SIMOTION P - 基于 PC 的运动控制系统

丰富的运动控制功能，集成在紧凑的嵌入式工业 PC 中：SIMOTION P320-4

SIMOTION P320-4 是一种高性能、超紧凑和免维护型嵌入式工业 PC，已在恶劣运行条件下得到验证。SIMOTION P320-4 既有 PLC 的坚固可靠性，又有 SIMOTION 的全面运动控制功能。

SIMOTION P320-4 包括两个高性能型号：

• SIMOTION P320-4 E（嵌入式）
  处理器：Inb i3 处理器（第三代）
  存储器：内部 CFast/外部可访问 CFast 
  操作系统：Windows Embedded Standard 7
• SIMOTION P320-4 S（标准型）
  处理器：Inb i7 处理器
  存储器：内置固态硬盘 (SSD)/外部可访问 CFast
  操作系统：Windows 7 Ultimate

SIMOTION P320-4 供货范围：

SIMOTION P320-4 随附有大容量存储器以及相关的 SIMOTION 运行系统软件。

• 内置大容量存储器：Windows 操作系统和 SIMOTION 运行系统固件
• 外置可存取海量存储器：SIMOTION 项目和用户数据

Windows 操作系统具有的开放性

这种开放性是基于 PC 的解决方案的突出特点：

• 联网灵活
• 数据存储容量大
• 数据备份方案
• 集成通信

复杂的数据测定和显像任务，甚至能通过 SIMOTION P，直接在 PC 上轻松执行工程技术操纵。如需要其它系统的 HMI 软件，可使用标准化的 OPC 器接口。

通过集成的以太网接口，可以通过 SIMOTION IT 访问集成 Web 器上的数据。通信回路采用标准 IT 协议，进行调试、诊断和维护。

也可以使用远程维护、诊断和远程等功能。
另外还提供了标准 PC 接口，用于连接以下部件：

• 打印机、键盘和鼠标等硬件
• 可视化软件或 Microsoft Office 程序等软件。

SIMOTION 操作系统具有实时功能

完全独立的 SIMOTION 操作系统与 SIMOTION P 上的 Windows 并行运行。通过这种实时扩展，可实现能够满足 SIMOTION P 平台上的高性能要求的复杂运动控制应用。

功能强大的 PC 技术

• 系统采用新的 PC 处理器技术，可确保提供佳性能。
• 指令执行速度非常之快，为中高端性能范围提供了新的应用机会。

• 开环控制、运动控制、技术、可视化和标准 Microsoft 应用程序均集成在同一平台上，无需执行耗时的安装即可直接使用
• 功能强大的新 PC 处理器架构带来了性能的提升
• 基于 Windows 操作系统，因此对各种标准应用程序具有开放性
• 可基于工业以太网使用标准 PC 通信机制
• 简易软件升级
• 用户友好型操作
• 通过现有通信接口实现灵活联网该 SIMOTION P320-4 版本具有一个集成式 PROFINET 接口和工业以太网接口。对于也需要 PROFIBUS DP 连接的应用，可使用带有两个 PROFIBUS 接口的可选模块 IsoPROFIBUS 板。
• 集成众多功能因而功能强大
• 在同一程序中轻松对开环控制和运动控制应用进行工程配置

CPU 1511C-1 PN 是入门级 CPU，用于非连续生产技术中对处理速度和响应速度要求不高的应用。

CPU 1511C-1 PN 具有 5 点模拟量输入；通过这些输入，可以记录压力或温度等模拟过程信号。其中 4 点个输入可用于电流或电压测量，1 点输入可用于电阻测量。
CPU 上的集成模拟量输出将 16 位数字值转换为电流或电压并输出到过程。例如，它们适合控制比例阀。
借助于 16 点集成式数字量输入，可在控制器上直接记录来自设备的 24 V DC 信号。
16 点集成式数字量输出可以切换 24 V DC 电压，从而将内部信号从控制器传送到设备。
集成的计数器可记录速度高达 100 kHz 的信号并直接在控制器中分析计数器状态或当前速度，无需使用附加模块。速度可以频率或周期的形式输出，或以用户归一化速度的形式输出。
CPU 的运动控制功能可将计数器用作实际位置值，将模拟量输出用作速度设定值输出。另外，CPU 通过易组态的块提供全面控制功能，以及通过标准化 PLC-open 块 提供连接至驱动器的能力。

CPU 1511C-1 PN 可被用作 PROFINET IO 控制器或分布智能系统（PROFINET 智能设备）。集成式 PROFINET IO IRT 接口设计为双端口交换机以便在系统中设立总线型拓扑。

CPU 1511C-1 PN 具有：

• 功能强大的处理器：
  该 CPU 的单条二进制命令的命令执行时间可低至 60 ns。
• 大容量工作存储器：
  175 KB 用于程序，1 MB 用于数据
• 集成输入/输出；
  16 点数字量输入和 16 点数字量输出以及 5 点模拟量输入和 2 点模拟量输出（用于电流/电压信号），并具有一个用于测量 CPU 温度的附加输入。
• SIMATIC 存储卡作为装载存储器：
  具有数据记录和归档等附加功能
• 灵活的扩展功能：
  单层组态多可支持 32 个模块（CPU + 31 个模块）
• 具有以下功能的屏幕画面：
  • 显示概览信息，例如：集成接口的 IP 地址、站名称、设备名称、位置标识符等
  • 显示诊断信息
  • 模块信息显示
  • 显示可由用户定义的徽标
  • 显示显示屏设置
  • 设置 IP 地址
  • 设置日期和时间
  • 选择运行模式
  • 将 CPU 复位为出厂设置
  • 禁用/启用显示
  • 启用保护级别。
• PROFINET IO IRT 接口：
  具有通过 PROFINET 连接分布式 I/O 的选件。

SIMATIC S7-400 可采用具有不同性能级别的各种 CPU：

• CPU 412-1、CPU 412-2 和 CPU 412-2 PN：
  用于中等性能的小型工厂。
• CPU 414-2、CPU 414-3、CPU 414-3 PN/DP：
  用于具有对编程、处理速度和通信有额外要求的中等规模工厂。
• CPU 416-2、CPU 416-3、CPU 416-3 PN/DP：
  在高端性能范围内具有较高要求的工厂。
• CPU 417-4 DP：
  在高端性能范围内具有极严格要求的工厂。
• CPU 412-5H、CPU 414-5H、CPU 416-5H 和 CPU 417-4H：
  用于 SIMATIC S7-400H 和 S7-400F/FH。
• CPU 414F-3 PN/DP、CPU 416F-2 和 CPU 416F-3 PN/DP：
  用于构建故障安全型自动化系统，适用于具有较高安全要求的工厂。

所有 CPU 装在带集成的控制单元和显示单元的塑料外壳中。 相同的单元具有相同的功能。

前面板上有：

• LED指示灯: 
  用于状态和故障指示。
• 波动开关： 
  用于选择运行模式。
• 存储器卡插槽（扩展装载存储器）
• 组合 MPI/DP 端口。
• 内置 PROFIBUS-DP 接口（非 CPU 412-1）。
• 电池插座： 
  用于后备电池的外部供电。

除 CPU 412-1 处理器外，所有 CPU 具有：

• PROFIBUS DP 接口: 
  用于连接分布式 I/O。根据组态的不同，也可用于与 OP 或 PG/PC 的通讯。

CPU 414-3 PN/DP, CPU 416-3 PN/DP 和 CPU 416F-3 PN/DP 也可以连接 PROFINET。 每个模板有一个双口的 PROFINET 接口。

高端 CPU 还具有：

• PROFIBUS DP 接口模板备用插槽： 
  用于链接其他 DP 网络。

此外，CPU 按照其性能进行分级：例如RAM、地址区大小、可装载块的数量以及处理时间。

存储器概念

所有 S7-400 CPU 均具有两种类型的存储器。工作存储器的细分可将性能提高一倍。当一个标准处理器需要访问其 RAM 至少两次时，S7-400 专用处理器可在一个循环周期中同时访问代码存储器和数据存储器。因此，数据总线和代码总线也是独立的。工作存储器的容量取决于从精细分级的 CPU 系列中所选取的适合的 CPU。

对于小型和中等程序，集成式负载内存 (RAM) 就足够了。对于较大的程序，可通过插入内存卡来增加装载内存。插入式闪存卡可用于在不使用电池的情况下进行性存储。

S7-200系列 PLC的存储器空间

S7-200 PLC的存储器空间大致分为三个空间，即程序空间、数据空间和参数空间。

1．程序空间

该空间主要用于存放用户应用程序，程序空间容量在不同的CPU中是不同的。另外CPU中的RAM区与内置EEPROM上都有程序存储器，但它们互为映像，且空间大小一样。

2．数据空间

该空间的主要部分用于存放工作数据称为数据存储器，另外有一部分作寄存器使用称为数据对象。

（1）数据存储器 它包括变量存储器（V），输入信号缓存区（输入映象存储器I），输出信号缓冲区（输出映象存储区Q），内部标志位存储器（M）又称内部辅助继电器，特殊标志位存储器（SM）。除特殊标志位外，其他部分都能以位、字节、和双字的格式自由读取或写入。

变量存储器（V）是保存程序执行过程中控制逻辑操作的中间结果，所有的V存储器都可以存储在存储器区内，其内容可在与EEPROM或编程设备双向传送。

输入映象存储器（I）是以字节为单位的寄存器，它的每一位对应于一个数字量输入结点。在每个扫描周期开始，PLC依次对各个输入结点采样，并把采样结果送入输入映象存储器。PLC在执行用户程序过程中，不再理会输入结点的状态，它所处理的数据为输入映象存储器中的值。

输出映象存储器（Q）是以字节为单位的寄存器，它的每一位对应于一个数字输出量结点。PLC在执行用户程序的过程中，并不把输出信号随时送到输出结点，而是送到输出映象存储器，只有到了每个扫描周期的末尾，才将输出映象寄存器的输出信号几乎同时送到各输出结点。使用映象寄存器优点：①同步地在扫描周期开始采样所有输入点，并在扫描的执行阶段冻结所有输入值；②在程序执行完后再从映象寄存器刷新所有输出点，使被控系统能获得更好稳定性；⑧存取映象寄存器的速度高于存取I/O速度，使程序执行的更快；④I/O点只能以位为单位存取，但映象寄存器则能以位、字节、双字进行存取。因此，映象寄存器提供了更高的灵活性。另外对控制系统中个别I/O点要求实时性较高的情况下，可用直接I/O指令直接存取输入/输出点。

内部标志位（M）又称内部线圈（内部继电器等），它一般以位为单位使用，但也能以字、双字为单位使用。内部标志位容量根据CPU型号不同而不同。

特殊标志位（SM）用来存储系统的状态变量和有关控制信息，特殊标志位分为只读区和可写区，具体划分随CPU不同而不同。

（2）数据对象  数据对象包括定时器、计数器、高速计数器、累加器、模拟量输入/输出。

定时器类似于继电器电路中的时间继电器，但它的精度更高，定时精度分为lms，10ms和100ms三种，根据精度需要由编程者选用。定时器的数量根据CPU型号不同。

计数器的计数脉冲由外部输入，计数脉冲的有效沿是输入脉冲的上升沿或下降沿，计数的方式有累加1和累减1两种方式。计数器的个数同各CPU的定时器个数。

高速计数器与一般计数器不同之处在于，计数脉冲频率更高可达2kHz/7kHz，计数容量大，一般计数器为16位，而高速计数器为32位，一般计数器可读可写，而高速计数器一般只能作读操作。

在S7-200CPU中有4个32位累加器，即AC0～AC3，用它可把参数传给子程序或任何带参数的指令和指令块。此外，PLC在响应外部或内部的中断请求而调用中断程序时，累加器中的数据是不会丢失的，即PLC会将其中的内容压入堆栈。因此，用户在中断程序中仍可使用这些累加器，待中断程序执行完返回时，将自动从堆栈中弹出原先的内容，以恢复中断前累加器的内容。但应注意，不能利用累加器作主程序和中断子程序之间的参数传递。

模拟量输入/输出可实现模拟量的A/D和D/A转换，而PLC所处理的是其中的数字量。

3．参数空间

用于存放有关PLC组态参数的区域，如保护口令、PLC站地址、停电记忆保持区、软件滤波、强制操作的设定信息等，存贮器为EEPROM。

6SN1123-1AA00-0AA2电源模块

Overview

TB30 端子模板

通过 TB30 端子扩展板，可以向控制单元添加数字量输入/数字量输出以及模拟量输入/模拟量输出。

TB30 端子板上有以下接口：

• 数字量输入和数字量输出的供电
• 4 点数字量输入
• 4 点数字量输出
• 2 点模拟量输入
• 2 点模拟量输出

信号电缆屏蔽的屏蔽接口位于控制器上。

TB30 端子板插在控制器的选件 CU320?2 插槽内。

S7-200系列PLC其它常用指令

1.脉冲产生指令EU/ED的应用

EU指令在EU指令前的逻辑运算结果由OFF到ON时就产生一个宽度为一个扫描周期的脉冲，驱动其后面的输出线圈。

2．逻辑堆栈的操作

LPS为进栈操作，LRD为读栈操作，LPP为出栈操作。

   S7-200系列PLC中有一个9层堆栈，用于处理逻辑运算结果，称为逻辑堆栈。

3．NOT、NOP和MEND指令

NOT、NOP及MEND指令的形式及功能如表4-19所示。

表4-19  NOT、NOP及MEND指令的形式及功能

NOT为逻辑结果取反指令，在复杂逻辑结果取反时为用户提供方便。NOP为空操作，对程序没有实质影响。MEND为无条件结束指令，在编程结束时一定要写上该指令，否则会出现编译错误。调试程序时，在程序的适当位置插入MEND指令可以实现程序的分段调试。

4．比较指令

比较指令是将两个操作数按规定的条件作比较，条件成立时，触点就闭合。比较运算符有：=、>=、<=、>、<和<>。

（1）字节比较  字节比较用于比较两个字节型整数值INl和IN2的大小，字节比较是无符号的。比较式可以是LDB、AB或OB后直接加比较运算符构成。如：LDB=、AB<>、OB>=等。

整数INl和IN2的寻址范围：VB、IB、QB、MB、SB、SMB、LB、*VD、*AC、*LD和常数。

指令格式例如： LDB=  VBl0，VBl2

（2）整数比较  整数比较用于比较两个一字长整数值INl和IN2的大小，整数比较是有符号的（整数范围为16#8000和16#7FFF之间）。比较式可以是LDW、AW或OW后直接加比较运算符构成。如：LDW=、AW<>。OW>=等。

整数INl和IN2的寻址范围：VW、IW、QW、MW、SW、SMW、LW、AIW、T、C、AC、*VD、*AC、*LD和常数。

指令格式例如： LDW=  VWl0，VWl2

（3）双字整数比较  双字整数比较用于比较两个双字长整数值INl和IN2的大小，双字整数比较是有符号的(双字整数范围为16#80000000和16#7FFFFFFF之间)。比较式可以是LDD、AD或OD后直接加比较运算符构成。如：LDD=、AD<>、OD>=等。

双字整数INl和IN2的寻址范围：VD、ID、QD、MD、SD、SMD、LD、HC、AC、*VD、*AC、*LD和常数。

指令格式例如： LDD=  VDl0，VDl2

（4）实数比较  实数比较用于比较两个双字长实数值INl和IN2的大小，实数比较是有符号的（负实数范围为-1.175495E-38和-3.402823E+38，正实数范围为+1.175495E-38和+3.402823E+38）。比较式可以是LDR、AR或OR后直接加比较运算符构成。如：LDR=、AR<>、OR>=等。

实数INl和IN2的寻址范围：VD、ID、QD、MD、SD、SMD、LD、AC、*VD、*AC、*LD和常数。

指令格式例如： LDR=  VDl0，VDl2

• SIPLUS ET 200SP 的 SIPLUS CPU 1512SP-1 PN，基于 SIPLUS-S7-1500 CPU 1513-1 PN
• 适用于对程序范围和处理速度具有中等要求的应用，通过 PROFINET IO 和 PROFIBUS DP 进行分布式配置。
• 增强了系统和设备的可用性
• 可用于多 128 个 IO 设备的 PROFINET IO 控制器
• PROFINET I-Device，用于连接作为智能 PROFINET 设备、带 SIMATIC 或第三方 PROFINET I/O 控制器的 CPU
• 适用于 4 个控制器的 PROFINET 共享智能设备
• PROFINET IO IRT 接口，带 3 个端口集成交换机
• 经由 PROFINET 的等时同步模式
• 具有多种通信功能：
  PG/OP 通信、PROFINET IO 通信、开放式 IE 通信（TCP、ISO-on-TCP 和 UDP）、Web 器和 S7 通信（带可装载的函数块）
• 可选 PROFIBUS DP 主站，用于 125 个 PROFIBUS DP 从站（带 CM DP 模块 6ES7545-5DA00-0AB0）
• 可选 PROFIBUS DP 从站（带 CM DP 模块 6ES7545-5DA00-0AB0）
• 组态控制（选项处理）
• 集成运动控制功能，可以控制速度控制轴和定位轴，支持外部编码器

注

CPU 的运行需要使用 SIMATIC 存储卡。
总线适配器不在供货范围内，需要单独订购。

SIPLUS extreme 产品基于 SIMATIC 标准产品。此处的内容摘自相关的标准产品。增加了与 SIPLUS extreme 相关的信息。

• SIMATIC ET 200SP 的 CPU 1510SP F-1 PN，基于 S7-1500 CPU 1511F-1 PN
• 用于采用 ET 200SP 的高性能控制解决方案
• 提高了系统和设备的可用性
• 支持集中式和分布式配置中的 PROFIsafe
• PROFINET IO 控制器可连接多 64 个 IO 设备
• PROFINET I-Device，用于连接作为智能 PROFINET 设备的 CPU（带 SIMATIC 或第三方 PROFINET I/O 控制器）
• 适用于 4 个控制器的 PROFINET 共享智能设备
• PROFINET IO IRT 接口，带集成 3 端口交换机
• PROFIBUS 上的等时同步模式
• 具有多种通信方式：
  PG/OP 通信、PROFINET IO 通信、开放式 IE 通信（TCP、ISO-on-TCP 和 UDP）、Web 器和 S7 通信（带可装载的函数块）
• 可选 PROFIBUS 主站，用于 125 个 PROFIBUS DP 从站（带 CM DP 模块 6ES7545-5DA00-0AB0）
• 组态控制（选项处理）
• 集成运动控制功能，用于控制速度控制轴和定位轴，支持外部编码器