Разработка архитектуры системы управления 2 страница

Основные технические характеристики процессора СР 343-2

Характеристика	Значение
Профиль ведущего устройства	AS-Interface V3.0
Цикл опроса шины	5мс на 31 дискретное ведомое устройство 10мс на 62 дискретных ведомых устройства
Объем данных в адресном пространстве ввода-вывода S7-300: · для ввода · для вывода	16 байт 16 байт
Напряжение питания	=5В от шины контроллера
Потребляемый ток, не более: · от внутренней шины контроллера · от цепей питания AS интерфейса	200 мА (при =5В) 100 мА
Условия эксплуатации: · диапазон рабочих температур · диапазон температур хранения и транспортировки · относительная влажность	0…60 °C -40…+70 °C до 95% при 25 °C, без конденсата
Габариты	40х125х120 мм
Масса	0.19 кг

Для произведения подключения рассматриваемого контроллера к сети Industrial Ethernet используем коммуникационный процессор СР 343-1.

СР 343-1 позволяет поддерживать связь между S7-300/C7/SINUMERIK 840D и:

· приборами и системами человеко-машинного интерфейса;

Основные технические характеристики коммуникационного процессора СР 343-1 приведены в таблице 10.

Основные технические характеристики процессора СР 343-1

Характеристика	Значение
Скорость обмена данными	10/100 Мбит/с
Количество подключаемых приборов, не более
Область отображения ввода/вывода, не более	1024 байт/1024 байт
Объем полезных данных ввода/вывода на один прибор	240 байт/240 байт
Область отображения ввода/вывода, не более	512 байт/512 байт
Напряжение питания: · номинальное значение · допустимый диапазон отклонений	=24 В =20.4 … 28.8 В
Потребляемый ток: · от внутренней шины контроллера, не более · от источника питания =24 В, не более	200мА 200мА
Потребляемая мощность	5.8 Вт
Условия эксплуатации: · диапазон рабочих температур · диапазон температур хранения и транспортировки · относительная влажность	0…60 °C -40…+70 °C до 95% при 25 °C, без конденсата
Габариты	40х125х120 мм
Масса	0.22 кг

Для обеспечения верхних уровней управления оперативной информацией о состоянии как всего комплекса, так и каждой единицы технологического оборудования в отдельности, необходимо применение устройств съема информации. Существует огромное количество различных датчиков позволяющих получать всю необходимую информацию о состоянии системы. Выбор используемых датчиков во многом зависит от решаемых задач.

Ультразвуковые датчики Simatic PXS могут использоваться в качестве бесконтактных датчиков приближения во многих областях техники автоматизации. Приборы могут применяться везде, где необходимо проводить определение расстояний в воздушной среде, так как они в состоянии не только обнаруживать объекты, но определять и измерять абсолютную величину расстояния между ними и датчиком. При обработке результатов измерения осуществляется компенсация изменений условий среды (например, колебаний температуры).

Регистрируемые объекты могут быть твёрдыми, жидкими, зернистыми или порошкообразными. Материал может быть прозрачным, или окрашенным, с полированной или матовой поверхностью.

Ультразвуковые датчики Simatic PXS работают только в воздушной среде и могут фиксировать все объекты, отражающие ультразвук. Приборы циклически излучают ультразвуковые импульсы. При отражении импульсов от объекта возникающий эхо-сигнал принимается и преобразуется в электрический сигнал. Прием поступающего эхо-сигнала зависит от его интенсивности, которая, в свою очередь, определяется расстоянием от объекта до датчика.

Датчики производятся в нескольких исполнениях:

· в стандартном исполнении приборы имеют жестко встроенный датчик;

в исполнении с отдельным датчиком: ультразвуковой датчик помещается в цилиндрическом корпусе, отдельно от остальной электроники. Благодаря очень малым размерам датчик прекрасно подходит для установки в тесных местах.

в исполнении с поворотным датчиком: ультразвуковой датчик крепится шарниром к цилиндрическому корпусу с электроникой обработки сигнала. Шарнир обеспечивает поворот вокруг оси цилиндра и примерно на 100° перпендикулярно ей.

Основные технические характеристики датчика представлены в таблице 11.

Основные технические характеристики датчиков PXS

Характеристика	Значение
Диапазон измерения	6-600 см.
Рабочее напряжение	12…30 В
Частота ультразвука	80…400 кГц
Частота переключения	1…8 Гц
Время ответа	80…400 мс
Задержка включения	280 мс
Индикатор переключения	Yellow LED
Степень защиты	IP65
Окружающая температура: · при работе · при хранении и транспортировке	-25…+70 ^оС -40…+85 ^оС

Данные датчики могут быть использованы в проектируемом ГАК в станках для контроля наличия детали в патроне станка, контроля состояния патрона станка, контроля наличия заготовки в схвате робота.

Датчики приближения - самое простое и эффективное решение для бесконтактного определения металлических объектов. При приближении материала с хорошей электрической и/или магнитной проводимостью поле ослабляется. Оба состояния (поле ослаблено или не ослаблено) анализируются в датчике с изменением сигнала на выходе.

Индуктивные датчики является бесконтактным датчиком положения, не содержащим деталей, подверженных механическому износу, и практически нечувствительным к влиянию окружающей среды.

Индуктивные датчики обеспечивают экономичный метод обнаружения металлических объектов. Их используют там, где металл играет большую роль, например:

o в целлюлозно-бумажной и полиграфической промышленности и т.д.

Основные технические характеристики датчиков PXI

Характеристика	Значение
Диапазон измерения	0,6…75 мм.
Максимальная длина кабеля: · АС · DC	100 м 300 м
AS-interface	есть
Стойкость к ударам	30*g, длительность 18 мс
Стойкость к вибрациям	55 Гц, амплитуда 1мм
Степень защиты	IP65…69
Окружающая температура: · при работе · при хранении и транспортировке	-25…+80 ^оС -40…+85 ^оС

· Видеодатчик технического зрения SIMATIC VS 120

o Позиционирование для задач „найти и поднять“

При обработке на токарных станках возникает необходимость контроля положения заготовки в патроне станка. Для реализации данного контроля предлагается использовать видеодатчики технического зрения.

Основные технические характеристики видеодатчик SIMATIC VS 120 представлены таблице 12.

Основные технические характеристики видеодатчика SIMATIC VS 120

Характеристика	Значение
Головка датчика
Чувствительный элемент	Микросхема ПЗС, 640х480 точек
Передача видео изображений	58 изображений в секунду в цифровом формате
Корпус	Черный алюминиевый анодированный, 42х42х100 мм
Масса	0.24 кг
Диапазон рабочих температур	0 … +50 °C
Допустимые вибрационные нагрузки	1 g/ 60 … 500 Гц
Блок обработки изображений
Органы оперативного управления	4-строчный дисплей и 6 кнопок
Программирование	В режиме “обучения” с автоматическим расчетом граничных значений
Максимальное количество эталонных объектов	15, по 2 привилегированных положения для каждого. Выбор эталонного объекта с помощью кнопок оператора или через дискретные входы или через PROFIBUS-DP.
Запуск анализа видео изображения	Внешний, через дискретный вход/ через PROFIBUS-DP
Габариты корпуса	170х140х76 мм
Диапазон рабочих температур	0 … +50 °C
Допустимые вибрационные нагрузки	1 g/ 60 … 500 Гц

Данный ГАК по периметру имеет сетчатое ограждение. Для того, чтобы предотвратить появление людей в рабочей зоне роботов, на ворота, а также дверь кабины оператора установлены концевые выключатели, при размыкании которых происходит автоматический останов работы комплекса.

Основные технические характеристики концевых выключателей 3SF3

Характеристика	Значение
Интерфейс	AS
Сигнал низкого уровня	Контакт разомкнут
Сигнал высокого уровня	Контакт замкнут
Отображение состояния	Зеленый/красный двойной LED индикатор
Механический ресурс	15*10⁶ рабочих цмклов
Степень защиты	IP65
Окружающая температура: · при работе · при хранении и транспортировке	-25…+60 ^оС -40…+80 ^оС

Световой барьер FS 200 со встроенным ASi интерфейсом

Световые барьеры SIMATIC FS200 – это бесконтактные устройства защиты от доступа для опасных зон, опасных помещений и пунктов входа. Они являются оптимальным решением во многих случаях, особенно когда необходимо обеспечить безопасность, но это не должно иметь разрушительного действия или уменьшать производительность.

Всякий раз, когда световой луч прерывается, выдается сигнал для надежного прерывания опасного перемещения механизма, агрегата или иного механизированного оборудования.

Вся система состоит, по крайней мере, из одного фотореле, реагирующего на прерывание светового луча объектом, с отдельно расположенными передатчиком и приемником.

Световой барьер 3RG78 23 работает в качестве бесконтактного защитного устройства только вместе с анализатором сигналов 3RG78 25 или 3RG78 47. Световой барьер 3RG78 24 (категория 4) может также эксплуатироваться с анализаторами сигналов 3RG78 47.

Основные технические характеристики светового барьера

Тип	3RG78 23	3RG78 24
Категория в соответствии с EN 954-1	Категория 2(с отдельным анализатором сигнала)	Категория 4(возможна работа без анализатора сигнала)
Рабочее напряжение	24 V DC	24 V DC
Рабочий диапазон	0... 120 м	0... 60 м
Типовой предельный диапазон	0... 150 м	–
Вид света	Инфракрасный (880 нм)
Угол открытие	макс. 4°	макс. 2°
Размер объекта (диаметр)	мин. 9 мм	мин. 13 мм
Рабочая температура	–25... +60 °C
Cтепень защиты	IP65
Подвод питания	Цилиндрический соединитель M12	Резьбой кабель сальник типа

В качестве альтернативы использования световой завесы могут использоваться лазерные сканеры SIMATIC FS600. Лазерный сканер работает на принципе измерения времени распространения импульса. При излучении чрезвычайно коротких импульсов света появляется разность во времени между передаваемым и принимаемым световым импульсом. Время распространения светового импульса непосредственно определяет расстояние до цели.

Рабочий диапазон сканера (190°) делится на угловые сегменты по 0,36°. В рабочем поле 190° и на расстоянии до 4,0 м (до 15 м в приложениях, не связанных с обеспечением безопасности), лазерный сканер надежно обнаруживает любой объект и любое лицо. И он работает так просто: датчик расстояния излучает световые импульсы через регулярные интервалы. Если они натыкаются на препятствие, то датчик принимает отраженный свет и анализирует его. Если результат оценивается как наличие объекта в предопределенной области, подлежащей защите, то запускается функция останова.

С максимум четырьмя программируемыми парами защитных полей, которые могут быть выбраны во время работы, лазерные сканеры могут быть оптимально адаптированы к любому приложению – на станках, промышленных роботах, конвейерных системах или транспортных средствах.

Различные варианты поддерживают оптимальное встраивание в систему автоматизации: или традиционно, в цепи аварийной защиты, через PROFIBUS или через AS-Interface.

o горизонтальная защита опасной зоны с несколькими зонами, подлежащими защите;

o контроль маршрута для транспортных систем без водителя;

o защита от столкновения для движущихся объектов;

o проектирование контроля объектов (защита механизмов и людей);

o измерения, не связанные с обеспечением безопасности, или задачи распознавания (например, определение расстояния, положения или распознавание контура).

Технические характеристики лазерного сканера представлены в таблице 16.

Основные технические характеристики светового барьера

Характеристика	Значение
Защитная зона
Расстояние обнаружения	0... 4 м
Коэффициент яркости	Мин. 1.8 %
Время реакции: · двойной анализ (2 цикла) · настраиваемое до 16 циклов	85 мс 645 мс
Количество	4 (выбирается через коммутируемые входы)
Выход	Надежное подключение AS-Interface
Запуск	Тестирование запуска и блокирование запуска могут быть установлены раздельно
Повторный пуск	160 мс... 10 с (настраиваемый или в ручную)
Зона предупреждения
Расстояние обнаружения	0... 15 м
Коэффициент яркости	Мин. 20 %
Размер объекта	150 × 150 мм
Время реакции: · двойной анализ (2 цикла) · настраиваемое до 16 циклов	85 мс 645 мс
Количество зон предупреждения	4 (выбирается через коммутируемые входы)
Выход	Подключение AS-Interface
Измерение контура
Расстояние обнаружения	0... 50 м
Коэффициент яркости	Мин. 20 %
Выход	Последовательный интерфейс RS 232 через инфракрасный интерфейс
Радиальное разрешение	5 мм
Разрешение по плоскости	0.36°
Напряжение питания
Через сеть AS-Interface	29.5... 31.6 В (в соответствии с техническими характеристиками AS-Interface)
Через дополнительное питание AS-Interface	до 30 В постоянного тока
Через внешний источник питания	24 В постоянного тока (+/-20 %)
Защита от сверхтоков	Предохранитель на 1,25 A со средней или малой скоростью срабатывания
Питающий ток	тип. 350 мА
Входы: · повторный пуск/возврат в исходное состояние · переключение между парами зон	подключение командного устройства для режима работы «с блокировкой повторного пуска» и/или возвратов устройства в исходное состояние, контролируется динамически, 24 В пост. тока с оптической развязкой выбор пары зон посредством 4 управляющих кабелей с внутренним контролем (одна пара зон = одна защитная зона и одна зона предупреждения), 24 В пост. тока с оптической развязкой
Программирование адресов AS-Interface	Подключение обычно имеющегося в наличии устройства программирования адресов AS-Interface
Интерфейсы RS232 для каждого инфракрасного интерфейса	Для параметризации устройства и функционирования зон
Оптическая система
Угловая зона	190°
Угловое разрешение	0.36°
Без монтажной системы (относительно задней стенки корпуса)	± 0.18
С монтажной системой (относительно посадочной поверхности	± 0.22
Скорость развертки	25 скан/с или 40 мс/скан
Длина волны	905 нм
Расходимость пучка	2 мрад
Временная развертка	100 с
Степень защиты	IP65
Температура окружающей среды: · эксплуатация · хранение	0... +50°C -20... +60°C
Размеры (Ш x В x Г)	140 × 168 × 165 мм
Передатчик	Инфракрасный лазерный диод (λ = 905 нм)
AS-Interface
Код вода/вывода	0 (четыре бита данных в качестве выходов)
Адрес slave-устройства	Программируется пользователем в диапазоне 1... 31 (состояние при поставке = 0)
Время цикла в соответствии с техническими данными AS-Interface в мс
Профили	Безопасное slave-устройство

Для диагностики состояния силовой части оборудования используются пристраиваемые оптоэлектронные угловые датчики SIMODRIVESensors, регистрирующие участки пути, углы поворота и скорости станков. Используются в комбинации либо с ЧПУ, либо с приводами, например, SIMODRIVE 611, SIMODRIVE POSMO.

Диагностика исправности системы инструмента возможна при помощи интеллектуальных датчиков семейства продуктов MOBY. Например, идентификация инструмента осуществляется посредством MOBY E. При этом мобильные карты памяти (кодовые носители) крепятся на подлежащих идентификации объектах (инструментах), которые содержат все производственные и качественные данные. Считывание и запись требуемых данных производится индуктивно (бесконтактно) с помощью стационарных записывающих/считывающих устройств. Через интерфейс (макс. 1000 м) SLG подсоединяются к разъему, который через ПО MOBY-Стандарт делает возможной простую интеграцию в SIMATIC S7/ SINUMERIK.

· Станции распределенного ввода/вывода ET 200eco

Для организации обмена информацией ультразвуковых датчиков и контроллера, предлагается использовать станции распределенного ввода/вывода ET 200eco.

ET 200eco - это компактная станция распределенного ввода-вывода со степенью защиты IP65/67. Станция отличается простотой монтажа и обслуживания и позволяет создавать экономичные системы распределенного ввода-вывода на ос

нове PROFIBUS-DP.

Компактный корпус и высокая степень защиты позволяют монтировать станцию непосредственно на автоматизируемых машинах без использования шкафов управления. Подключение к PROFIBUS-DP может выполняться через соединительный блок M12, 7/8" или через соединительный блок ECOFAST.

В сети PROFIBUS-DP станция SIMATIC ET 200eco выполняет функции пассивного (ведомого) устройства. Скорость передачи данных может достигать 12 Мбит/с.

AS-интерфейс – это сеть полевого уровня, позволяющая объединять датчики и приводы различного назначения. Питание всех сетевых компонентов и передача данных производится по одному и тому же кабелю.

Существовавшие раньше решения предполагали соединение шкафа управления с датчиками и исполнительными механизмами большим количеством проводов и контрольных кабелей. Для подключения этих цепей требовалось большое количество соединительных компонентов.

Применение AS-интерфейса позволяет соединять все элементы системы одним 2-жильным кабелем и обеспечивать высокую степень защиты системы автоматизации (IP 65/67). Благодаря новым методам соединения (методом прокалывания изоляции) компоненты AS-интерфейса могут подключаться в любой точке соединительного кабеля. Эта концепция обеспечивает высокую гибкость в применении AS-интерфейса, дает высокий экономический эффект. Для питания сетевых устройств должны использоваться только специальные блоки питания, предназначенные для работы в AS-интерфейсе. Обычные стабилизированные блоки питания могут использоваться только для питания вспомогательных цепей сетевых устройств AS интерфейса.

В составе AS-интерфейса могут использоваться:

o ведущие сетевые устройства в виде коммуникационных процессоров программируемых контроллеров SIMATIC S5/S7 и станций распределенного ввода-вывода SIMATIC ET 200M/X, а также модулей связи DP/ASi;

o сетевой кабель AS-интерфейса с оболочкой специальной или круглой формы;

o модули для подключения стандартных датчиков и исполнительных устройств;

o датчики и исполнительные устройства с встроенным интерфейсом ведомых устройств;

o приборы для установки сетевых адресов ведомых устройств AS-интерфейса;

o оборудование и аппаратура других производителей.

Технические характеристики представлены в таблице 17.

Характеристика	Значение
Стандарт	EN 50295.
Топология сети	линейная, звездообразная, древовидная.
Среда передачи	неэкранированный двухжильный кабель (2 x 1,5 мм²) для данных и питания.
Техника подключения	подключение сетевых устройств выполняется методом прокалывания изоляции кабеля AS-интерфейса.
Максимальная длина кабеля	100 м без повторителей/расширителей; 500 м с повторителями/расширителями (параллельное включение репитеров).
Максимальное время цикла	5 мс при максимальной конфигурации сети; 10 мс при применении A/B-технологии.
Максимальное количество станций	31 по спецификации V2.0; 62 по спецификации V2.1 (A/B-технология).
Максимальное количество дискретных датчиков/исполнительных устройств	124 по спецификации V2.0; 248 по спецификации V2.1.
Метод доступа	Циклическое сканирование ведомых устройств, циклическая передача данных в память центрального процессора.
Коррекция ошибок	Идентификация ошибок и повторный запрос со стороны ведущего устройства.

PROFIBUS (PROcess FIeld BUS) – это промышленная сеть полевого уровня, отвечающая требованиям части 2 европейских норм EN 50170 и международного стандарта IEC 61158-3 Ed2. Она используется для организации связи между программируемыми контроллерами и станциями распределенного ввода-вывода ET 200, устройствами человеко-машинного интерфейса и другими приборами полевого уровня. Кроме того, PROFIBUS позволяет выполнять дистанционное программирование и конфигурирование систем автоматизации, их отладку, диагностирование и запуск.

PROFIBUS характеризуется следующими функциями:

· дистанционное обслуживание устройств децентрализованной периферии, а также обмен данными в соответствии с требованиями международных стандартов IEC 61158/EN 50170;

· возможность подключения оборудования любых производителей, поддерживающих стандарты IEC 61158/EN 50170 (PROFIBUS поддерживает свыше 600 крупных производителей электротехнического оборудования и средств автоматизации);

· стандарт сети полевого уровня, определяющий физические характеристики среды передачи данных, методы доступа к данным, протокол передачи данных и требования к интерфейсу пользователя;

· связь полевого уровня: PROFIBUS-DP (Distributed Periphery) – для скоростного обмена данными с приборами полевого уровня; PROFIBUS-PA (Process Automation) – для обмена данными с устройствами, расположенными в зонах повышенной опасности;

· обмен данными: PROFIBUS FMS (Field Bus Message Specification) – для обмена данными между интеллектуальными устройствами автоматизации;

Связь с полевым уровнем (PROFIBUS-DP и PROFIBUS-PA) используется для обслуживания систем распределенного ввода-вывода, а также устройств и систем человеко-машинного интерфейса. Подключение устройств распределенного ввода-вывода к системам автоматизации производится через:

• встроенные интерфейсы центральных процессоров (CPU),

• интерфейсные модули (IM) или съемные интерфейсные субмодули (IF),

Технические характеристики представлены в таблице 17.

Характеристика	Значение
Стандарт	PROFIBUS в соответствии с требованиями IEC 61158/EN 50170, часть 2/
Топология сети: · с электрическими каналами связи · с оптическими каналами связи · с инфракрасными каналами связи	магистральная, древовидная; магистральная, древовидная, кольцевая, звезда; точка-точка, тока-несколько точек.
Типы каналов связи: · электрических · оптических · беспроводных	экранированная витая пара; оптоволоконный кабель (стеклянный, PCF, пластиковый); инфракрасное излучение.
Протяженность сети: · с электрическими каналами связи · с оптическими каналами связи · с инфракрасными каналами связи	до 9.6 км; до 90 км; до 15 м.
Скорость передачи данных	9.6Кбит/с …12Мбит/с
Максимальное количество станций на сеть
Метод доступа	метод эстафетной передачи с поддержкой механизма “ведущий-ведомый” на нижнем уровне
Протоколы	PROFIBUS-DP PG/OP функции связи S7 функции связи функции S5-совместимой связи (SEND/RECEIVE) PROFIBUS-FMS

Для связи контроллера с полевым уровнем в проектируемой системе управления выберем промышленную сеть PROFIBUS-DP. К одной системе автоматизации может подключаться несколько сетей PROFIBUS-DP, что позволяет не только увеличивать количество обслуживаемых устройств распределенного ввода-вывода, но и разделять их на группы по различным технологическим признакам.