SIMOTION 面向机械工程应用中的所有提供了适宜功能。
实现这些功能的基础是采用了符合 IEC 61131-3 标准中的机器自动化要求(如监控、顺序控制、输入/输出处理、计算等)的 PLC。
提供了用于运动控制的可扩展功能:从凸轮控制器到定位、齿轮传动和凸轮传动,直至各种搬运运动的 3D 路径插补。生产机械中常用的工艺功能(如压力调节器或温度控制器)对该功能加以补充。
因此,SIMOTION 提供了一种全面而可扩展的功能,拥有生产机器所需的全部功能,PLC 性能从低到高,适用于基本单轴应用到复杂多轴应用。
SIMOTION 应用的软件结构
SIMOTION Kernel – 基本功能
SIMOTION Kernel 中组合了 SIMOTION 设备的基本功能。
此外,SIMOTION Kernel 还提供了以下方面的高性能功能:
PLC 功能(符合 IEC 61131-3)
程序控制
定时器、计数器
I/O 运行
通信
此外,还提供一套支持以下任务的强大运行系统
周期性(同步的周期性)任务
顺序任务
时间驱动式任务
件驱动式任务
语言范围符合 IEC 61131‑3 标准,并且包含 I/O 管理、过程和机器控制所需的所有 PLC 命令。用于编程的语言包括 LAD(Ladder Diagram,梯形图)、FBD(Function Block Diagram,功能块图)、ST(Structured Text,结构化文本)、MCC(Motion Control Chart,运动控制图)和传动控制图 (DCC)。
SIMOTION Kernel 基本功能可通过加载 SIMOTION 工艺功能包进行扩展。
SIMOTION 工艺功能包结合了众多领域机械工程自动化所需要的软件功能。它们在配置过程中加载到控制器中,并通过添加系统功能的方式扩展基本功能。在工程期间,可通过 SCOUT 命令库访问工艺功能包的功能。
借助工艺功能包可生成工艺对象(例如“定位轴”工艺对象),这些工艺对象以同样的方式进行设置、配置和参数设定。
此工艺功能包包含全面的运动控制功能,提供了开放而又灵活的应用编程方式,确保用户能够实施复杂的运动控制应用。
SIMOTION 运动控制工艺功能包具有以下功能:
基本运动控制
定位–POS
同步操作/电子齿轮 – GEAR
凸轮 – CAM
路径插补 – PATH
辅助工艺功能
该技术功能包中的工艺对象功能可通过附加语言命令和系统变量以及符合 PLCopen 的函数块来访问。因此,运动顺序的编程较为简单且集成程度较高。
SIMOTION 温度控制工艺功能包提供了功能丰富的温度通道。这些功能同样通过附加语言命令和系统变量进行访问。
SIMOTION 传动控制图 (DCC) 工艺功能包提供了一个“驱动控制块”(DCB) 库。借助这些控制块,可以在选配的 DCC 编辑器中以图形化的方式配置开环和闭环控制功能,该编辑器可集成到 SCOUT。SCOUT TIA(TIA Portal 中的 SIMOTION)没有 DCC。
SIMOTION MIIF 工艺功能包可充当服务器,支持以符号化方式访问 SIMOTION 数据并通过以太网将数据提供给客户端(例如,操作面板)。
这些功能库包含用于集成智能 I/O 和通信模块的标准功能。它们是 SCOUT 命令库的组成部分,可非常方便地将模块(如 FM 350-1/-2、FM 352、CP 340/341、SIWAREX FTA)或识别系统集成到 SIMOTION 用户程序中。SIMOTION Utilities & Applications 中也提供了编程示例和标准应用。The SIMOTION Utilities & Applications 随 SCOUT 免费提供。
在 SIMOTION 用户程序中,工艺功能包功能、功能库和 SIMOTION Kernel 的功能统一通过语言命令进行访问。
因此,SIMOTION 应用程序的结构支持 PLC 功能与运动控制功能和工艺功能的合并。由于这种方式可以避免使用接口并消除停滞时间,因此简化了运动顺序的优作(* PLC/运动接口)、降低了工程成本并提高了产品质量和机器生产率(机器周期和输出)。
SIMOTION 应用可通过不同方式编程:
使用图形化编程语言 LAD(梯形图)、FBD(功能块图)和 MCC(运动控制图),可直观方便地进行图形化编程。
此外,也可通过文字化方式使用结构化文本 (ST) 进行编程。
使用可选传动控制图 (DCC) 工艺功能包,可方便地以图形方式对基于传动的开环和闭环控制功能进行组态(不适用于 TIA 博途中的 SIMOTION)。
SINAMICS 变频器的深度集成允许:
方便地完成驱动(电源单元和编码器)的符号分配
方便地完成驱动外设(I/O、凸轮、探针)的符号利用
自动地比较整个驱动总成相关的全部特性变量
提高直至传动的一致性(访问控制/状态字和传动数据、转矩限值、附加的转矩设**)
支持采用伺服传动的高动态应用,基于 DSC(Dynamic Servo Control,动态伺服控制),可实现 125 µs 的位置控制周期
支持采用液压传动的高动态应用,可实现 250 µs 的位置控制周期和压力/力控制周期
可与传动和模块化开环控制实现同步
除电气传动外,一个控制器内或者分布在多个控制器中的各液压传动都可实现彼此同步。这样就可以实现集成自动化解决方案,例如在汽车工业中的输送系统和冲压生产线中,可在同一个系统中采用电气传动(卷绕机、横向切割机、辊式进给装置)和液压传动(如深拉压力机)
通过项目生成器 SIMOTION easyProject,可将基本及模块化机器功能集成到 SCOUT 工程组态项目中。
在 SIMOTION 系统中,所有组件(一个或多个控制模块、传动、 I/O)都与机器的通信周期(PROFIBUS DP/PROFINET 周期)同步。应用还通过同步应用任务(在伺服与插补器周期中)与此周期同步。因此,等时模式遍布整个机器应用(对于分布式系统也是如此),这样可带来大量优势:
终端到终端和终端到轴的响应时间较短
机器循环时间短
可通过编程完成同步闭环控制任务
基于确定且可再现的机器响应,可实现较高的产品质量
SIMOTION 支持模块化机器概念,进而可降低工程和调试成本,具体体现在:
通过库和可重复使用的模块进行模块化软件开发
划分为各个机器模块,例如,可通过分布式同步操作(通过 PROFIBUS DP 或带同步实时功能的 PROFINET IO)来链接这些机器模块。基于一个大项目,可对项目进行重新组态(例如,使用人机界面)。
在组态和运行期间,激活/禁用 DP 从站/PROFINET IO 设备(I/O 组件)和工艺对象(传动、轴、外部编码器、探头和凸轮)。
使用项目生成器 SIMOTION easyProject,方便地对项目进行模块化组态
模块化的机器设计意味着可取得可扩展的解决方案和大型轴布置。标准化的模块可轻松适应特定的要求,并可分别进行测试。然后,这些模块可以方便地组合成不同类型的机器。
在所有平台上,可通过 PROFIBUS 获得通信功能:
SIMOTION 和/或 SIMATIC 控制器之间的 I/O 通信
与编程设备(编程设备功能)的通信
SIMATIC HMI 设备通信
与安装有 SIMATIC NET OPC 的 PC 进行通信。
作为前提条件,PC 上应安装 SIMATIC NET SOFTNET S7 软件。
所有平台均提供以下基于以太网的通信功能:
SIMOTION 和/或 SIMATIC 控制器之间的 I/O 通信
通过 UDP 和 TCP/IP 与 SIMOTION 设备、SIMATIC CPU 和非 Siemens 设备进行通信
与编程设备(编程设备功能)的通信
SIMATIC HMI 设备通信
基于 SA 系统 WinCC 的通信。
与安装有 SIMATIC NET OPC 的 PC 进行通信。
作为前提条件,PC 上应安装 SIMATIC NET SOFTNET S7 软件。
使用 SIMOTION IT,可通过工业以太网(标准 Internet 浏览器上的 HTML)获得附加通信功能:
*项目和工程组态系统,通过标准 SIMOTION IT web 页面,即可提供丰富、强大的诊断功能
通过用户定义 SIMOTION IT web 页面,实现相关诊断和操作功能
通过 SIMOTION IT OPC XML-DA 实现通信和过程值访问型应用
SIMOTION IT 虚拟机:除了自动化功能后,还可创建 SIMOTON JAVA 运行环境的 Java 应用。
可编程控制器,英文称ProgrammableLogicController,简称PLC。PLC是基于电子计算机,且适用于工业现场工作的电控制器。它源于继电控制装置,但它不像继电装置那样,通过电路的物理过程实现控制,而主要靠运行存储于PLC内存中的程序,进行入出信息变换实现控制。
PLC基于电子计算机,但并不等同于普通计算机。普遍计算机进行入出信息变换,多只考虑信息本身,信息的入出,只要人机界面好就可以了。而PLC则还要考虑信息入出的可靠性、实时性,以及信息的使用等问题。特别要考虑怎么适应于工业环境,如便于安装,抗干扰等问题。
1.1实现控制要点
输入输出信息变换、可靠物理实现,可以说是PLC实现控制的两个基本要点。
输入输出信息变换靠运行存储于PLC内存中的程序实现。PLC程序既有生产厂家的系统程序(不可改),又有用户自行开发的应用(用户)程序。系统程序提供运行平台,同时,还为PLC程序可靠运行及信号与信息转换进行必要的公共处理。用户程序由用户按控制要求设计。什么样的控制要求,就应有什么样的用户程序。
可靠物理实现主要靠输人(INPUT)及输出(OUTPUT)电路。PLC的I/O电路,都是专门设计的。输入电路要对输入信号进行滤波,以去掉高频干扰。而且与内部计算机电路在电上是隔离的,靠光耦元件建立联系。输出电路内外也是电隔离的,靠光耦元件或输出继电器建立联系。输出电路还要进行功率放大,以足以带动一般的工业控制元器件,如电磁阀、接触器等等。
I/O电路是很多的,每一输入点或输出点都要有一个I或O电路。PLC有多I/O用点,一般也就有多少个I/O用电路。但由于它们都是由高度集成化的电路组成的,所以,所占体积并不大。
输入电路时刻监视着输入状况,并将其暂存于输入暂存器中。每一输入点都有一个对应的存储其信息的暂存器。
输出电路要把输出锁存器的信息传送给输出点。输出锁存器与输出点也是一一对应的
这里的输入暂存器及输出锁存器实际就是PLC处理器I/O口的寄存器。它们与计算机内存交换信息通过计算机总线,并主要由运行系统程序实现。把输人暂存器的信息读到PLC的内存中,称输入刷新。PLC内存有专门开辟的存放输入信息的映射区。这个区的每一对应位(bit)称之为输入继电器,或称软接点。这些位置成1,表示接点通,置成0为接点断。由于它的状态是由输入刷新得到的,所以,它反映的就是输入状态。
输出锁存器与PLC内存中的输出映射区也是对应的。一个输出锁存器也有一个内存位(bit)与其对应,这个位称为输出继电器,或称输出线圈。靠运行系统程序,输出继电器的状态映射到输出锁存器。这个映射也称输出刷新。输出刷新主要也是靠运行系统程序实现的。这样,用户所要编的程序只是,内存中输入映射区到输出映射区的变换,特别是怎么按输入的时序变换成输出的时序。这是一个数据及逻辑处理问题。由于PLC有强大的指令系统,编写出满足这个要求的程序是完全可能的,而且也是较为容易的。
1.2实现控制过程
简单地说,PLC实现控制的过程一般是:
输入刷新--再运行用户程序--再输出刷新--再输入刷新--再运行用户程序--再输出刷新……**停止地循环反复地进行着。
图1.1所示的流程图反映的就是上述过程。它也反映了信息的时间关系。
有了上述过程,用PLC实现控制显然是可能的。因为:有了输入刷新,可把输入电路监控得到的输入信息存入PLC的输入映射区;经运行用户程序,输出映射区将得到变换后的信息;再经输出刷新,输出锁存器将反映输出映射区的状态,并通过输出电路产生相应的输出。又由于这个过程是**停止地循环反复地进行着,所以,输出总是反映输入的变化的。只是响应的时间上,略有滞后。当然,这个滞后不宜太大,否则,所实现的控制不那么及时,也就失去控制的意义。
为此,PLC的工作速度要。速度快、执行指令时间短,是PLC实现控制的基础。事实上,它的速度是很快的,执行一条指令,多的几微秒、几十微秒,少的才零点几,或零点零几微秒。而且这个速度还在不断提高中。
图1.1所示的过程是简化的过程,实际的PLC工作过程还要复杂些。除了I/O刷新及运行用户程序,还要做些公共处理工作。
公共处理工作有:循环时间监控、外设服务及通讯处理等。
监控循环时间的目的是避免"死循环",避免程序不能反复不断地重复执行。办法是用""(Watchingdog)。只要循环时,它可报警,或作相应处理.
外设服务是让PLC可接受编程器对它的操作,或通过接口向输出设备如打印机输出数据.
通讯处理是实现PLC与PLC,或PLC与计算机,或PLC与其它工业控制装置或智能部件间信息交换的。这也是增强PLC控制能力的需要。
也就是说,实际的PLC工作过程总是:公共处理--I/O刷新--运行用户程序--再公共处理--……反复不停地重复着。
1.3可编程控制器实现控制的方式
用这种不断地重复运行程序实现控制称扫描方式。是用计算机进行实时控制的一种方式。此外,计算机用于控制还有中断方式。在中断方式下,需处理的控制先申请中断,被响应后正运行的程序停止运行,转而去处理中断工作(运行有关中断服务程序)。待处理完中断,又返回运行原来程序。哪个控制需要处理,哪个就去申请中断。哪个不需处理,将不被理睬。显然,中断方式与扫描方式是不同的。
在中断方式下,计算机能得到充分利用,紧急的任务也能得到及时处理。但是,如果同时来了几个都要处理的任务该怎么办呢?**级高的还好办,低的呢?可能会出现照顾不到之处。所以,中断方式不大适合于工作现场的日常使用。
但是,PLC在用扫描方式为主的情况下,也不排斥中断方式。即,大量控制都用扫描方式,个别急需的处理,允许中断这个扫描运行的程序,转而去处理它。这样,可做到所有的控制都能照顾到,个别应急的也能进行处理。
PLC的实际工作过程比这里讲的还要复杂一些,分析其基本原理,也还有一些理论问题。有关人员如果能把上面介绍的入出变换、物理实现--信息处理、I/O电路--空间、时间关系--扫描方式并辅以中断方式,作为一种思路加以研究,弄清了它,也就好理解PLC是怎样去实现控制的,也就好把握住PLC基本原理的要点了。
从PLC的工作原理知,PLC的输入与输出在物理上是彼此隔开的,其间的联系是靠运行存储于它的内存中的程序实现。它的入出相关,不是靠物理过程,不是用线路;而是靠信息过程,用软逻辑联系。它的工作基础是用好信息。
信息不同于物质与能量,有自身的规律。信息便于处理,便于传递,便于存储;信息还可重用,等等。正是由于信息的这些特点,决定了PLC的基本特点。
下面介绍PLC的四个特点:
2.1功能丰富
PLC的功能非常丰富。这主要与它具有丰富的处理信息的指令系统及存储信息的内部器件有关。
它的指令多达几十条、几百条,可进行各式各样的逻辑问题的处理,还可进行各种类型数据的运算。凡普通计算机能做到的,它也都可作到。
它的内部器件,即内存中的数据存储区,种类繁多,容量宏大。I/O继电器,可以用以存储入、出点信息的,少的几十、几百,多的可达几千、几万,以至10几万。这意味着它可进行这么多I/O点的入出信息变换,进行这么大规模的控制。