PLC 可编程逻辑控制器 不仅具有逻辑运算功能,也有算术、模拟量处理、通信等功能。 PLC是微型计算机技术和控制技术相结合的产物,是以微处理器为核心,用于控制的特殊计算机。 PLC由中央处理器CPU、存储器(EPRAM、ROM)、输入/输出单元、扩展I/O接口、电源等部分组成。 PLC的程序由两部分组成:操作系统和用户程序。

PLC系统设计流程

PLC系统如同一个公司系统:CPU为总经理,模块为各部门管理者,传感器和执行器则是一线员工。

了解工艺,分析控制要求 确定输入、输出设备 设计硬件 设计程序 设计控制柜 现场施工 调试 编辑技术文件

西门子PLC启动类型

  1. 暖启动 Warm Restart:程序将重新开始运行。
    过程映像数据、非保持存储器、定时器和计数器被复位; 保持性的存储器、定时器、计数器和所有数据块保持原来的值。
    启动OB:OB100
  2. 热启动 Hot Restart:突然掉电又重新上电,
    程序从上次中断处继续执行,不对计数器等进行复位。
    启动OB:OB101
  3. 冷启动 Cold Restart:程序将重新开始运行(启动OB 或 OB1)。
    过程数据区的所有过程映像数据、存储器、定时器、计数器和数据块均被清除,包括保持功能的数据。
    启动OB:OB102

TIA博途软件由 STEP7WinCCStartdriveSCOUT 构成

STEP7

基本版:组态 S7-1200

专业版:组态 S7-1500 S7-300/400 WinAC

选件:STEP 7 Safety Basic/Advanced 组态F-CPU以及故障安全I/O,并以F-LAD和F-FBD编程

WinCC的4种版本

  1. 基本版:精简系列面板(STEP 7已包含)
  2. 精智版:所有面板组态
  3. 高级版:运行WinCC Runtime高级版的PC
  4. 专业版:含SCADA系统

博途软件的特性

  1. 统一的操作概念
  2. 数据的集中管理
  3. 库的统一管理
  4. 系统性的诊断

SIMATIC NET 通信网络

  1. Industrial Ethernet:SCALANCE X系列交换机
  2. PROFIBUS:PROcess Field Bus 以令牌方式进行主-主、主-从通信;唯有PROFIBUS-DP(主-从)通信具有实时性
  3. MPI:Multi Point Interface 多点接口 传输介质为双绞线
  4. PtP:Point to Point
  5. EIB:InstabusEIB(European Installation Bus)应用于楼宇自动化,采集亮度进行百叶窗控制等
  6. AS-i:Actuator-Sensor-Interface 执行器-传感器接口 开关量的IO,31个标准从站的论信时间为5ms

Profibus的分类

  1. DP:Decentralized Periphery,分布式外部设备,CPU与分布式IO(如ET200)的通信

    DP主站按地址顺序组成一个逻辑令牌环。令牌从低到高传递,传到最高站地址126后,跳回最低地址重新开始。

    获得令牌的主站拥有对从站数据的读写操作。与单个从站的最大通信数据量为244字节输入和44字节输出。

    PROFIBUS-DP通常为一主多从,以保证通信的实时性。

    长度不超过100m, 波特率在3000~12000Kbit/s; 1000m:9.6~187.5Kbit/s.

    连接其他厂商的从站设备时,需提供或下载GSD文件,并安装(选项,管理通用站描述文件)

  2. PA:Process Automation,过程自动化,用于现场传感器和执行器的低速传输
  3. FMS:Fieldbus Message Specification,现场总线报文规范,多主站CPU之间的通信

PROFINet的普及

基于工业以太网的PROFINET完全满足现场实时性的要求。 它便于网络的安装、调试和维护,能使通信网络一网到底。 建议控制网络与监控网络使用不同的子网。 每个S7-1500CPU都集成了PROFINET接口,大型的CPU1516/17/18也集成有只能做主站的PROFIBUS接口。

基于组件对象模型(COM)的分布式自动化技术。 以微软的OLE/COM/DCOM为核心,最大程度地实现了开放性和扩展性。

PROFINET的优点

通信对比

PROFINETPROFIBUS解释
IO systemDP master system网络系统
IO 控制器DP 主站控制器与DP主站
IO supervisorPG/PC 2类主站调试与诊断
以太工业网PROFIBUS网络结构
HMIHMI监控与操作
IO设备DP从站分布的现场元件分配到IO控制器

现场设备IO-Devices通过GSD文件集成到TIA博途软件中,与PROFIBUS-DP不同的是,PROFINET的GSD文件以XML格式存在。

PROFINET IO控制器可以通过 IE/PB LINK 连接 PROFIBUS-DP从站。

    PROFINET IO 的三种执行水平
  1. RT:实时通信,典型通信时间为1~10ms
  2. IRT:等时通信,在相等的时间间隔进行传输,普通交换机不支持IRT,典型通信时间为0.25~1ms,每次传输偏差小于1us
  3. NRT:非实时数据传输,用于项目监控等,典型通信时间大约100ms

S7-1500 CPU集成的接口 X1 具备PROFINETIO控制器、I-Device的实时通信功能。 接口X2 X3主要为了安全目的而进行网络划分,以避免管理层网络故障影响控制层网络。

非实时通信:OUC(Open User Communication)和S7通信。

OUC连接类型:ISO-on-TCP TCP/IP UDP

以太网接口都支持S7通信,它有三组通信函数: PUT/GET USEND/URCV BSEND/BRCV

  1. PUT/GET:单方编程,客户端对服务器进行读写操作,服务器不需要编程
  2. USEND/URCV:双方编程,一方发送,一方接收,异步方式
  3. BSEND/BRCV:双方编程,一方发送,一方接收,同步方式

从上到下:OPC Server, OPC Groups, OPC Group, OPC Items, OPC Item. OPC: OLE for Process Control OLE: Object Linking and Embeding,对象连接与嵌入 COM: Component Object Model,组件对象模块 IPC: Inter-process communication, UA: Unified Architecture DA: 指数据访问 OPC UA: 使用XML和Web服务 OPC DA: 使用COM/DCOM技术 MRP PROFIenergy DCP协议 发现和基本配置协议,在PROFINET网络上发现设备、识别设备信息并设置设备的名称和IP地址。 ICMP协议 Internet Control Message Protocol,ping 命令使用 ICMP 回送请求和应答报文; tracert 使用了 ICMP时间超过报文

安全通信基于 Public Key Infrastructure (PKI) 理念,包含以下组成部分: 非对称加密机制、使用 X.509 证书传送和保存公钥 RSA,以三位数学家Rivest Shamir Adleman的首字母命名。 S7-1500间的加密通信:使用非对称加密的方式交换密钥,然后使用对称加密方式对通信的报文进行加密。