西门子6ES7318-3EL01-0AB0型号介绍

西门子6ES7318-3EL01-0AB0型号介绍

随着bbbbbbs PC应用场合的改变和商业运用的普及，电气工程师在设计思路、控制、通信和监控上越发具有创新性，有助于提升产品的性能。Beckhoff 开放式的产品，使用户将来能在办公室里控制设备操作，也能通过各种开放式接口使设备融入网络之中。 

Koch 公司是一家专业生产包装机械的厂家，他们的中大型机械，由于使用了Beckhoff的控制软件TwinCAT，性能价格比大大提高。该公司主设计师Heinrich Hornberger说：“它完成了PLC和NC（数控）的复杂任务。这就是PC－based――通过一个PC处理器来负责管理工作，代替了传统控制用的高昂控制设备。”Hornberger举了一个令他非常满意的应用实例，他说：“我们为VARTA公司制造的一条流水线，是信号灯/手电筒和电池的发泡生产线，所有的控制由Beckhoff 的TwinCAT来完成。”

包装机械的生产商德国Koch公司使用Beckhoff （德国倍福）公司基于PC的自动化解决方案，采用了Beckhoff 的软PLC/NC TwinCAT软件，总线端子，快速总线光导总线及工业PC用于VARTA的手电筒包装线。 

从15个以上PLC方案到一个标准化的解决方案 
一套机床控制系统可以由Beckhoff公司的4部分单元来完成：TwinCAT（PLC和NC）软件、工业PC、Beckhoff的Lightbus和总线智能端子。其核心是实时的TwinCAT软件。Heinrich Hornberger先生指出了与传统的PLC相比，TwinCAT的主要优点：“以前每个客户订购我们产品，都提出一些自己的要求，总希望在他们的机器上有一些特殊的控制功能。在这种情况下，我们首先要知道他们需要什么，然后才能着手设计。尤其一些海外客户，希望所购买的机器能符合自己的国情。于是就导致这样一个事实，即使对同样型号的设备，Koch公司的开发者也需要针对不同要求进行（硬件和软件），工作量非常大，所以迫切需要一个强大的解决方案，必须使原来需要15台以上PLC来解决的问题简单化，这是着手设计时要牢记的一点。正是在这种情况下，工程师决定采用Beckhoff的基于PC的解决方案。随着bbbbbbs NT操作系统的功能不断强大和高性能的奔腾处理器的问世，如今Koch公司已采用软PLC/NC来代替传统的PLC硬件和NC硬件。机床的多轴控制均由TwinCAT来完成，能针对包装机械的工艺，精确定位。”

调试时间大大缩短 
以上并不是Beckhoff TwinCAT软件功能特点的全部，同时也简化了Koch公司机床设备的设计和观念。“即使知道了怎样编程，也不能老是重新来过，”Heinrich Hornberger说，“我们在机床设备控制系统的设计方面尽可能地持续按照同一个方式进行。尽管我们有了一个标准化、可长时间使用的操作平台（该平台至少允许我们设计一个标准的接口），但是将来的控制技术总是在变化的。”

“由于有了TwinCAT，我们可以在原来的编程模块上针对新机型进行修改。通过这个方式，我们可以节约大量的人力物力。”

正因为有那么一些优点，Koch公司选用了Beckhoff的制方案，这样工程师就没必要经常针对不同的PLC反复编程。现场信号通过分散的总线智能端子和Beckhoff的Lightbus传给IPC，TwinCAT实时地把控制命令传给执行器。

尽管，bbbbbbs NT本身不是一个实时的操作系统，在这种情况下，bbbbbbs操作系统内核不受影响。 在操作系统和控制软件之间，TwinCAT的实时是通过一个集成的调度程序来区分计算时间的。
人机界面通过Beckhoff 的控制面板实现，这个面板是安装于远离控制PC65米处。

*扩展卡，实现bbbbbbs实时
Beckhoff 控制软件也可以让机器与外界进行通讯，实现远程维护，当然Koch公司的包装机械也不例外。制造商可以通过ISDN或Modem为客户提供服务，只要使用Symatec远程控制软件就可以进行。另一个非常有意义的特点是，通过以太网卡，就可以融入公司网络。工程师可以坐在办公室里对机器进行控制和访问。机器的故障和操作信息以报表的形式传到工控机，然后以Excel电子表格的形式连接和计算。吸引Koch公司工程师的另外一个优点是，TwinCAT的编程方式是基于IEC61131-3的标准。

这样就保证了较起码的标准和工业控制的兼容性。用TwinCAT软件完成一个工程的编程工作，所有的编程语言都可以使用。Hornberger先生也承认，与传统的PLC编程方式相比，在bbbbbbs系统下进行编程和技术支持使成本有所提高，但是，bbbbbbs系统的广泛应用以及那些业已存在的技术和诀窍有利于发展微软系统技术。

Koch公司的操作单元也在很大程度上得到简化：在监控器上，只需图形接口，就能完成彻底的可视化监控。一台机器的画面，通过独立的站，可以直接显示。Karl Saile工程师在Koch公司负责技术文件工作。他说，在操作人员面前有一张机器的图片，以前需要在纸上寻找的所有东西，如今在屏幕上一目了然。系统以文本形式报告故障信息，并很快以图片的形式显示故障点。操作工可直接在屏幕上选择较重要的安装工位和阀门岛，根据图形提供的信息，快速确定故障点，用手指在触摸屏上控制单个的阀门。

对操作指令的介绍被编译成一个多媒体文件，操作人员可以在监控器上直接调用完整的（PDF格式）操作手册。

一些外购的外围设备，如标签机和打印机，可用标准接口连接。Hornberger先生表示，这样做，操作起来也相当。“如采用传统的PLC写入这个打印接口非常耗时间，较多可持续两个星期。”

当然，工厂规模越大，上面提到的简单化方案越能显示它在节约成本方面的重要性，因为它可以取代更多的硬件PLC和硬件NC。不过目前制还不能对很小的机器提供廉价的方案，Hornberger 说：“在这种的情况下，我们希望使用bbbbbbs CE或内嵌式NT系统。”

在主设计中，也利用了TwinCAT 的NC功能，从而大大减少了在传统NC硬件上的投入。Hornberger 先生回忆道：“以前采用传统的PLC硬件时，需加上昂贵的智能控制器去完成对机器轴的控制。”该控制器通过总线连接从PLC那里接收命令。现在，采用TwinCAT后，只需简单的控制器就足够了，控制器从PC获取指令。在VARTA工厂案例（有8个轴）中节约了大量资金，也没有必要用专门的总线作并行。

在全神贯注进行主设计时，Hornberger 先生描述了多任务的优点：“我们为每一个控制步骤定义一个任务的响应时间，比如1、10或者100毫秒。”

机器和外围设备的全套软件被安装在Beckhoff的箱式系列工控机中，工控机则直接安装在靠近机器的地方。平滑流畅的控制面板装着人们熟悉的bbbbbbs界面，被安装在可旋转的支架上。

Koch 公司非常信赖Beckhoff的技术。Lightbus（光导总线）是以光纤为介质的一种现场总线，总线端子则是作为I/O的接口。Hornberger先生如是说：“以前我们必须用导线把PLC和NC控制信号并行连接到轴上，而现在采用了Beckhoff的总线端子后，我们可以把光导总线站点放在设备的任何一个地方，传递各种信号。”Koch公司采用总线端子的目的主要是连接分散的信号。一般的总线生产厂家，一个站只有8点，16点或者32点的端子模块，所以不够灵活。而Beckhoff总线端子安装在导轨上，根据具体工艺需要和信号类型自由组合。因此，外围设备对实现标准化生产也起到了相当的作用。支持多种现场总线的Beckhoff 耦合器通过总线把信号传到PC机里。
使用Beckhoff总线端子保了Koch包装机内部大间隔尺度分布式安装简单且灵活的布线。

独立的总线端子使接线非常灵活方便
实际应用中，总线端子有方便接线的优点，它可以在现场设备和机器上直接接线。需要时，只需插入一块总线端子，与控制器的数据交换就很地建立起来了。Heinrich Hornberger 说道：“如果在一条生产线上运行不同协议的总线，比如要和另一台机器建立通信，只要加上一个匹配的总线耦合器，整个工厂就运行起来了。”但Koch公司没必要采用不同的总线连接方式。无论用什么信号、模拟量、数字量或者PC机上的RS232接口，都能连接到各种开放式总线系统中。而以前要达到这样的目的，必须通过电缆作并行连接。

据Hornberger称，Beckhoff的Lightbus 通过光纤传输数据，相对于标准的通信电缆还有其他的优点。他这样解释道：“平时，采用铜质电缆传输，我们有时必须要考虑干扰问题，例如屏蔽线的正确安放，插头的松动等，而Lightbus就没有这个问题。”

光纤电缆很铺设，而且不会有什么问题。一旦安置好，Lightbus就开始工作。Hornberger强调了Beckhoff解决方案的优点：“对故障的搜索经常只是在电缆传输的开始阶段。”此外，对于Lightbus来说，在现场作长距离的信号传输也不成问题。

生产线上各个工位之间的不同电位将不会产生不良影响，当分布式站点之间的距离为300米以内时，所有的信号可以每秒2.5兆的速率传输，并且可满足用户所期望的强度。

手电筒及其电池包装在一个相连的透明塑料泡罩内，包括说明书。

透明塑料泡罩的下半部分及上半部分从一个制盒机分离。产品被人工地安放于塑料泡罩的下半部分。然后机械将上半部分盖上。通过高频将上下两部分焊接，并打上外形。经过较后的Euro穿孔，产品即可上架或出售。

机械工程公司仅仅在几个月内完成了这个复杂工厂的工程。需要强调的还有，通过扩展此项目，这里可以完成10种不同类型手电筒的包装。

西门子S7系列PLC体积小、速度快、标准化，具有网络通信能力，功能更强，可靠性更高。S7系列PLC产品可分为微型PLC（如S7-200），小规模性能要求的PLC（如S7-300）和中、高性能要求的PLC（如S7-400）等。

1．SIMATIC S7-200 PLC

S7-200 PLC是超小型化的PLC，它适用于各行各业，各种场合中的自动检测、监测及控制等。S7-200 PLC的强大功能使其无论单机运行，或连成网络都能实现复杂的控制功能。

    S7-200PLC可提供4个不同的基本型号与8种CPU可供选择使用。

2．SIMATIC S7-300 PLC

    S7-300是模块化小型PLC系统，能满足中等性能要求的应用。各种单独的模块之间可进行广泛组合构成不同要求的系统。与S7-200 PLC比较，S7-300 PLC采用模块化结构，具备高速（0.6~0.1μs）的指令运算速度；用浮点数运算比较有效地实现了更为复杂的算术运算；一个带标准用户接口的软件工具方便用户给所有模块进行参数赋值；方便的人机界面服务已经集成在S7-300操作系统内，人机对话的编程要求大大减少。SIMATIC人机界面（HMI）从S7-300中取得数据，S7-300按用户*的刷新速度传送这些数据。S7-300操作系统自动地处理数据的传送；CPU的智能化的诊断系统连续监控系统的功能是否正常、记录错误和特殊系统事件（例如：超时，模块更换，等等）；多级口令保护可以使用户高度、有效地保护其技术机密，防止未经允许的复制和修改；S7-300 PLC设有操作方式选择开关，操作方式选择开关像钥匙一样可以拔出，当钥匙拔出时，就不能改变操作方式，这样就可防止非法删除或改写用户程序。具备强大的通信功能，S7-300 PLC可通过编程软件Step 7的用户界面提供通信组态功能，这使得组态非常、简单。S7-300 PLC具有多种不同的通信接口，并通过多种通信处理器来连接AS-I总线接口和工业以太网总线系统；串行通信处理器用来连接点到点的通信系统；多点接口（MPI）集成在CPU中，用于同时连接编程器、PC机、人机界面系统及其他SIMATIC S7/M7/C7等自动化控制系统。

3． SIMATIC S7-400 PLC

S7-400 PLC是用于中、高档性能范围的可编程序控制器。

S7-400 PLC采用模块化无风扇的设计，可靠耐用，同时可以选用多种级别（功能逐步升级）的CPU，并配有多种通用功能的模板，这使用户能根据需要组合成不同的**系统。当控制系统规模扩大或升级时，只要适当地增加一些模板，便能使系统升级和充分满足需要。

4． 工业通讯网络

通讯网络是自动化系统的支柱，西门子的全集成自动化网络平台提供了从控制级一直到现场级的一致性通讯，“SIMATIC NET”是全部网络系列产品的总称，他们能在工厂的不同部门，在不同的自动化站以及通过不同的级交换数据，有标准的接口并且相互之间完全兼容。

5． 人机界面（HMI）硬件

HMI硬件配合PLC使用，为用户提供数据、图形和事件显示，主要有文本操作面板TD200（可显示中文），OP3，OP7，OP17等；图形/文本操作面板OP27，OP37等，触摸屏操作面板TP7，TP27/37，TP170A/B等；SIMATIC面板型PC670等。个人计算机（PC）也可以作为HMI硬件使用。HMI硬件需要经过软件（如ProTool）组态才能配合PLC使用。

6． SIMATIC S7工业软件

西门子的工业软件分为三个不同的种类：

（1）编程和工程工具  编程和工程工具包括所有基于PLC或PC用于编程、组态、模拟和维护等控制所需的工具。STEP 7标准软件包SIMATIC S7是用于S7-300/400，C7 PLC和SIMATIC Wi基于制产品的组态编程和维护的项目管理工具，STEP 7-Micro/WIN是在bbbbbbs平台上运行的S7-200系列PLC的编程、在线软件。

（2）基于PC的控制软件  基于PC的控制系统Wi允许使用个人计算机作为可编程序控制器（PLC）运行用户的程序，运行在安装了bbbbbbs NT4.0操作系统的SIMATIC工控机或其它任何商用机。Wi提供两种PLC，一种是软件PLC，在用户计算机上作为视窗任务运行。另一种是插槽PLC（在用户计算机上安装一个PC卡），它具有硬件PLC的全部功能。Wi与SIMATIC S7系列处理器完全兼容，其编程采用统一的SIMATIC编程工具（如STEP 7），编制的程序既可运行在Wi上，也可运行在S7系列处理器上。

（3）人机界面软件  人机界面软件为用户自动化项目提供人机界面（HMI）或SA系统，支持大范围的平台。人机界面软件有两种，一种是应用于机器级的ProTool，另一种是应用于监控级的WinCC。

ProTool适用于大部分HMI硬件的组态，从操作员面板到标准PC都可以用集成在STEP 7中的ProTool有效地完成组态。ProTool/lite用于文本显示的组态，如：OP3，OP7，OP17，TD17等。ProTool/Pro用于组态标准PC和所有西门子HMI产品，ProTool/Pro不只是组态软件，其运行版也用于bbbbbbs平台的监控系统。

WinCC是一个真正开放的，面向监控与数据采集的SA（Supervisory Control and Data Acquisition）软件，可在任何标准PC上运行。WinCC操作简单，系统可靠性高，与STEP 7功能集成，可直接进入PLC的硬件故障系统，节省项目开发时间。它的设计适合于广泛的应用，可以连接到已存在的自动化环境中，有大量的通信接口和全面的过程信息和数据处理能力，其较新的WinCC5.0支持在办公室通过IE浏览器动态监控生产过程。

新的可编程自动化控制器（PAC）硬件系统就是这样一个非凡的PLC系统扩展方案，能够很整合到PLC系统中，给工业机器增加多的先进功能，并提高机器的效率。

3.OPC Connectivity PAC还可以作为OPC客户端或者服务器，并通过OPC标签来收发网络数据到PLC或其它PAC上。OPC标准提供了一套标准的流程，让不同厂商的自动化系统之间可以很实现连接。

处理过的数据会以不到20毫秒的间隔在通过以太网互连的Compact RIO系统之间传输。Compact RIO测量值的获得、处理和传输速度都很快，因此，将精确厚度测量值键入到PLC控制系统的过程丝毫不会降低整个系统的速度。

I2S公司可以很通过基于LAN的Compact RIO系统和10/100Mbps以太网接口将系统连接到形成网络的AllenBradleyPLC，并利用一个标准的TCP/IP协议将之连接到人机接口（HMI）系统。轧制机器中的所有仪器都通过以太网实现了连接，因此不需要在一个电器噪音嘈杂的环境下长距离地传输模拟信号了。

3、总结

在未来的几年，PLC仍将继续用于自动化领域。但是随着机器的改进和自动化效率提高的需求，PLC不再是**的。PAC技术给PLC提供了很好的补充，增加了传统PLC所不能提供的高性能I/O和处理。将PAC连接到现有PLC架构中的方法有很多，所以工程师们将能够很地改进其基于PLC的自动化系统新的可编程自动化控制器（PAC）硬件系统就是这样一个非凡的PLC系统扩展方案，能够很整合到PLC系统中，给工业机器增加多的先进功能，并提高机器的效率。

因此，他们需要这么一个系统，这个系统能够从伽马传感器中获取模拟信号并进行处理以计算精确的厚度测量值，并能将这个厚度测量插入到PLC控制系统中。但是，所用的PLC不适合高性能处理和高速模拟I/O。

第二步：如果现有设备无法奏效，就试试其它方法

在认识到PLC无法提供连接伽马测量传感器所需的I/O和处理后，I2S转向了PAC技术。它选择了国家仪器的CompactRIOPAC，以提供改进轧制机器质量所必须的附加功能。CompactRI/O是一个可重置嵌入式系统，既结合了传统PLC的优点和可靠性，又能提供更多高级I/O和处理。国家仪器的所有PAC都可以通过其LabVIEW图形编程工具来编程，因此可以很进行编程和配置。

第三步：添加高级I/O

CompactRIO有一个嵌入式现场可编程门阵列（FPGA）芯片和实时处理器，可通过内置的LabVIEW功能块来编程。另外，它还拥有超过30个模拟和数字I/O模块，具有内置信号调节（反锯齿、隔离、ADC、DAC等）、高速计时（模拟I/O速度达到800kHz，数字I/O速度达到30MHz）和高分辨率（24bADC），可与任何工业传感器或者触发器连接。



图1 Compact RI/O架构

I2S使用Compact RIO模拟输入模块来连接伽马级厚度传感器，以提供精确测量所需的高速计时和分辨率。由于每个I/O模块都是直接和FPGA相连的，工程师们于是能使用LabVIEWFPGA来轻松自定义CompactRIO的模拟I/O速率。

第四步：添加高级处理

从伽马传感器获得模拟数据之后，Compact RIO使用内置的NILabVIEW实时浮点功能块来在实时处理器中对数据进行处理，并将之转化成精确的厚度测量。

Lab VIEW的实时功能块对数据进行确定的高级对数处理（如下面的等式1和等式2所示），以进行计算厚度测量值。由于LabVIEWReal-Time具有内置计算和分析功能，PAC能够很进行这一操作。

等式1：logI=（logI0）y/μ=（y/μ）logI0

等式2：y/μ=logI0/logI=log（I0-I）

新的可编程自动化控制器（PAC）硬件系统就是这样一个非凡的PLC系统扩展方案，能够很整合到PLC系统中，给工业机器增加多的先进功能，并提高机器的效率。

在过去的几十年里，可编程逻辑控制器（PLC）一直被广泛用于自动化领域，而在可预知的未来，PLC仍将长盛不衰。面向离散控制而设计PLC的实际上已经成为工业领域一个具有伟大意义的统治性工具。

然而，随着工业用机器和工厂系统的复杂性的增加，PLC已经很难而且也不可能成为完成所有自动化任务。现在的自动化系统已经追赶了PLC的功能范围，使得工业机器领域的工程师必须在自动化系统中集成更多更先进的I/O、处理和控制策略。

新的可编程自动化控制器（PAC）硬件系统就是这样一个非凡的PLC系统扩展方案，能够很整合到PLC系统中，给工业机器增加多的先进功能，并提高机器的效率。

1、需求：如何提高机器的效率

如何提高机器的效率？让我们来看看Integrated Industrial Systems（I2S）公司是如何做的。I2S在现有的PLC系统上实现极大的改进。这是一个来自美国的私有原始设备制造商，数十年以来一直致力于制造*的轧制设备和控制系统，用于全世界的铁和非铁金属行业。在这一领域的雄厚技术底蕴使之成为的**。

I2S也曾经长期使用PLC来自动化和控制生产的轧制设备。较近几年他们一直在试图更新轧制设备控制系统，以提率和质量。为了提高炼钢设备的效率和质量，他们主要对其伽马测量系统进行了改进，以便能更准确地控制金属厚度。

数年以来，伽马测量系统一直是I2S产品家族中的标志性产品，现在依然广受欢迎，但是系统的很多硬件和软件特征都已经过时了。为了更新该系统并改进其机器，I2S公司需要一个具有更精确的模拟输入分辨率的方案，以连接伽马测量传感器和高级信号处理，从而从传感器中获取模拟信号，实现高度精确的厚度测量，再由PLC使用在轧制机器的控制系统中。

2、伽马测量仪技术

伽马测量仪使用“镅”作为恒发射源，这一发射源位于“C”框架组装的较低部。结构的顶部是一个和前置放大器。当通过发射源和之间的间隔时，金属带会吸收一部分辐射，吸收量视其厚度和密度而定。剩下的一部分就由进行测量，并转化成带厚度测量。

实施改造第一步：现有设备试验

为了节省时间和费用，I2S先试着在已有的PLC系统中进行高级模拟测量和处理。但是，PLC的模拟I/O和信号处理无法达到所需的精确度。I2S公司要确保运行于PLC中的控制系统不会因为额外I/O和处理的增加而减少