Článek ve formátu PDF je možné stáhnout
zde.
Nové kompaktní řídicí jednotky řady Simatic S7-1500 jsou určeny k použití zejména jako hlavní řídicí stanice (master) v inteligentních distribuovaných řídicích systémech a také ke standardizaci řídicích komponent na strojích a technologických zařízeních i jako přímá náhrada úspěšných kompaktních jednotek předchozí řady PLC Simatic S7-300 typů 313C a 314C.
Společnost Siemens rozšiřuje nabídku pokročilých řídicích jednotek Simatic S7-1500 o dva nové typy označené S7-1511C a S7-1512C. Písmeno „C“ (Compact) v jejich názvu znamená, že v sobě v jednom pouzdru kombinují procesorovou jednotku (CPU) typu 1511C-1 PN, popř. 1512C-1 PN, včetně čelního displeje, signálové I/O, síťové komunikační rozhraní a vestavěné často používané technologické funkce. Výsledkem jsou velmi prostorově kompaktní řídicí jednotky postavené na osvědčené hardwarové základně poskytující vše potřebné, co vyžaduje běžná automatizační úloha středního rozsahu (obr. 1). V porovnání s klasickým „skládaným“ provedením je jejich významnou předností také značně nižší cena. Obě nové kompaktní řídicí jednotky se velmi dobře uplatní všude tam, kde je třeba standardizovat použité komponenty, u finálních výrobců (OEM) a výrobců strojů a technologických zařízení, nebo jako přímá náhrada úspěšných kompaktních jednotek předchozí řady PLC Simatic S7-300 typu 313C a 314C.
Charakteristika CPU 1511C-1 PN a CPU 1512C-1 PN
Nové řídicí jednotky řady S7-1500 s CPU 1511C-1 PN, popř. 1512C-1 PN, jsou využívány především jako hlavní řídicí stanice (master) v inteligentních distribuovaných řídicích systémech. Jako komunikační kanál je v těchto úlohách využíván průmyslový Ethernet, přičemž tyto stanice zastávají funkci Profinet IO Controller. Mohou však zároveň fungovat z jedné strany jako řídicí (master) a z druhé jako řízená (slave) jednotka, což je uspořádání velmi elegantní, nákladově výhodné a často také používané – tato fukce je označována Profinet I-Device. Na rozdíl od menších a levnějších jednotek řady S7-1200 je pro hardware jednotek S7-1511C a S7-1512C charakteristická úplná podpora všech funkcí systému Profinet včetně protokolu Profinet IO IRT, zajišťujícího velmi rychlý izochronní přenos dat.
V nových procesorových jednotkách obou typů jsou přímo osazeny digitální a analogové I/O pro bezprostřední spojení s řízeným zařízením. Svorkovnice pro připojení vodičů (front connectors) jsou součástí dodávky a není třeba je objednávat samostatně. Jsou shodné se svorkovnicemi pro karty I/O šířky 25 mm, tedy v provedení se zástrčnými (push-in) svorkami.
Obě nové procesorové jednotky, CPU 1511C-1 PN i CPU 1512C-1 PN, mají pět integrovaných analogových vstupů pro zpracování signálů analogových veličin, jako např. tlaku nebo teploty. Z těchto pěti vstupů lze čtyři použít k měření proudu a napětí a jeden k měření odporu. Integrované analogové výstupy mohou přímo převádět vnitřní šestnáctibitový digitální údaj na výstupní proud nebo napětí. Jsou tedy vhodné např. k ovládání proporcionálních ventilů apod. Rychlé čítače HSC, také integrované, umožňují zpracovávat signály o frekvencích až do 100 kHz. K rychlému čítání již tedy není třeba používat přídavné moduly, což znamená opět úsporu. Čítač HSC lze nastavit pro měření frekvence, pro klasické čítání nebo ho využít pro úlohy řízení polohy a pohybu (motion control).
Vybrané charakteristiky kompaktních řídicích jednotek řady Simatic S7-1500 jsou přehledně shrnuty v tab. 1, jejich hlavní přednosti v textu v rámečku. Některé z významných vlastností či funkcí jsou v následujícím textu popsány podrobněji.
Krátká reakční doba a rychlá výměna dat
Jednotky CPU 1511C-1 PN a 1512C-1 PN beze zbytku podporují protokol Profinet IRT, což umožňuje dosáhnou velmi krátkých a předvídatelných reakčních dob a rychlé deterministické výměny dat s podřízenými stanicemi typu IO-Device. Tento typ komunikace (a mechanismy, které jej zajišťují) se oproti klasickým „non-real-time“ komunikačním technikám vyznačuje velkou robustností, a proto je právě v oboru průmyslové automatizace velmi důležitý.
Prostřednictvím integrovaného rozhraní (přepínač se dvěma konektory RJ45) lze k procesorové jednotce připojit až 128 zařízení ve funkci IO-Device (podřízených stanic). Současně je s použitím modulů CM a CP možné procesorovou jednotku rozšířit o další rozhraní a další funkce. Vcelku se lze dostat až na 256 distribuovaných periferních stanic připojených k jedné CPU 1511C-1 PN, popř. CPU 1512C-1 PN. Je-li procesorová jednotka konfigurována jako sdílená (Shared Device), mohou k jejím kartám I/O přistupovat až čtyři různá zařízení ve funkci IO-Controller.
Flexibilní úpravy
Stejně jako u všech procesorových jednotek řady Simatic S7-1500 lze i u kompaktních CPU 1511C-1 PN a CPU 1512C-1 PN aktivovat funkci Options Handling, výhodnou zejména pro výrobce sériových strojů a finálních zařízení. Hardware stroje nebo technologického zařízení je v tomto případě v automatizačním projektu zkonfigurován pouze jednou, a to v jeho maximalistické podobě. Poté je možné pohodlně, při použití uživatelského softwaru, v rámci maximální konfigurace flexibilně vytvářet různé aktuální varianty (options) hardwaru podle potřeb zákazníka nebo dodavatele.
Integrované zabezpečení
V programovacím prostředí Step 7 je současně také zajištěno zabezpečení programových bloků před neoprávněným prohlížením nebo úpravami jejich obsahu. Potřebnou úroveň ochrany know-how lze definovat v různých úrovních zavedením hesel šifrovaných podle současných zvyklostí v oboru IT. Zároveň je možné zavést a spravovat také ochranu proti kopírování, bránící nepovolené duplikaci strojů a zařízení. Řídicí program lze jednoduše provázat s ověřením jedinečných údajů, jako je např. výrobní číslo paměťové karty nebo procesorové jednotky. Vedle toho existují čtyři různé úrovně zabezpečení přístupu, k nimž lze přiřadit různá přístupová práva různým skupinám uživatelů. Celý systém zabezpečení je tudíž možné vyladit a nastavit pro konkrétní požadovanou úroveň bezpečnosti, která je pro danou situaci potřebná.
Snadné připojení pohonů
Každá řídicí jednotka řady Simatic S7-1500 má již ve svém firmwaru připravenu podporu základních funkcí z oboru motion control, tj. řízení rychlosti pohybu a nastavování polohy osy (rotační i lineární) a synchronizace dvou os (vedoucí osa, sledující osa). Integrované I/O umožňují řídit polohu os i analogově, je-li to třeba, nebo lze využít profil Profidrive a komunikovat po sběrnici. Používají se programové bloky podle standardu PLCopen, což je snadné a odpovídající běžným zvyklostem. Komfortní je také standardizovaná diagnostika pohonu, stejná jako u všech zařízení skupiny Simatic – hlášení z pohonu se, stejně jako hlášení odkudkoliv z prostředí Simatic, automaticky odesílají např. do operátorského panelu (HMI) nebo jakéhokoliv jiného terminálu, např. s webovým serverem.
Snadná diagnostika
Systémová diagnostika je u zařízení skupiny Simatic standardizována, a není tedy v tomto ohledu třeba nic vyvíjet. Systém automaticky generuje hlášení jako „ztráta napájení“, „zkrat ve vedení I/O“, „ztráta spojení“ atd. a v textové podobě je chronologicky řadí k dalšímu využití. Následně si je může zobrazit např. na operátorských panelech v provozu obsluha stroje, na dálku prostřednictvím webového serveru zařízení dodavatelská firma či lokálně na displeji procesorové jednotky servisní technik apod. Vždy a všude jde o totožnou informaci, na kterou lze nahlížet různými prostředky, což je výhodné zejména při řešení nenadálých situací a poruchových stavů. Takto uspořádaná diagnostika funguje i tehdy, je-li procesorová jednotka v režimu STOP.
Funkce sledování (Trace)
Funkce Trace je nový diagnostický nástroj umožňující sledovat on-line hodnoty proměnných či obecně data v procesorové jednotce, zaznamenávat je a později např. porovnávat či dále analyzovat. Údaje z procesorové jednotky lze za účelem další analýzy nejen ukládat do automatizačního projektu v prostředí Step 7, ale také exportovat ve formátu CSV do klasických tabulkových editorů. V jednotlivé kompaktní procesorové jednotce lze definovat až čtyři sledovací scénáře, které zároveň paralelně sledují data, přičemž každý z nich může v čase sledovat či zaznamenávat několik proměnných podle volby.
Kompatibilita a příslušenství
Ke konfigurování a programování jednotek CPU 1511C-1 PN a CPU 1512C-1 PN je třeba mít k dispozici nástroj Step 7 ve verzi alespoň Step 7 Professional V13 SP1 Update 4. S jakoukoliv starší verzí tohoto vývojového prostředí s novými jednotkami pracovat nelze. Kompaktní řídicí jednotky řady Simatic S7-1500 jsou dodávány s inovovaným firmwarem V1.8.
Příslušenstvím nutným pro řádný provoz kompaktních procesorových jednotek je karta Simatic Memory Card. Jde o externí paměťové médium s funkcí zaváděcí paměti programu do procesorové jednotky, které lze mimoto využít také k archivaci automatizačního projektu vytvořeného v prostředí Step 7, k uložení dokumentace, při aktualizaci firmwaru řídicích jednotek i jako nosič souborů dat a receptur ve formátu CSV. Na výběr jsou různé varianty těchto paměťových karet s kapacitou od 4 MB do 32 GB.
Přednosti kompaktních řídicích jednotek řady Simatic S7-1500:
- funkční schopnosti stejné jako u klasických modulárních jednotek řady S7-1500, s nimiž jsou funkčně zcela kompatibilní, – digitální a analogové I/O přímo integrované v procesorové jednotce,
- protokol Profinet IRT a dvouportový přepínač s konektory RJ45,
- funkce Profinet IO Controller pro až 128 jednotek IO-Device,
- funkce Profinet I-Device,
- funkce Shared Device pro až čtyři řídicí jednotky,
- možnost připojení k síti Profibus-DP přes moduly CM/CP,
- otevřená komunikace po Ethernetu (TCP/IP, UDP, ISO-on-TCP),
- funkce webového serveru (forma standardizovaná i uživatelsky modifikovaná), usnadňující přístup k diagnostickým a stavovým informacím,
- funkce Options Handling neboli operativní možnost změny konfigurace hardwaru, zahrnující jak moduly v centrálním rámu, tak i stanice v síti, – integrované zabezpečení (Security Integrated),
- vestavěné technologické funkce (Technology Integrated), – standardizovaná systémová diagnostika zařízení (není nutné ji programovat, což znamená úsporu nákladů na vývoj),
- funkce Trace pro on-line nebo off-line analýzu činnosti jednotky.
Rostislav Kosek,
Obr. 1. Kompaktní pokročilé řídicí jednotky Simatic S7-1511C a Simatic S7-1512C (zleva)
Tab. 1. Základní charakteristiky kompaktních řídicích jednotek Simatic S7-1511C a S7-1512C
| Model |
S7-1511C |
S7-1512C |
| Objednací číslo |
6ES7511-1CK00-0AB0 |
6ES7512-1CK00-0AB0 |
| Procesorová jednotka |
CPU 1511C-1 PN |
CPU 1512C-1 PN |
| Rozhraní |
X1: PN (RJ45), 2 porty |
| Paměť pro program/data |
175 KB/1 MB |
250 KB/1 MB |
| Trvání operací s bity |
60 ns |
48 ns |
| Integrované DI/DQ3) |
16/16 |
32/32 |
| Integrované AI/AQ3) |
4 + 11)/2 |
| Rychlý čítač (HSC2)) |
6× (100 kHz) |
| Způsob připojení signálů I/O |
svorky push-in |
| Rozměry (š × v × h) |
85 × 147 × 129 mm |
110 × 147 × 129 mm |
1) Z připravených pěti integrovaných analogových vstupů lze čtyři použít k měření proudu nebo napětí a jeden k měření odporu.
2) High Speed Counter (HSC)
3) AQ/DQ: AO/DO s vestavěnou funkcí sledování stavu QI (Quality Information)