игру в кубики, с той лишь разницей, что вместо сказочных персонажей на гранях кубика нанесены фрагменты блок-схем (рисунок 4), из которых последовательно «собирается» законченное электронное устройство.

Рис. 4. Во время ручного программирования на экране модуля отображается только изменяемая в данный момент функция

Разумеется, ручной ввод программы в модуль имеет смысл только на этапе начального программирования и отладки. При наличии проверенной рабочей версии программы, процесс программирования осуществляется установкой в специальный паз энергонезависимого картриджа (рисунок 5) с исходным кодом. При включении питания программа автоматически копируется из съемного носителя в память логического модуля, после чего выполняется ее автоматический запуск. При извлечении картриджа с программой, защищенной от копирования, память соответствующего модуля будет очищена.

Рис. 5. Съемные картриджи памяти

Ну и, конечно, наиболее удобный и естественный способ программирования модулей LOGO! осуществляется при помощи LOGO! Soft Comfort — специально разработанной программы, предоставляющей широкие возможности по разработке, отладке и документированию программ этих логических модулей. Разработка может выполняться на языках LAD (Ladder Diagram) или FBD. Стилистика этих языков допускает использование символьных имен для переменных и функций, также поддерживается вставка необходимых комментариев. Немаловажно, что разработка, отладка и полное тестирование работы программы может осуществляться в автономном режиме без наличия реального модуля LOGO!, что позволяет начать работу над каким-либо проектом, не дожидаясь поступления заказанного оборудования.

В настоящее время логические модули LOGO! BA6 и LOGO! BA7, выпускаемые компанией Siemens, при грамотном дополнении необходимыми модулями расширения могут не только выполнять локальные задачи автоматического регулирования, но также использоваться в качестве полноценных, функционально законченных блоков управления.

Промышленные контроллеры Simatic — простота, компактность, функциональность

Неуклонно растущие требования рынка привели к развитию из программируемых реле отдельного класса приборов — промышленных контроллеров. Эти устройства, обладающие неизмеримо большим функционалом и внутренними ресурсами, постепенно завоевали популярность среди разработчиков, ввиду отличной себестоимости и существенной экономии времени при построении систем управления различной сложности.

Компанией Siemens разработана перспективная серия модульных программируемых контроллеров SIMATIC, включающая в себя несколько семейств, рекомендованных для различных применений. Стоящая у истоков серии модель S7-200 (рисунок 6) бесспорно является самым бюджетным вариантом в линейке. Однако невысокая стоимость никак не отражается на ее функциональных возможностях, которые позволяют организовать управление как отдельными машинами, так и локальными производственными участками.

Рис. 6. Контроллер S7-200 для малобюджетных применений

Эффективность контроллеров S7-200 определяет широкий спектр решаемых ими производственных задач: от замены устаревших схем релейной логики до построения сложных автономных систем управления или создания интеллектуальных устройств распределенного ввода-вывода.

Контроллеры S7-200 идеально подходят для управления:

Простота освоения S7-200 подкрепляется наличием специальных стартовых программных пакетов и грамотно составленной технической документацией в сочетании с интуитивно понятным мощным набором инструкций и дружественным интерфейсом. Время выполнения 1 кбайт логических инструкций процессором контроллера не превышает 0,22 мс, что позволяет ему легко справляться с такими задачами реального времени, как обработка прерываний, подсчет тактовых импульсов скоростных счетчиков, пропорциональное регулирование, генерирование импульсных ШИМ-сигналов.

Помимо этого, контроллеры S7-200 содержат в своем составе часы реального времени (встроенные или устанавливаемые в виде съемного модуля), один или два порта RS-485 универсального назначения, и могут выполнять функции ведущего устройства AS-Interface (модуль CP 243-2), ведомого устройства PROFIBUS DP (модуль EM 277) и поддерживать быстрый, полноценный Industrial Ethernet посредством модуля коммуникации CP 243-1. Программирование модулей осуществляется посредством дружественной оболочки программирования STEP 7 Micro/WIN, имеющей трехуровневую парольную защиту программ пользователя.

Как уже отмечалось, простые системы управления могут быть построены на основе одного отдельно взятого центрального процессора S7-200. Для создания более сложных систем (рисунок 7) он дополняется необходимым набором модулей ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов, коммуникационных и технологических модулей.

Рис. 7. Различные варианты конфигурации контроллера S7-200

При необходимости, модули контроллера могут располагаться в два ряда. Связь между рядами выполняется готовым интерфейсным кабелем длиной 0,8 м. Состав используемых модулей расширения ограничивается лишь нагрузочной способностью цепи питания внутренней шины центрального процессора, а также размером его адресного пространства. Ниже приведена сравнительная оценочная таблица 2 центральных процессоров серии S7-200.

Таблица 2. Параметрические данные процессорных модулей S7-200

Как известно, прогресс не стоит на месте, все новое рано или поздно становится обыденным, а затем переходит в разряд анахронизмов. В мире техники этот процесс протекает во много раз быстрее, чем в обществе. Поэтому появление на рынке новой серии контроллеров S7-1200 (рисунок 8), являющейся продолжением предыдущей модели S7-200, представляется вполне закономерным этапом развития.

Рис. 8. Результат развития «двухсотой» серии — контроллер S7-1200

Разработчики S7-1200 не пошли по простому пути увеличения быстродействия и расширения памяти, а создали новое концептуальное устройство, полностью отвечающее требованиям комплексной автоматизации. Заложенные в серию функциональные возможности и высокая производительность делают контроллеры S7-1200 отличным инструментом для решения задач автоматизации малой и средней сложности.

Отличительные особенности серии:

S7-1200 идеально подходит для работы в тех областях, где ранее применение контроллеров считалось экономически нецелесообразным и для решения задач автоматизации использовались специализированные, сложные в наладке и эксплуатации, электронные устройства. Контроллер специально ориентирован на применение в направлениях:

Семейство S7-1200 объединяет в своем составе центральные процессорные модули (таблица 3) различной производительности с модификациями для питания постоянным или переменным током, сигнальные платы SB 12xx для установки непосредственно в модуль центрального процессора без увеличения установочных размеров контроллера, дополнительные сигнальные модули SM 12xx для ввода и вывода дискретных или аналоговых сигналов, коммуникационные модули CM 12xx для подключения контроллера к сети PROFIBUS DP, обмена данными через последовательные каналы связи или мобильную сеть GSM; четырехканальный коммутатор CSM 1277 для развертывания сетевых структур Ethernet/PROFINET, а также дополнительные компоненты в виде карт памяти SIMATIC Memory Card и имитаторов входных сигналов, служащих для отладки рабочих программ контроллеров.

Таблица 3. Сравнительные параметры программируемых реле Logo!

Помимо своих основных рабочих функций, контроллеры S7-1200 имеют развитую систему контроля и мониторинга. Различные варианты панелей оператора (рисунок 9) совмещают в себе богатые функциональные возможности и средства визуализации технологических процессов.

Рис. 9. Панели операторов Basic-Panel

Серия панелей операторов представлена несколькими вариантами с диагоналями экранов 3,6…15 дюймов, предназначенными для эксплуатации в промышленных условиях и для решения задач оперативного управления и мониторинга на уровне производственных машин и установок. Все приборы содержат однородный набор базовых функций человеко-машинного интерфейса и позволяют вести регистрацию аварийных сигналов, управление рецептурами, посторенние временных графиков производственных процессов и.т.д. А достоинства лаконичного, интуитивно понятного интерфейса подчеркиваются удобной сенсорной клавиатурой.

Следующим звеном после S7-200 в линейке устройств Simatic выступает S7-300 (рисунок 10) — модульный контроллер средней производительности, предназначенный для универсального использования. Выгодно отличается от экономичного, бюджетного S7-200 мощными внутренними ресурсами (до 65536 цифровых и 4096 аналоговых каналов при памяти программ, равной 1,4 Мбайт) и более высокой производительностью.

Рис. 10. S7-300 — компактное решение для построения систем средней сложности

Состав серии включает в себя широкий спектр модулей, максимально адаптированных к решению наиболее распространенных производственных задач, что значительно упрощает построение системы управления.

К достоинствам семейства S-300 относятся:

Контроллеры S7-300 находят применение в текстильном, упаковочном, электротехническом оборудовании, в системах водоснабжения и автоматизации судовых установок, а также в производственных машинах специального назначения. Состав серии насчитывает более 20 наименований модулей центрального процессора (CPU), применяемых в зависимости от типа сложности решаемой задачи, различные сигнальные модули (SM), не только выполняющие функции преобразования цифровых и аналоговых сигналов, но и поддерживающие отечественные (ГОСТ) градуировки термометров сопротивления и термопар.

Помимо традиционного оборудования, в семейство S-300 входят мощные коммуникационные процессоры (CP), призванные обеспечить автономную обработку данных в сетях AS-Interface, PROFIBUS, Industrial Ethernet, PROFINET и при обычных Point-to-Point-соединениях. А применение специального программного обеспечения дополняет этот список возможностями работы по протоколам MODBUS RTU, MODBUS/TCP, BACnet и KNX/EIB. Состав линейки завершают функциональные модули (FM) — интеллектуальные устройства, оснащенные встроенным микропроцессором, предназначенные для освобождения главного процессора от выполнения рутинных задач локальных производственных участков: автоматического регулирования, взвешивания, позиционирования, скоростного счета, управления перемещением и т.д.

В модулях центрального процессора семейства S7-300 (таблица 4) усилиями разработчиков удачно воплощена концепция «минимума, где возможно» и «максимума, где потребуется». Под минимализмом в данном случае понимается законченная логичность конструкции, а максимум выражен в грамотном сочетании аппаратных ресурсов и быстродействия. Модули ЦП семейств S7-300 отличают развитые коммуникационные возможности, позволяющие поддерживать большое количество одновременных соединений, удобное решение памяти программ в виде MMC-карты и, что немаловажно — отсутствие необходимости использования буферной батареи.

Таблица 4. Основные технические характеристики центральных процессоров семейства S7-300

Наряду с S7-300, компанией Siemens выпускается более продвинутая модель S7-400 (рисунок 11), предназначенная для построения систем автоматизации средней и высокой степени сложности. Данный тип контроллера более всего подходит для управления циклическими или непрерывными производственными операциями.

Рис. 11. Модель S7-400

От предыдущей модели S7-400 отличается гибкими возможностями изменения объекта управления по мере его развития. Встроенная технология CiR (Configuration in RUN) позволяет вносить изменения в систему управления без ее остановки. Помимо этого, положительным моментом является встроенная система «горячего» резервирования, выполняющая переключение управления на резервный блок при отказе основного. Также для повышения надежности систем распределенного ввода/вывода предусмотрено дублирование интерфейса PROFIBUS DP. Для конфигурирования и программирования S7-400 могут использоваться как стандартные программные средства — STEP 7 Professional V11, SIMATIC S7/WinAC — так и инструментальные средства проектирования, включающие в свой состав лексические и графические языки программирования высокого уровня, применение которых не только делает процесс программирования более наглядным, но и существенно снижает время создания проекта.

Состав линейки центральных процессоров S7-400 представлен тремя основными направлениями:

По сравнению с предыдущими моделями, данные процессорные блоки обладают весьма впечатляющими техническими характеристиками: рабочая память программ и данных составляет 5,6…15 Мбайт, огромное количество дискретных и аналоговых каналов ввода-вывода — 131072 и 8192 соответственно, плюс встроенный интерфейс MPI/PROFIBUS DP и дополнительный модульный PROFINET. Все это позволяет при желании построить на базе одного контроллера S7-400 всю систему управления большим предприятием.

Как известно, совершенству нет предела. В линейке контроллеров Simatic под это определение более всего подходит S7-1500 (рисунок 12) — универсальный инструмент для автоматизации циклических процессов во всех секторах промышленного производства.

Рис. 12. Контроллер S7-1500

Всевозможные сигнальные, технологические и коммуникационные модули, входящие в состав периферийных блоков S7-1500, продуманно разделены на отдельные классы, отличающиеся поддержкой различных наборов функций:

Внешние цепи сигнальных модулей подключаются посредством 40-полюсных фронтальных соединителей, конструктивной особенностью которых является операция механического кодирования при первой установке на выбранный модуль. В дальнейшем данный фронтальный соединитель не может быть установлен на модули других типов, что исключает возможность возникновения ошибок при их замене. Максимальная конфигурация контроллера включает в свой состав один центральный процессор и до 30 сигнальных, технологических и коммуникационных модулей.

Изящным решением разработчиков стало оснащение центральных процессоров S7-1500 эстетичными цветными дисплеями (рисунок 13), при помощи которых осуществляется локальная настройка контроллера:

Рис. 13. Съемные цветные дисплеи S7-1500

Для отображения информации может быть выбран один из двух поддерживаемых языков. Установка и удаление дисплея допускается во время работы контроллера. Доступ к выполнению операций защищен паролем. Центральные процессоры S7-1500 оснащены встроенной рабочей памятью программ до 1 Мбайт и данных до 5 Мбайт. В качестве загружаемой памяти используются карты памяти SIMATIC Memory Card емкостью 2 Мбайт…2 Гбайт.

Отдельного внимания заслуживает программное обеспечение SIMATIC S7/ WinAC, объединяющее в себе систему тесно связанных инструментальных средств конфигурирования, программирования, диагностики и обслуживания систем автоматизации. Эти программные пакеты содержат исчерпывающий набор функций, необходимых для всех этапов разработки и эксплуатации систем автоматического управления:

Для программирования, конфигурирования, диагностики и обслуживания контроллеров S7-1500 используются инструментальные средства среды STEP 7 Professional V.12. Благодаря новому оптимизированному компилятору исходный символьный код преобразуется в машинные команды, позволяющие получать минимальное время выполнения программных циклов. Несомненное удобство представляет быстрое и безошибочное определение состава аппаратуры контроллера путем считывания параметров конфигурации прямо из системы проектирования. Встроенные в STEP 7 Professional средства миграции проектов делают возможным применение S7-1500 для исполнения существующих программ контроллеров S7-300 и S7-1200.

Заключение

В условиях современного рынка многие производители стремятся вложить в свою продукцию не только высокое качество, но и некие уникальные черты. В своей серии контроллеров Simatic специалистам SIEMENS удалось совместить четко сформулированную и изящно воплощенную идею структурированной прозрачности всей линейки оборудования с некоей особой педантичностью, что особенно актуально в свете решения руководства SIEMENS свернуть в следующем году производство уже далеко не передовых 200 и 300 серий, полностью заменив их современными S7-1200 и S7-1500.

Источник