2.6.3 Требование и характеристика используемого системного по

Программа для ПЛК создается в Редакторе программ Simatic Manager Step7. Она может состоять из различных блоков.

1. Блоки ОВ1 – организационные блоки, блоки в которых находится код программы, но при этом  они еще имеют ряд возможностей, таких как: автоматическое выполнение при внешнем или диагностическом прерывании, автоматическое выполнение при ошибках. Всего существует 122 блока ОВ.

2. Блоки FC – функциональные блоки, блоки в которых находится код и которые будучи вызваны из организационных блоков ОВ, всего лишь на всего его выполняют.

3. FB – тоже самое что и FC , но со встроенной памятью. На самом деле никакой памяти в нем конечно нет, просто он использует блок DB для хранения результатов выполнения кода, без участия пользователя

4. DB – блоки данных, по сути представляет из себя таблицу с описанием типов применяемых данных.

5. SFC, SFB – те же самые блоки с кодами подпрограмм, но предусмотрены они, для каких-либо конкретных, часто встречающихся задач. Не могут быть изменены, т.к. являются частью операционной системы CPU, но могут быть использованы для получения данных, например о времени, счетчиках часов и пр.

6. VAT – блоки для тестирования программы, в них создается список переменных, значение которых представляет интерес, после чего имеется возможность наблюдать их изменения  или самому менять их значение.

7. UDT  – блоки с пользовательскими типами данных. Если требуется тип данных, который не предусмотрен системой, можно его создать, сделав описание в блоке UDT.

И все эти блоки, кроме VAT редактируются с помощью LAD/FBD/STL редактора.

Редактор программ Step7 позволяет выполнять разработку программ на 3 основных языках:

• Statement List (STL – список инструкций);

• Ladder Diagram (LAD – язык релейно-контактных символов);

• Function Block Diagram(FBD – язык функциональных блоков).

Сравнительная характеристика языков программирования редактора программ Step7 представлена в таблице 15

Таблица 15 – Сравнение языков программирования

2.6.4 Требования и характеристика используемых пакетов программной поддержки обмена данными

Именное обозначение SIMATIC NET объединяет полностью все семейство коммуникационных продуктов и сетей фирмы Siemens для промышленной автоматизации. Различные сети удовлетворяют широкому кругу требований к эксплуатационным характеристикам применительно к различным задачам, которые стоят перед проектировщиком систем автоматизации:

• SIMATIC NET предоставляет решения, отвечающие запросам современной промышленной связи;

• SIMATIC NET занимает центральное место в системе автоматизации SIMATIC;

• SIMATIC NET обеспечивает однотипный интерфейс между системами и другими компонентами автоматизации;

• способ коммуникации SIMATIC NET полностью интегрируется в проект системы автоматизации благодаря использованию своей собственной технологии связи S7, которая легко интегрируется со всеми известными топологиями и видами сетей..

Коммуникационные сети семейства SIMATIC NET являются компонентами концепции TIA (Полностью интегрированная автоматизация) от Siemens. Шинные системы SIMATIC NET и их функции вписываются в пирамидообразную модель автоматизации (рисунок 20).

Рисунок 20 – Модель автоматизации SIMATIC NET

В используемой системе применяются два основных протокола передачи данных: Industrial Ethernet и PROFIBUS–DP.

Industrial Ethernet – это мощная коммуникационная сеть, соответствующая международному стандарту IEEE 802.3 (Ethernet), специально предназначенная для работы в промышленных условиях.

Она обладает следующими основными свойствами:

• объединяет в единую сеть различные уровни предприятия, например, офис и производственный цех;

• надежность конструкции и электромагнитная устойчивость;

• высокая скорость передачи даже при большом количестве узлов благодаря общедоступным сетевым компонентам, соответствующим стандарту Fast Ethernet (быстрая сеть Ethernet) и поддерживающим скорость 100 Мбит/с;

• поддержка различных сред передачи (например, промышленная витая пара (рисунок 21), волоконно-оптический кабель(рисунок 22));

• возможность расширения системы с использованием технологии коммутации;

• высокая степень надежности сетевых топологий с резервированием.

Техническая характеристика протокола Industrial Ethernet представлена в таблице 16.

Таблица 16 – Характеристики Industrial Ethernet

Максимальное количество узлов	Не ограничивается, не более 1024 на один сегмент сети.
Скорость передачи	10/100/1000 Мбит/с.
Протяженность сети	Электрическая сеть: 5 км Оптическая сеть: 150 км Коммутируемая сеть: в принципе неограничена
Топология	Шина Дерево Резервированное кольцо Звезда
Среда передачи данных	Промышленная витая пара Триаксиальный кабель Волоконно-оптический (ВО) кабель

Рисунок 21 – Структура стандартной промышленной витой пары

Рисунок 22 – Структура стандартного волоконно-оптического кабеля

В более, чем в 80 процентах локальных сетей на базе Ethernet, использование коммутирующих устройств - наиболее типичная практика. Использование коммутирующих устройств имеет большое значение, потому как позволяет расширять сети за счет значительного увеличения числа узлов, увеличивать пропускную способность сетей и упростить развитие сетевой структуры. Модульные коммутирующие устройства SCALANCE X-400 для Industrial Ethernet от SIMATIC NET разработаны для использования в высокоскоростных сетях, которые должны отвечать требованиям перспективного развития. Благодаря их модульной конструкции коммутирующие устройства SCALANCE X-400 могут быть приспособлены для решения задач развития системы. Поддержка стандартов офисных программ способствует мягкой интеграции сетей автоматизированных систем с существующими офисными сетями. Коммутирующие устройства SCALANCE X-400 разработаны для использования в коммутационных щитовых и шкафах (стойках).

Особенности:

• Возможности для гигабитной связи:

Базовое устройство имеет порты для передачи данных со скоростями 1 Гбит/с для электрических проводных кабелей типа "витая пара" ("twisted pair"). При добавлении гигабитного медиа-модуля (gigabit media module) также обеспечивается возможность передачи данных со скоростями 1 Гбит/с, но уже с использованием оптоволоконных линий связи - FO-кабелей (fiber-optic cables).

• При использовании изделий SCALANCE X400 возможно распределить "кольцевые порты" ("ring ports") по двум разным слотам (модули для fast Ethernet в слотах 6 и 7). Это повышает надежность системы в целом, так как при отказе одного из медиа-модулей (в слоте 6 или в слоте 7) работа системы будет продолжаться, но структура сети при этом будет линейной. Отказавший модуль может быть заменен без прерывания рабочего режима.

• Возможности диагностики

• Функции удаленной диагностики доступны при использовании средств "управления на базе Web" (WBM - Web-based management), протоколов TelNet или SNMP.

• Базовое устройство имеет сигнальный контакт (signaling contact) для операторского управления.

• Ethernet-интерфейс доступен для диагностики и управления.

• "Виртуальная локальная сеть" VLAN

Устройство SCALANCE X400 поддерживает так называемые "виртуальные локальные сети" (VLAN) на базе портов. Физическая сеть может быть разделена на несколько виртуальных подсетей (virtual networks). Это позволяет уменьшить нагрузку на сеть.

• Поддержка протоколов Spanning Tree / Rapid Spanning Tree

Устройство SCALANCE X400 поддерживает работу с протоколами Spanning Tree Protocol (STP) и Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP). Это предотвращает циркуляцию пакетов данных и, в случае потери линии связи, обеспечивает быстрое нахождение альтернативного пути. При использовании STP-протокола время реконфигурации составляет 20 … 30 секунд, а при использовании STP-протокола время реконфигурации составляет около одной секунды. По умолчанию протоколы STP/RSTP не активированы.

Техническая характеристика SCALANCE X414-3E представлена в таблице 17.

Таблица 17 – Технические характеристики SCALANCE X414-3E

Параметры	SCALANCE X414-3E
Интерфейсы:
подключения сетевых узлов (10/100 Мбит/с; TP)	Гнезда RJ45
подключения оптического кабеля, 100 Мбит/с	ST гнезда (BFOC)
подключения оптического кабеля, 1000 Мбит/с	SC гнезда
подключения цепей питания	1 x 4-полюсный терминальный блок
Напряжение питания	=24 В (=18 ... 32 В)
Длина линии связи:
0 ... 100 м	TP кабель
0 ... 3000 м	Мультимодовый оптический кабель при 100 Мбит/с
0 ... 750 м	Мультимодовый оптический кабель при 1000 Мбит/с
0 ... 26 км	Одномодовый оптический кабель при 100 Мбит/с
0 ... 10 км	Одномодовый оптический кабель при 1000 Мбит/с
Условия эксплуатации, хранения, транспортировки:
диапазон рабочих температур	0 °C ... +60 °C (для LD медиа модулей: 0 °C ... +55 °C)
диапазон температур хранения и транспортировки	-20 °C ... +80°C
относительная влажность во время работы	Не более 95%
Монтаж	На профильную шину S7-300, на стандартную профильную шину DIN
Степень защиты	IP20

Сеть Industrial Ethernet в разработанной системе показана на рисунке 23.

Рисунок 23 – Сеть Industrial Ethernet

PROFIBUS – это открытый международный стандарт, который описывает шинную систему, предназначенную для установления связи с процессами и полевыми устройствами на полевом уровне, а также для обмена данными в пределах отдельной ячейки автоматизации. Обмен данными по PROFIBUS осуществляется либо с помощью недорогого медного кабеля (рисунок 24) или с помощью волоконно-оптического кабеля, не подверженного воздействию электромагнитных помех.

Рисунок 24 – Структура стандартного FC кабеля

Система распределенного ввода/вывода (DP - децентрализованная периферия) позволяет создать распределенную структуру, состоящую из большого количества модулей ввода и вывода аналоговых и дискретных сигналов, расположенных непосредственно по месту технологического процесса. Отдельные устройства ввода/вывода, объединенные по PROFIBUS, могут находиться на больших расстояниях друг от друга. Локальные станции распределенного ввода/вывода собирают входные сигналы, которые затем циклически считываются центральным контроллером. И наоборот, центральный контроллер циклически передает выходные данные станциям распределенного ввода/вывода. DP-протокол предназначен для прикладных задач, критичных ко времени. Простой оптимизированный протокол передачи данных, высокие скорости передачи и использование принципа "ведущий-ведомый" позволяют достичь коротких длительностей цикла. Являясь открытым протоколом, DP базируется на стандарте, описывающем коммуникации полевого уровня (IEC 61158).

Система распределенного ввода/вывода обладает следующими базовыми характеристиками:

• централизованное управление осуществляется ведущим устройством;

• высокая пропускная способность с использованием простого протокола передачи;

• циклическая передача образа процесса в направлениях ввода и вывода;

• обнаружение ошибок с применением online-диагностики;

• базируется на PROFIBUS FDL, что позволяет работать совместно с другими устройствами (ведущими и ведомыми устройствами) в одной шине.

В системе распределенного ввода/вывода различают три типа коммуникационных партнеров(таблица 18).

Таблица 18 – Свойства коммуникационных партнеров DP

Коммуникационные партнеры DP	Описание
Ведомые устройства DP	Пассивные узлы шины, как правило, устройства ввода/вывода
Ведущее устройство DP класса 1	Активный узел, центральный компонент для управления ведомыми устройствами DP
Ведущее устройство DP класса 2	Активный узел, который можно использовать для отладки и диагностики одновременно с ведущим устройством класса 1

Сеть PROFIBUS-DP в разработанной системе показана на рисунке 25.

Рисунок 25 – Сеть PROFIBUS-DP

Структурная схема всей информационной сети представлена в приложении Д.