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SIMOTION P - 基于 PC 的運動控制系統

豐富的運動控制功能，集成在緊湊的嵌入式工業 PC 中：SIMOTION P320-4

SIMOTION P320-4 是一種高性能、超緊湊和免維護型嵌入式工業 PC，已在惡劣運行條件下得到驗證。SIMOTION P320-4 既有 PLC 的堅固可靠性，又有 SIMOTION 的全面運動控制功能。

SIMOTION P320-4 包括兩個高性能型號：

• SIMOTION P320-4 E（嵌入式）
  處理器：Intel i3 處理器（第三代）
  存儲器：內部 CFast/外部可訪問 CFast 
  操作系統：Windows Embedded Standard 7
• SIMOTION P320-4 S（標準型）
  處理器：Intel i7 處理器
  存儲器：內置固態硬盤 (SSD)/外部可訪問 CFast
  操作系統：Windows 7 Ultimate

SIMOTION P320-4 供貨范圍：

SIMOTION P320-4 隨附有大容量存儲器以及相關的 SIMOTION 運行系統軟件。

• 內置大容量存儲器：Windows 操作系統和 SIMOTION 運行系統固件
• 外置可存取海量存儲器：SIMOTION 項目和用戶數據

Windows 操作系統具有的開放性

這種開放性是基于 PC 的解決方案的突出特點：

• 聯網靈活
• 數據存儲容量大
• 數據備份方案
• 集成通信

復雜的數據測定和顯像任務，甚至能通過 SIMOTION P，直接在 PC 上輕松執行工程技術操縱。如需要其它系統的 HMI 軟件，可使用標準化的 OPC 器接口。

通過集成的以太網接口，可以通過 SIMOTION IT 訪問集成 Web 器上的數據。通信回路采用標準 IT 協議，進行調試、診斷和維護。

也可以使用遠程維護、診斷和遠程等功能。
另外還提供了標準 PC 接口，用于連接以下部件：

• 打印機、鍵盤和鼠標等硬件
• 可視化軟件或 Microsoft Office 程序等軟件。

SIMOTION 操作系統具有實時功能

完全獨立的 SIMOTION 操作系統與 SIMOTION P 上的 Windows 并行運行。通過這種實時擴展，可實現能夠滿足 SIMOTION P 平臺上的高性能要求的復雜運動控制應用。

功能強大的 PC 技術

• 系統采用新的 PC 處理器技術，可確保提供佳性能。
• 指令執行速度非常之快，為中高端性能范圍提供了新的應用機會。

• 開環控制、運動控制、技術、可視化和標準 Microsoft 應用程序均集成在同一平臺上，無需執行耗時的安裝即可直接使用
• 功能強大的新 PC 處理器架構帶來了性能的提升
• 基于 Windows 操作系統，因此對各種標準應用程序具有開放性
• 可基于工業以太網使用標準 PC 通信機制
• 簡易軟件升級
• 用戶友好型操作
• 通過現有通信接口實現靈活聯網該 SIMOTION P320-4 版本具有一個集成式 PROFINET 接口和工業以太網接口。對于也需要 PROFIBUS DP 連接的應用，可使用帶有兩個 PROFIBUS 接口的可選模塊 IsoPROFIBUS 板。
• 集成眾多功能因而功能強大
• 在同一程序中輕松對開環控制和運動控制應用進行工程配置

CPU 1511C-1 PN 是入門級 CPU，用于非連續生產技術中對處理速度和響應速度要求不高的應用。

CPU 1511C-1 PN 具有 5 點模擬量輸入；通過這些輸入，可以記錄壓力或溫度等模擬過程信號。其中 4 點個輸入可用于電流或電壓測量，1 點輸入可用于電阻測量。
CPU 上的集成模擬量輸出將 16 位數字值轉換為電流或電壓并輸出到過程。例如，它們適合控制比例閥。
借助于 16 點集成式數字量輸入，可在控制器上直接記錄來自設備的 24 V DC 信號。
16 點集成式數字量輸出可以切換 24 V DC 電壓，從而將內部信號從控制器傳送到設備。
集成的計數器可記錄速度高達 100 kHz 的信號并直接在控制器中分析計數器狀態或當前速度，無需使用附加模塊。速度可以頻率或周期的形式輸出，或以用戶歸一化速度的形式輸出。
CPU 的運動控制功能可將計數器用作實際位置值，將模擬量輸出用作速度設定值輸出。另外，CPU 通過易組態的塊提供全面控制功能，以及通過標準化 PLC-open 塊 提供連接至驅動器的能力。

CPU 1511C-1 PN 可被用作 PROFINET IO 控制器或分布智能系統（PROFINET 智能設備）。集成式 PROFINET IO IRT 接口設計為雙端口交換機以便在系統中設立總線型拓撲。

CPU 1511C-1 PN 具有：

• 功能強大的處理器：
  該 CPU 的單條二進制命令的命令執行時間可低至 60 ns。
• 大容量工作存儲器：
  175 KB 用于程序，1 MB 用于數據
• 集成輸入/輸出；
  16 點數字量輸入和 16 點數字量輸出以及 5 點模擬量輸入和 2 點模擬量輸出（用于電流/電壓信號），并具有一個用于測量 CPU 溫度的附加輸入。
• SIMATIC 存儲卡作為裝載存儲器：
  具有數據記錄和歸檔等附加功能
• 靈活的擴展功能：
  單層組態多可支持 32 個模塊（CPU + 31 個模塊）
• 具有以下功能的屏幕畫面：
  • 顯示概覽信息，例如：集成接口的 IP 地址、站名稱、設備名稱、位置標識符等
  • 顯示診斷信息
  • 模塊信息顯示
  • 顯示可由用戶定義的徽標
  • 顯示顯示屏設置
  • 設置 IP 地址
  • 設置日期和時間
  • 選擇運行模式
  • 將 CPU 復位為出廠設置
  • 禁用/啟用顯示
  • 啟用保護級別。
• PROFINET IO IRT 接口：
  具有通過 PROFINET 連接分布式 I/O 的選件。

SIMATIC S7-400 可采用具有不同性能級別的各種 CPU：

• CPU 412-1、CPU 412-2 和 CPU 412-2 PN：
  用于中等性能的小型工廠。
• CPU 414-2、CPU 414-3、CPU 414-3 PN/DP：
  用于具有對編程、處理速度和通信有額外要求的中等規模工廠。
• CPU 416-2、CPU 416-3、CPU 416-3 PN/DP：
  在高端性能范圍內具有較高要求的工廠。
• CPU 417-4 DP：
  在高端性能范圍內具有極嚴格要求的工廠。
• CPU 412-5H、CPU 414-5H、CPU 416-5H 和 CPU 417-4H：
  用于 SIMATIC S7-400H 和 S7-400F/FH。
• CPU 414F-3 PN/DP、CPU 416F-2 和 CPU 416F-3 PN/DP：
  用于構建故障安全型自動化系統，適用于具有較高安全要求的工廠。

所有 CPU 裝在帶集成的控制單元和顯示單元的塑料外殼中。 相同的單元具有相同的功能。

前面板上有：

• LED指示燈: 
  用于狀態和故障指示。
• 波動開關： 
  用于選擇運行模式。
• 存儲器卡插槽（擴展裝載存儲器）
• 組合 MPI/DP 端口。
• 內置 PROFIBUS-DP 接口（非 CPU 412-1）。
• 電池插座： 
  用于后備電池的外部供電。

除 CPU 412-1 處理器外，所有 CPU 具有：

• PROFIBUS DP 接口: 
  用于連接分布式 I/O。根據組態的不同，也可用于與 OP 或 PG/PC 的通訊。

CPU 414-3 PN/DP, CPU 416-3 PN/DP 和 CPU 416F-3 PN/DP 也可以連接 PROFINET。 每個模板有一個雙口的 PROFINET 接口。

高端 CPU 還具有：

• PROFIBUS DP 接口模板備用插槽： 
  用于鏈接其他 DP 網絡。

此外，CPU 按照其性能進行分級：例如RAM、地址區大小、可裝載塊的數量以及處理時間。

存儲器概念

所有 S7-400 CPU 均具有兩種類型的存儲器。工作存儲器的細分可將性能提高一倍。當一個標準處理器需要訪問其 RAM 至少兩次時，S7-400 專用處理器可在一個循環周期中同時訪問代碼存儲器和數據存儲器。因此，數據總線和代碼總線也是獨立的。工作存儲器的容量取決于從精細分級的 CPU 系列中所選取的適合的 CPU。

對于小型和中等程序，集成式負載內存 (RAM) 就足夠了。對于較大的程序，可通過插入內存卡來增加裝載內存。插入式閃存卡可用于在不使用電池的情況下進行性存儲。

S7-200系列 PLC的存儲器空間

S7-200 PLC的存儲器空間大致分為三個空間，即程序空間、數據空間和參數空間。

1．程序空間

該空間主要用于存放用戶應用程序，程序空間容量在不同的CPU中是不同的。另外CPU中的RAM區與內置EEPROM上都有程序存儲器，但它們互為映像，且空間大小一樣。

2．數據空間

該空間的主要部分用于存放工作數據稱為數據存儲器，另外有一部分作寄存器使用稱為數據對象。

（1）數據存儲器 它包括變量存儲器（V），輸入信號緩存區（輸入映象存儲器I），輸出信號緩沖區（輸出映象存儲區Q），內部標志位存儲器（M）又稱內部輔助繼電器，特殊標志位存儲器（SM）。除特殊標志位外，其他部分都能以位、字節、和雙字的格式自由讀取或寫入。

變量存儲器（V）是保存程序執行過程中控制邏輯操作的中間結果，所有的V存儲器都可以存儲在存儲器區內，其內容可在與EEPROM或編程設備雙向傳送。

輸入映象存儲器（I）是以字節為單位的寄存器，它的每一位對應于一個數字量輸入結點。在每個掃描周期開始，PLC依次對各個輸入結點采樣，并把采樣結果送入輸入映象存儲器。PLC在執行用戶程序過程中，不再理會輸入結點的狀態，它所處理的數據為輸入映象存儲器中的值。

輸出映象存儲器（Q）是以字節為單位的寄存器，它的每一位對應于一個數字輸出量結點。PLC在執行用戶程序的過程中，并不把輸出信號隨時送到輸出結點，而是送到輸出映象存儲器，只有到了每個掃描周期的末尾，才將輸出映象寄存器的輸出信號幾乎同時送到各輸出結點。使用映象寄存器優點：①同步地在掃描周期開始采樣所有輸入點，并在掃描的執行階段凍結所有輸入值；②在程序執行完后再從映象寄存器刷新所有輸出點，使被控系統能獲得更好穩定性；⑧存取映象寄存器的速度高于存取I/O速度，使程序執行的更快；④I/O點只能以位為單位存取，但映象寄存器則能以位、字節、雙字進行存取。因此，映象寄存器提供了更高的靈活性。另外對控制系統中個別I/O點要求實時性較高的情況下，可用直接I/O指令直接存取輸入/輸出點。

內部標志位（M）又稱內部線圈（內部繼電器等），它一般以位為單位使用，但也能以字、雙字為單位使用。內部標志位容量根據CPU型號不同而不同。

特殊標志位（SM）用來存儲系統的狀態變量和有關控制信息，特殊標志位分為只讀區和可寫區，具體劃分隨CPU不同而不同。

（2）數據對象  數據對象包括定時器、計數器、高速計數器、累加器、模擬量輸入/輸出。

定時器類似于繼電器電路中的時間繼電器，但它的精度更高，定時精度分為lms，10ms和100ms三種，根據精度需要由編程者選用。定時器的數量根據CPU型號不同。

計數器的計數脈沖由外部輸入，計數脈沖的有效沿是輸入脈沖的上升沿或下降沿，計數的方式有累加1和累減1兩種方式。計數器的個數同各CPU的定時器個數。

高速計數器與一般計數器不同之處在于，計數脈沖頻率更高可達2kHz/7kHz，計數容量大，一般計數器為16位，而高速計數器為32位，一般計數器可讀可寫，而高速計數器一般只能作讀操作。

在S7-200CPU中有4個32位累加器，即AC0～AC3，用它可把參數傳給子程序或任何帶參數的指令和指令塊。此外，PLC在響應外部或內部的中斷請求而調用中斷程序時，累加器中的數據是不會丟失的，即PLC會將其中的內容壓入堆棧。因此，用戶在中斷程序中仍可使用這些累加器，待中斷程序執行完返回時，將自動從堆棧中彈出原先的內容，以恢復中斷前累加器的內容。但應注意，不能利用累加器作主程序和中斷子程序之間的參數傳遞。

模擬量輸入/輸出可實現模擬量的A/D和D/A轉換，而PLC所處理的是其中的數字量。

3．參數空間

用于存放有關PLC組態參數的區域，如保護口令、PLC站地址、停電記憶保持區、軟件濾波、強制操作的設定信息等，存貯器為EEPROM。

6SN1123-1AA00-0AA2電源模塊

Overview

TB30 端子模板

通過 TB30 端子擴展板，可以向控制單元添加數字量輸入/數字量輸出以及模擬量輸入/模擬量輸出。

TB30 端子板上有以下接口：

• 數字量輸入和數字量輸出的供電
• 4 點數字量輸入
• 4 點數字量輸出
• 2 點模擬量輸入
• 2 點模擬量輸出

信號電纜屏蔽的屏蔽接口位于控制器上。

TB30 端子板插在控制器的選件 CU320?2 插槽內。

S7-200系列PLC其它常用指令

1.脈沖產生指令EU/ED的應用

EU指令在EU指令前的邏輯運算結果由OFF到ON時就產生一個寬度為一個掃描周期的脈沖，驅動其后面的輸出線圈。

2．邏輯堆棧的操作

LPS為進棧操作，LRD為讀棧操作，LPP為出棧操作。

   S7-200系列PLC中有一個9層堆棧，用于處理邏輯運算結果，稱為邏輯堆棧。

3．NOT、NOP和MEND指令

NOT、NOP及MEND指令的形式及功能如表4-19所示。

表4-19  NOT、NOP及MEND指令的形式及功能

NOT為邏輯結果取反指令，在復雜邏輯結果取反時為用戶提供方便。NOP為空操作，對程序沒有實質影響。MEND為無條件結束指令，在編程結束時一定要寫上該指令，否則會出現編譯錯誤。調試程序時，在程序的適當位置插入MEND指令可以實現程序的分段調試。

4．比較指令

比較指令是將兩個操作數按規定的條件作比較，條件成立時，觸點就閉合。比較運算符有：=、>=、<=、>、<和<>。

（1）字節比較  字節比較用于比較兩個字節型整數值INl和IN2的大小，字節比較是無符號的。比較式可以是LDB、AB或OB后直接加比較運算符構成。如：LDB=、AB<>、OB>=等。

整數INl和IN2的尋址范圍：VB、IB、QB、MB、SB、SMB、LB、*VD、*AC、*LD和常數。

指令格式例如： LDB=  VBl0，VBl2

（2）整數比較  整數比較用于比較兩個一字長整數值INl和IN2的大小，整數比較是有符號的（整數范圍為16#8000和16#7FFF之間）。比較式可以是LDW、AW或OW后直接加比較運算符構成。如：LDW=、AW<>。OW>=等。

整數INl和IN2的尋址范圍：VW、IW、QW、MW、SW、SMW、LW、AIW、T、C、AC、*VD、*AC、*LD和常數。

指令格式例如： LDW=  VWl0，VWl2

（3）雙字整數比較  雙字整數比較用于比較兩個雙字長整數值INl和IN2的大小，雙字整數比較是有符號的(雙字整數范圍為16#80000000和16#7FFFFFFF之間)。比較式可以是LDD、AD或OD后直接加比較運算符構成。如：LDD=、AD<>、OD>=等。

雙字整數INl和IN2的尋址范圍：VD、ID、QD、MD、SD、SMD、LD、HC、AC、*VD、*AC、*LD和常數。

指令格式例如： LDD=  VDl0，VDl2

（4）實數比較  實數比較用于比較兩個雙字長實數值INl和IN2的大小，實數比較是有符號的（負實數范圍為-1.175495E-38和-3.402823E+38，正實數范圍為+1.175495E-38和+3.402823E+38）。比較式可以是LDR、AR或OR后直接加比較運算符構成。如：LDR=、AR<>、OR>=等。

實數INl和IN2的尋址范圍：VD、ID、QD、MD、SD、SMD、LD、AC、*VD、*AC、*LD和常數。

指令格式例如： LDR=  VDl0，VDl2

• SIPLUS ET 200SP 的 SIPLUS CPU 1512SP-1 PN，基于 SIPLUS-S7-1500 CPU 1513-1 PN
• 適用于對程序范圍和處理速度具有中等要求的應用，通過 PROFINET IO 和 PROFIBUS DP 進行分布式配置。
• 增強了系統和設備的可用性
• 可用于多 128 個 IO 設備的 PROFINET IO 控制器
• PROFINET I-Device，用于連接作為智能 PROFINET 設備、帶 SIMATIC 或第三方 PROFINET I/O 控制器的 CPU
• 適用于 4 個控制器的 PROFINET 共享智能設備
• PROFINET IO IRT 接口，帶 3 個端口集成交換機
• 經由 PROFINET 的等時同步模式
• 具有多種通信功能：
  PG/OP 通信、PROFINET IO 通信、開放式 IE 通信（TCP、ISO-on-TCP 和 UDP）、Web 器和 S7 通信（帶可裝載的函數塊）
• 可選 PROFIBUS DP 主站，用于 125 個 PROFIBUS DP 從站（帶 CM DP 模塊 6ES7545-5DA00-0AB0）
• 可選 PROFIBUS DP 從站（帶 CM DP 模塊 6ES7545-5DA00-0AB0）
• 組態控制（選項處理）
• 集成運動控制功能，可以控制速度控制軸和定位軸，支持外部編碼器

注

CPU 的運行需要使用 SIMATIC 存儲卡。
總線適配器不在供貨范圍內，需要單獨訂購。

SIPLUS extreme 產品基于 SIMATIC 標準產品。此處的內容摘自相關的標準產品。增加了與 SIPLUS extreme 相關的信息。

• SIMATIC ET 200SP 的 CPU 1510SP F-1 PN，基于 S7-1500 CPU 1511F-1 PN
• 用于采用 ET 200SP 的高性能控制解決方案
• 提高了系統和設備的可用性
• 支持集中式和分布式配置中的 PROFIsafe
• PROFINET IO 控制器可連接多 64 個 IO 設備
• PROFINET I-Device，用于連接作為智能 PROFINET 設備的 CPU（帶 SIMATIC 或第三方 PROFINET I/O 控制器）
• 適用于 4 個控制器的 PROFINET 共享智能設備
• PROFINET IO IRT 接口，帶集成 3 端口交換機
• PROFIBUS 上的等時同步模式
• 具有多種通信方式：
  PG/OP 通信、PROFINET IO 通信、開放式 IE 通信（TCP、ISO-on-TCP 和 UDP）、Web 器和 S7 通信（帶可裝載的函數塊）
• 可選 PROFIBUS 主站，用于 125 個 PROFIBUS DP 從站（帶 CM DP 模塊 6ES7545-5DA00-0AB0）
• 組態控制（選項處理）
• 集成運動控制功能，用于控制速度控制軸和定位軸，支持外部編碼器