现场设备的智能化提升控制系统的本地计算能力
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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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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


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


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


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


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


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


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

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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

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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

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通讯链接数目

新一代 S7-400 CPUs

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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

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充足的定时器/计数器

新一代 S7-400 CPUs

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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


等时模式循环周期

新功能

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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

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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


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


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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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


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

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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

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SIMATIC ET 200 在防爆区的定位

ProfiBus 通讯

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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

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