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自动化控制器发展的新趋势

现场设备的智能化提升控制系统的本地计算能力. PC 机将更多参与自动化控制任务. 自动化控制器发展的新趋势. PLC. PLC. PC. 智能型现场控制单元. PLC. PC. 1990. 2000. 2010. 智能化采用分步式控制架构. Central previously. Distributed today. Distributed tomorrow. 自动化系统发展的新趋势. 开放标准的使用 – 面向部件 – MS Office 应用 – XML, OPC, COM/DCOM, Active X 技术. Interfaces.

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自动化控制器发展的新趋势

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  1. 现场设备的智能化提升控制系统的本地计算能力现场设备的智能化提升控制系统的本地计算能力 PC机将更多参与自动化控制任务 自动化控制器发展的新趋势 PLC PLC PC 智能型现场控制单元 PLC PC 1990 2000 2010 New SIMATIC S7-400 Firmware Version 4.0; Technical Information

  2. 智能化采用分步式控制架构 Central previously Distributed today Distributed tomorrow 自动化系统发展的新趋势 New SIMATIC S7-400 Firmware Version 4.0; Technical Information

  3. 开放标准的使用 –面向部件 – MS Office 应用 – XML, OPC, COM/DCOM, Active X技术 Interfaces ERP Ethernet Automationsystem Field level 自动化系统工程的新趋势 IT 技术越来越多融入自动化控制中 从ERP到现场级的纵向通讯集成 New SIMATIC S7-400 Firmware Version 4.0; Technical Information

  4. 全集成自动化 – 西门子自动化的核心 ERP企业资源规划 Architecture Business modelling factory MES制造执行系统 200： TIA goes MES Industrial Frameworkopen for all Enterprise asset management Plant maintenance management Dispatch Tracing and tracking 1998: T.I.A. incl.Drives and Low Voltage Control Systems 2000: UMC Universal Motion Control Automation 自动化 HMI Horizontal andvertical Integration of Networks - Communication- Data management- Config/Prog TIA CNC, PLC, DCS TIA Sensors,actuators + distributedintelligence Component based Automation 过程自动化 工厂自动化 Machine automation 2001: T.I.A. with Distributed Intelligence 1996: T.I.A. for Discrete Manufacturing and Process Automation New SIMATIC S7-400 Firmware Version 4.0; Technical Information

  5. 新一代 S7-400 CPU 广泛适用于制造业和过程工业 功能最强大的PLC S7-400 即将于2004年8月推出 新一代！ 新一代 S7－400 CPUs • 全球市场占有率第一 • 中国市场占有率第一，高达35％ • 制造业/过程工业通用自动化控制平台 • 全集成自动化先进理念的控制核心 • 西门子功能最强大的高端PLC New SIMATIC S7-400 Firmware Version 4.0; Technical Information

  6. S7-400 概述 新一代 S7－400 CPUs 标准S7-400 S7-400 H 硬件冗余系统 S7-400 F/FH 系统 • 广泛适用于过程工业和制造业 • 大数据量的处理能力 • 协调整个生产系统 • 支持等时模式 • 灵活，自由的系统扩展 • 支持带电热插拔 • 不停机添加/修改分布式I/O • 尤其适用于过程工业 • 降低故障停机成本 • 双机热备，避免停机时间 • 无人职守运行 • 双CPU切换时间低于100 毫秒 • 先进的事件同步冗余机制 • 基于S7-400H冗余系统 • 实现对人身，机器和环境的最高安全性 • 符合EN 954 (高达安全等级4)安全规范 • 标准程序与故障安全程序在一块CPU中同时运行 New SIMATIC S7-400 Firmware Version 4.0; Technical Information

  7. CPU 类型 最快指令执行时间 (µs) 定点数加法 浮点数乘法 浮点数除法 浮点数加法 浮点数数乘法 浮点数除法 复杂算术功能 412-1 0.1 0.1 0.1 0,4 bis 0.4 0.3 1.0 1,7-7,8 412-2 0.1 0.1 0.1 0,6 0.4 0.3 1.0 1,7-7,8 414-2 0.06 0.06 0.06 0,24 bis 0.24 0.18 0.6 1,0-4,6 414-3 0.06 0.06 0.06 0,36 0.24 0.18 0.6 1,0-4,7 416-2 0.04 0.04 0.04 0,16 bis 0.16 0.12 0.4 0,7-3,1 416-3 0.04 0.04 0.04 0,24 0.16 0.12 0.4 0,7-3,1 417-4 0.03 0.03 0.03 0.12-0.18 0.12 0.09 0.3 0.51-2.3 0.40 to 0.60 0.24 to 0.36 0.16 to 0.24 1.70 to 7.80 1.02 to 4.68 0.68 to 3.12 显著增强的控制性能 新一代 S7－400 CPUs • OB1主程序循环时间降低 4倍以上 • 等时模式下显著的性能增强 • OB 61-64 循环周期更快 New SIMATIC S7-400 Firmware Version 4.0; Technical Information

  8. 显著增强的控制性能 • 组合指令执行时间比较 （Load/Transfer/Add） 新一代 S7－400 CPUs New SIMATIC S7-400 Firmware Version 4.0; Technical Information

  9. 显著增强的通讯性能 • 通讯性能提高体现在 • 通讯对象 (类型及数目) • 通讯接口 (MPI, DP 及背板总线) • 通讯指令 • 通讯协议 新一代 S7－400 CPUs • 网络响应时间大大缩短 • 数据吞吐量加倍 • 即使CPU已处于高负荷运行，通讯数据吞吐量也会显著提高 • 现场级通讯连接性能显著提高 • 等时模式下更短的循环周期 • 数据吞吐量更大，通讯响应时间大大缩短 • 与管理层/人机界面垂直集成 • 控制器间数据通讯 • CP 443-1 高级通讯处理器集成 4个以太网接口 New SIMATIC S7-400 Firmware Version 4.0; Technical Information

  10. 通讯链接数目 新一代 S7－400 CPUs New SIMATIC S7-400 Firmware Version 4.0; Technical Information

  11. 工作内存(程序与数据内存) [K字节] 显著增加的工作内存 新一代 S7－400 CPUs 20,000 20,000 Previous + additional = new memory 5,600 2,800 2,800 144 256 512 1,400 1,400 • 无需内存扩展 New SIMATIC S7-400 Firmware Version 4.0; Technical Information

  12. 充足的定时器/计数器 新一代 S7－400 CPUs New SIMATIC S7-400 Firmware Version 4.0; Technical Information

  13. 其它 • STEP 7 最新版本 • 新CPU需用STEP7 V5.2 SP1, Hotfix 3 及 Hardware Update 或更新版本(STEP 7 V5.2 SP1 HF3 HSP) • 许多功能只有STEP 7 V5.3 或更新版本支持 • Trace functionality • 简捷的CiR (Configuration in RUN) 定时器组态(timer configuration) • 兼容性 • 新CPU完全替代旧CPU，新老CPU保持零部件兼容 老CPU在与新CPU并存3个月后将淘汰 新一代 S7－400 CPUs New SIMATIC S7-400 Firmware Version 4.0; Technical Information

  14. S7-400 CPU 技术指标 新一代 S7－400 CPUs 性能升级 价格不变! 类型 内存 指令处理 通讯接口 I/O 计数器/定时器 PLC 412-1 412-2 144KB 256KB from 100ns MPI/DPPROFIBUS-DP PLC 414-2 414-3 512KB 1.4MB from 60ns MPI/DPPROFIBUS-DP PLC 416-2 416-3 2.8MB 5.6MB from 40ns MPI/DPPROFIBUS-DP PLC 417-4 20MB from 30ns MPI/DPPROFIBUS-DP Sufficient digital and analog inputs/outputs possible 2048 / 2048 2048 / 2048 2048 / 2048 2048 / 2048 New SIMATIC S7-400 Firmware Version 4.0; Technical Information

  15. 轻松简单的模板安装 • 鲁棒、可靠的模板插接 • 前连接器机械自锁定连接技术（Self-coding） • 全部模板统一使用48针前连接器 • TOP 连接技术 • 防止仪表极性接反 • 通过预制电缆 • 模板的全部参数均通过软件设定， • 没有DIP/DIL开关 • 带电热插拔 • 机架 /电源 – 对全部CPU通用，即使配置多CPU工作，减少配件 • 扩展机架价格低廉 • 模板无插槽规则限制 • 高密度模板配置，节约空间 • 标准S7－400也可以选用冗余电源 • 机架接地方便 • 单槽宽、双槽宽均适用 安装 New SIMATIC S7-400 Firmware Version 4.0; Technical Information

  16. 新功能(CiR)尤其适用于过程工业 • 运行中修改组态（CiR） • 运行时自由修改分布式I/O 的 • 系统硬件配置（增加删除从站） • 应用于 • 生产不能停机的过程工业 • 启动成本很高的生产线 • 用户利益 • 节约时间，低成本的生产线改进 • 无需特殊的启动程序 • 高度的柔性生产线 新功能 不停机系统改进 车间和过程优化 New SIMATIC S7-400 Firmware Version 4.0; Technical Information

  17. CPU 41x 的MPI/DP-集成接口CPU41x-2集成DP接口 IF 964-DP 接口模块 CP443-5 扩展的外部 DP 接口 F-Module DP-Slave PA-Slave CiR的应用条件 • CiR 支持分布式I/O 模块的重新参数化: CiR S7-400 PLCs 414-4-1H 417-4-1H 新功能 ET 200M 可添加、移走的模块范围 New SIMATIC S7-400 Firmware Version 4.0; Technical Information

  18. 新功能—等时模式尤其适用于生产加工业 • 将 SIMATIC自动化解决方案连接到 • 等时的 PROFIBUS网络 • 用户程序I/O访问同步 • 等距离和同步的分布式I/O信号处理 • 一致的输入和数据传输 • 过程映像全部数据具有逻辑上 和时间上的关系 • 应用： 运动控制、回路调节 新功能 高速处理又能安全控制 具有可重复性，定义的分布式 I/O过程响应时间 连续操作机械显著提高了控制和定位精度 大大提高了生产力 New SIMATIC S7-400 Firmware Version 4.0; Technical Information

  19. T4 CPU • To • Ti T5 T3 System cycle T6 T2 T7 CPU T1 ET 200S ET 200M ET 200 新功能等时模式 • Many cycles non-coordinated • T1: Read input signal • T2: ET 200 backplane bus • T3: PROFIBUS-DP • T4: CPU program scan cycle • T5: PROFIBUS-DP • T6: ET 200 backplane bus • T7: Issue output signal 新功能 New SIMATIC S7-400 Firmware Version 4.0; Technical Information

  20. 等时模式循环周期 新功能 New SIMATIC S7-400 Firmware Version 4.0; Technical Information

  21. TIA 完全的冗余解决方案 S7-400的冗余方案 Clients Parallel redundancy Management level Server Parallel redundancy With archive-matching PC network/terminal bus Fault-tolerantcommunication Ethernet Media redundancy Process level H CPUs Hot stand-by SW redundancy Warm stand-by Redundant power supply ET 200M Field level Redundant PROFIBUS Redundant IM 153 New SIMATIC S7-400 Firmware Version 4.0; Technical Information

  22. IntroductionIndustries for H Systems • Energy Generation and Distribution(Oil, Gas, Electricity) • Power plants • Pipeline • Offshore • District heating • Chemical/ Electrochemical/ Petrochemical/ Pharmaceutical • Mining • Environmental technology • Water processing • Garbage incineration • Cellulose, Paper, Printing

  23. IntroductionIndustries of H Systems • Steel and metal industry • Food, beverages, and tobacco Industry • Glass industry • Wafer production • Transportation • Tunnel ventilation • Ship automation • Airport automation • Maneuvering area lighting • Luggage transportation

  24. S7–400H 硬件冗余 • Hidden redundancy • Transparent programming(programming same as for non-redundant systems) • Standard system parameterization • Standard handling • All SIMATIC programming languages can be used without restriction • Platform for F andFH systems S7-400的冗余方案 New SIMATIC S7-400 Firmware Version 4.0; Technical Information

  25. 无缝的CPU主备切换时间 • 切换时间 • < 100ms，通常20ms • 切换期间输出保持 • 没有信息、报警或中断的损失 • 何时切换 • Master 失效 • 电源 • 机架 • 同步模块 • 同步电缆 • CPU • DP string or DP slave 接口模块失效，不必切换 New SIMATIC S7-400 Firmware Version 4.0; Technical Information

  26. 自动事件同步——最先进的冗余机制 Event synchronization • Synchronization procedure S7-400的冗余方案 No synchronization Cycle synchronization Time synchronization Command synchronization Subcontroller B Subcontroller A Subcontroller A Subcontroller B Subcontroller A Subcontroller A Subcontroller B Subcontroller B New SIMATIC S7-400 Firmware Version 4.0; Technical Information

  27. Redundant communicationPrinciple • Redundant communication is attained through redundant connections, which are then used when a problem occurs. Redundant connections can be created from H stations to • Other H stations (one- or two-channel) • HMI PCs (software Redconnect required) Active connection Stand-by connection Communication New SIMATIC S7-400 Firmware Version 4.0; Technical Information

  28. Redundant communicationConfiguration with redundant bus (1) Ethernet H-CPU in single mode Equivalent circuit diagram: Communication PS CPU CP Bus CP CPU PS PS CPU CP Bus CP CPU PS New SIMATIC S7-400 Firmware Version 4.0; Technical Information

  29. Redundant communicationConfiguration with redundant bus (2) Ethernet H-CPU in single mode Equivalent circuit diagram: Communication CP CP PS CPU CPU PS Bus CP CP CP CP Bus PS CPU CPU PS CP CP New SIMATIC S7-400 Firmware Version 4.0; Technical Information

  30. Redundant communicationConfiguration with single bus Ethernet H-CPU in single mode Equivalent circuit diagram: Communication PS CPU CP CP CPU PS Bus PS CPU CP CP CPU PS New SIMATIC S7-400 Firmware Version 4.0; Technical Information

  31. Redundant communicationConfiguration with ring bus Ring bus S7-400H S7-400H H-CPU in single mode Equivalent circuit diagram: Communication PS CPU CP Bus CP CPU PS PS CPU CP Bus CP CPU PS New SIMATIC S7-400 Firmware Version 4.0; Technical Information

  32. S7-400的软件冗余 • 定位 • 低成本的冗余解决方案 • 适合全部S7-31x-2DP CPUs • 从CPU 313C-2DP 或更新 • 到CPU 417-4 • 包括混合 • 应用 • 适合于主站与备用站切换秒级允许时间的过程应用 • 示例应用: • 水处理过程 • 冷却水循环过程 • 许多行业中控制与监控 • 温度和液位 • 运输流量控制 (例如. 隧道) • 采集测量数据 New SIMATIC S7-400 Firmware Version 4.0; Technical Information

  33. Master Stand-by 读入输入信息 读入输入信息 执行非冗余用户程序 执行非冗余用户程序 读取并评估备用机的状态数据 接收并评估主机的状态数据 执行冗余部分用户程序 冗余用户程序未被执行 发送冗余数据到备用机 发送状态数据到主机 送出冗余和非冗余输出信息 送出冗余和非冗余输出信息 软件冗余的工作机理 S7-400的冗余方案 New SIMATIC S7-400 Firmware Version 4.0; Technical Information

  34. S7-400软冗余示例 MPI, PROFIBUS DP, Ethernet S7-400的冗余方案 Connection to redundant components Master controller Back-up controller Non-redundant area Non-redundant area ET 200M with 2 x IM 153-2 Redundancy area Active bus Passive bus New SIMATIC S7-400 Firmware Version 4.0; Technical Information

  35. I/O冗余 S7-400的冗余方案 Redundant communication Redundant controller New: redundant I/O PROFIBUS DP Redundant PROFIBUS Sensor/control element Redundant IM New SIMATIC S7-400 Firmware Version 4.0; Technical Information

  36. SIMATIC ET 200 在防爆区的定位 ProfiBus 通讯 New SIMATIC S7-400 Firmware Version 4.0; Technical Information

  37. 产品推出计划 • 新CPU与现有CPU是零部件兼容的 • 无需改动程序或设计文档即可享受增强的性能 产品推出计划 集成PROFInet接口的 S7-400 CPU PROFInet – CP 带 PROFInet I/O 新一代S7-400 CPU CP 443-1 高级通讯处理器开始供货 2004年8月 2004下半年 2005 New SIMATIC S7-400 Firmware Version 4.0; Technical Information

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