5.7 Выбор контроллера

Контроллером называется набор технических средств, в состав которого входят модуль процессора, модули УСО (устройства связи с объектом) и прочие компоненты, объединённые между собой общей стандартной или специализированной системной шиной.

Контроллер является проектно-компонуемым изделием, то есть таким изделием, состав и конфигурация которого определяется проектом для конкретного объекта и технологического процесса (спецификацией проекта).

Контроллер предназначен для приёма и обработки информации поступающей от первичных преобразователей и дискретных датчиков, выдачи управляющих сигналов на исполнительные механизмы и устройства сигнализации, а также для передачи информации на операторскую станцию.

Для управления данным процессом использован контроллер SIMATIC S7-300. Внешний вид контроллера показан на рисунке 5.15.

Рисунок 5.15 − SIMATIC S7-300

SIMATIC S7-300 – это модульный программируемый контроллер, работающий с естественным охлаждением. Модульная конструкция, возможность построения распределенных структур управления, наличие дружественного пользователю интерфейса позволяет использовать контроллер для экономичного решения широкого круга задач автоматического управления в различных областях промышленного производства. Эффективному применению контроллеров способствует возможность использования нескольких типов центральных процессоров различной производительности, наличие широкой гаммы модулей ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов, функциональных модулей и коммуникационных процессоров.

Контроллер SIMATIC S7-300 имеет модульную конструкцию и может включать в свой состав:

а) Модули центральных процессоров (CPU). В зависимости от степени сложности решаемой задачи в контроллере могут быть использованы различные типы центральных процессоров, отличающиеся производительностью, объемом памяти, наличием или отсутствием встроенных входов-выходов и специальных функций, наличием или отсутствием коммуникационных интерфейсов.

б) Сигнальные модули (SM), предназначенные для ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов с различными электрическими и временными параметрами.

в) Коммуникационные процессоры (СР) для подключения к сетям PROFIBUS, Industrial Ethernet, AS интерфейсу или организации связи по PPI (point to point) интерфейсу.

г) Функциональные модули (FM), способные самостоятельно решать задачи автоматического регулирования, позиционирования, обработки сигналов. Функциональные модули снабжены встроенным микропроцессором и способны выполнять возложенные на них функции даже в случае отказа центрального процессора ПЛК. При необходимости в составе контроллера могут быть использованы:

д) Модули блоков питания (PS), обеспечивающие возможность питания контроллера от сети переменного тока напряжением 120 или 230 В.

ж) Интерфейсные модули (IM), обеспечивающие возможность подключения к центральному контроллеру стоек расширения ввода-вывода. Контроллеры SIMATIC S7-300 позволяют использовать в своем составе до 32 сигнальных и функциональных модулей, а также коммуникационных процессоров, распределенных по 4 монтажным стойкам. Все модули работают с естественным охлаждением.

Диапазон рабочих температур стандартное исполнение от 0 до 60°С, с расширенным температурным диапазоном (от –25 до 60°С) и повышенной стойкостью к воздействию влажности, конденсата и мороза.

В данном контроллере могут использоваться следующие модули центрального процессора CPU312IFM, CPU313, CPU314IFM, CPU314, CPU315, CPU315-2DP, CPU316-2DP, CPU318-2DP.

В управлении процессом использован модуль процессора CPU315-2DP.

Технические параметры CPU315-2DP

Объем памяти программ 48Кбайт, 16 Кбайт инструкций, встроенная RAM 80Кбайт, карта памяти Flash-EEPROM до 4 Мбайт

Защита данных при аварийном отключении питания

а) без буферной батареи 4Кбайт (флаги, таймеры, счетчики, данные)

б) с буферной батареей дополнительно все блоки данных дата и время

Встроенные часы реального времени.

Программирование осуществляется при помощи пакета программирования STEP 7

Набор инструкций позволяет работать с логическими операциями, операциями со скобками, сохранение, счет, загрузка, передача, сравнение, сдвиг, А также, операции над числами с фиксированной и плавающей запятой, функции переходов.

Системные функции (SFC) Обработка прерываний, ошибок и отказов; копирование данных; временные функции (часы); диагностические функции; определение параметров модулей; переопределение режимов работы.

Время выполнения операций: логических операций 0.3…0.6 мкс, операций со словами 1.0 мкс, операций с таймерами и счетчиками 12 мкс, сложения целых чисел 2.0 мкс, сложения действительных чисел 50.0 мкс.

Технические параметры модулей ввода-вывода дискретных сигналов

Модули вывода дискретных сигналов предназначены для преобразования внутренних логических сигналов контроллера во внешние дискретные сигналы с требуемыми параметрами. К ним могут подключаться исполнительные механизмы или их коммутационные аппараты.

Модуль 6ES7321-1BH01-0AA0

Количество цифровых входов 16. Напряжение питания номинальное 24 В, допустимый диапазон изменений от 20.4 до 28.8 В Входное напряжение цифровых входов, логической единицы от 15 до 30 В, логического нуля от минус 3 до 5 В. Входной ток логической единицы 7.0 мА. Задержка распространения входного сигнала 1.2…4.8 мс. Возможно 2-проводное подключение датчиков BERO, статический ток 2-проводной линии BERO 1.5 мА. Длина применяемого кабеля, обычного до 600 м, экранированного до 1000 м. Потребляемый ток от внутренней шины контроллера 25 мА, от источника питания 24 В 25 мА. Потребляемая мощность 3.5 Вт. Оптоэлектронная изоляция входов. Испытательное напряжение изоляции 500В. Габаритные размеры 40х125х120 мм. Масса 0.2 кг

Модуль 6ES7322-1BH01-0AA0

Количество цифровых выходов 16. Напряжение питания нагрузки, номинальное значение 24 В, допустимый диапазон изменений от 20.4 до 28.8 В. Выходное напряжение логической единицы равно напряжению питания. Выходной ток логической единицы, при номинальном напряжении и 40 °С 1.5 А, при номинальном напряжении и 60 °С 0.5 А, минимальный 5 мА. Выходной ток логического нуля 0.5 мА. Частота переключений выходов, при активной нагрузке 100 Гц, при индуктивной нагрузке 0.5 Гц, при ламповой нагрузке 100 Гц. Ограничение коммутационных перенапряжений от напряжения питания до 48 В. Электронная защита от коротких замыканий.

Длина обычного кабеля до 600 м, экранированного до 1000 м. Потребляемый модулем ток, от шины расширения ввода-вывода 80 мА. от источника питания 120 мА. Потребляемая мощность 4.9 Вт. Оптоэлектронная изоляция от шины расширения ввода-вывода. Испытательное напряжение изоляции 500В. Габаритные размеры 40х125х120 мм. Масса 0.19 кг.

Технические параметры модулей ввода-вывода аналоговых сигналов

Модули ввода аналоговых сигналов предназначены для аналого-цифрового преобразования внешних аналоговых сигналов в цифровые сигналы контроллера. К модулям могут подключаться датчики с унифицированными выходными электрическими сигналами, термопары, термометры сопротивления и т.д.

Модуль 6ES7332-5HD01-0AB0

Данный модуль имеет четыре аналоговых выхода. Выходные сигналы имеют следующие параметры, по напряжению 0…10 В; ±10 В; 1…5 В на нагрузку 1 кОм, токовый выход 4…20 мА; ±20 мА; 0…20 мА, на нагрузку 0.5 кОм. Максимальная емкость нагрузки 1 мкФ. Максимальная индуктивность загрузки 1мГн. Защита от короткого замыкания. Разрешающая способность, для униполярных сигналов, 12 бит, для биполярных сигналов 11 бит плюс знак. Время преобразования на канал 0.8 мс. Время установления выходного сигнала зависит от типа нагрузки и для активной нагрузке составляет 0.1 мс, для емкостной нагрузке 3.3 мс, для индуктивной нагрузке 0.5 мс. Рабочая погрешность преобразования для каналов напряжения не превышает ±0.5 %, для каналов силы тока ±0.6 %. Напряжение питания 24 В. Допустимая длинна кабеля 200 м. Потребляемый ток от шины расширения ввода-вывода 60 мА, от источника питания 240 мА. Потребляемая мощность 3 Вт. Испытательное напряжение изоляции 500 В. Габаритные размеры 40х125х120 мм. Масса 0.22 кг. Мы используем 5 таких модулей.

Модуль 6ES7331-7KF01-0AB0

Данный модуль имеет восемь аналоговых входов, четыре из которых предназначены для измерения сопротивления. Входные сигналы имеют следующие параметры, напряжения ±80 мВ; ±250 мВ; ±500 мВ; ±1 В на нагрузке 10 МОм; ±2.5В; ±5 В; 1…5 В; ±10 В на нагрузке 100 Мом, силы тока ±10 мА; ±3.2 мА; ±20 мА; 0…20 мА; 4…20 мА на нагрузке 25 Ом. Устройство поддерживает и производит линеаризацию характеристик термопар с градуировками E, N, J, K и термометров сопротивления Pt100, Ni 100. Предусмотрена защита от изменения полярности сигнала. Максимально допустимое напряжение 20 В (для входов измерения напряжения). Максимально допустимый ток 40 мА (для входов измерения силы тока). Изоляция от шины оптоэлектронная. Время аналого-цифрового преобразования 2.5; 16.6; 20; 100 мс при опорных частотах преобразования соответственно 400; 60; 50; 10 Гц. Разрешающая способность аналого-цифрового преобразования, для униполярных сигналов 9 бит, 12 бит, 14 бит для биполярных сигналов 9 бит, 12 бит, 14 бит плюс знаковый бит. Рабочая погрешность преобразования ±1 %. Базисная погрешность преобразования ±0.6%. Длина кабеля 200 м (50 м при 80 мА). Потребляемый ток, от шины расширения ввода-вывода 60 мА, от источника питания 200 мА. Потребляемая мощность 1.3 Вт. Напряжение питания 24 В. Испытательное напряжение изоляции 500 В. Габариты 40х125х120 мм. Масса 0.25 кг. Мы используем 3 таких модуля.

Панель оператора SIMATIC 177.

Сенсорные панели оператора SIMATIC серии 177 рисунок 5.16 предназначены для построения систем человеко-машинного интерфейса и решения задач оперативного управления и мониторинга. Панели могут использоваться с программируемыми контроллерами SIMATIC S7-200/S7-300/S7-400, системами компьютерного управления SIMATIC WinAC, программируемыми контроллерами других фирм.

Семейство объединяет в своем составе:

Сенсорную панель оператора SIMATIC TP 177A с монохромным дисплеем;

Сенсорные панели оператора SIMATIC TP 177B с монохромным или цветным дисплеем;

Панель оператора SIMATIC OP 177B с монохромным или цветным дисплеем и мембранной клавиатурой;

Многофункциональная панель MP 177 с цветным сенсорным дисплеем.

Основными отличительными чертами панелей SIMATIC серии 177 являются:

Встроенный 32-разрядный микропроцессор с RISC архитектурой;

Встроенная Flash-EEPROM пользователя;

5,7” CCFL (Cold Cathode Fluorescence Lamps) STN дисплей с разрешающей способностью экрана 320х240 точек;

Сенсорные аналоговые резистивные датчики, рассчитанные на 1 миллион срабатываний (кроме OP 177B);

Гарантированная наработка на отказ 50000 часов, что позволяет использовать сенсорные панели в режиме непрерывной работы в течение 6 лет;

Степень защиты лицевой часть панели IP65, остальной части корпуса – IP20;

Сертификаты и одобрения CE, CSA, UL, FM, NEMA4.

Работа панелей базируется на использовании операционной системы Windows CE, существенно расширяющей их функциональные возможности:

Шрифты True Type;

Мощные графические возможности: графические изображения, гистограммы;

Динамические объекты: поля ввода-вывода, выпадающие окна выбора объектов;

Тренды кривых (TP 177B/OP 177B)

Парольная защита;

Библиотеки элементов

Система обработки сообщений;

Обработка рецептов (TP 177B/OP 177B);

Многоязыковая поддержка, включая русский язык.

Рисунок 5.16 − SIMATIC 177