3. Характеристика программируемого логического контроллера (плк).

SIMATIC S7-300 – это модульный программируемый контроллер, предназначенный для построения систем автоматизации средней и высокой степени сложности. Контроллер способен продолжать свою работу при возникновении одного или нескольких отказов в различных частях системы

Резервированная система S7-300 развивает концепции построения систем управления повышенной надежности, основы которых были реализованы в контроллерах семейства SIMATICS5.

Каждый сервер автоматизации состоит из S7 300–H резервированного контроллера требуемой производительности. Каждый контроллер автоматизации имеет собственную шину Profibus DP. Устройства ввода/вывода ЕТ-200 имеют выход на обе шины и доступны со стороны обоих контроллеров.

УСО (устройство связи с объектом) контроллеров рассчитаны на ввод стандартных токовых сигналов, а также на непосредственный ввод информации от термопар и термометров сопротивления. Модули имеют программно-аппаратные средства диагностики.

Модули контроллеров и УСО предусматривают возможность «горячей» замены.

Применение контроллера S7-300 позволяет получить целый ряд преимуществ:

• Прозрачное программирование. Программы могут быть написаны на всех доступных для S7-300 языках. Программа, написанная для обычного центрального процессора, может

выполняться и центральным процессором резервированного контроллера и наоборот. При написании программы учитываются только технологические особенности объекта управ-

ления. Вопросы повышения надежности функционирования системы решаются операционной системой и аппаратной частью контроллера.

• Стандартная обработка данных. С точки зрения пользователя в контроллере S7-300 есть только один центральный процессор и одна программа.

• Быстрое безударное переключение с ведущего на ведомый процессор с типовым временем переключения не более 100мс. На период переключения операционная система исключает возможность потери данных или сигналов прерываний.

• Автоматическая синхронизация центральных процессоров после замены одного из них. После замены одного из центральных процессоров предусмотрено выполнение автома-

тической безударной синхронизации с передачей в память включенного в работу процессора всех текущих данных (программы, блоков данных, динамических данных и т.д.).

Контроллер S7-300Н имеет следующие параметры:

• Резервированная система автоматизации повышенной надежности.

• Для автоматизации процессов с высокими требованиями к надежности системы управления: процессы с высокой стоимостью перезапуска системы, высокой стоимостью простоя, с длительным сроком не обслуживаемой работы.

• Резервирование всех основных функций на уровне операционной системы центральных процессоров.

• Высокий коэффициент готовности, обеспечиваемый применением переключаемых конфигураций системы ввода-вывода.

• Возможность использования стандартных конфигураций систем ввода-вывода.

• Горячее резервирование: автоматическое безударное переключение на резервный блок в случае отказа ведущего бока.

• Конфигурации на основе двух стандартных или одной специализированной монтажной стойки.

• Использование резервированных сетей PROFIBUS DP для построения переключаемых конфигураций систем распределенного ввода-вывода.

• Использование резервированных каналов связи Industrial Ethernet для обеспечения надежного обмена данными с другими системами автоматизации и компьютерами.

SIMATIC S7-300 включает в свой состав:

• 2 базовых блока: на основе двух стандартных монтажных стоек UR1/ UR2 или на основе одной монтажной стойки UR2-H с двумя независимыми секциями внутренней шины.

• 1 центральный процессор CPU 417-4H/ CPU 414-4H на каждый базовый блок контроллера.

• 2 модуля синхронизации на один центральный процессор для связи базовых блоков контроллера через оптические линии связи. 2 оптических кабеля для установки синхрони-зирующих соединений.

• Модули ввода-вывода S7-400H в каждом базовом блоке контроллера (при необходимости).

• Стойки расширения UR1/UR2/ER1/ER2 и/или станции распределенного ввода-вывода ET 200M с модулями ввода-вывода.

• Модули блоков питания (PS): используются для подключения SIMATIC S7-400H к источникам питания =24/ 48/ 60/120/ 230 В или ~120/ 230 В.

• Модули центральных процессоров (CPU): в составе контроллера могут использоваться центральные процессоры различной производительности. Все центральные процессоры оснащены встроенными интерфейсами MPI и PROFIBUS DP, некоторые модели – встроенным интерфейсом PROFINET.

При необходимости, в базовом блоке контроллера может быть использовано до 4 центральных процессоров.

• Сигнальные модули (SM): для ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов.

• Коммуникационные модули (CP): для организации последовательной передачи данных через PtP интерфейс, построения систем распределенного ввода-вывода на основе PROFIBUS DP и PROFINET IO, обмена данными через промышленные сети

PROFIBUS, PROFINET и Industrial Ethernet, а также через Internet.

• Функциональные модули (FM): для решения типовых задач управления, к которым можно отнести скоростной счет, позиционирование, автоматическое регулирование и т. д.

Основным принципом построения программируемого контроллера S7-300 является принцип горячего резервирования с поддержкой безударного автоматического переключение на резервный базовый блок в случае отказа ведущего базового блока. В соответствии с этим принципом при отсутствии отказов оба базовых блока находятся в активном состоянии и синхронно выполняют одну и ту же программу. В случае возникновения отказа все функции управления принимает на себя исправный базовый блок контроллера.

Операционная система центральных процессоров CPU 414-4H и CPU 417-4H выполняет все необходимые функции резервирования программируемого контроллера S7-300 и обеспечивает:

• обмен данными между базовыми блоками;

• обнаружение отказов и ввод в работу резервного базового блока;

• синхронизацию работы базовых блоков;

• тестирование системы.

Для гарантированного безударного включения резерва между базовыми блоками контроллера необходима надежная скоростная связь. Эта связь поддерживается по оптоволоконным кабелям, соединяющим два центральных процессора. Передача данных по этим кабелям производится со скоростью 150 Мбит/с.

С этой же целью оба базовых блока контроллера работают:

• с одной и той же программой пользователя;

• с одними и те ми же блоками данных;

• с одним и тем же содержимым области отображения процесса;

• с одними и те ми же внутренними данными (битами памяти, таймерами, счетчиками и т.д.).

Это обеспечивает возможность быстрого перевода функций управления на любой базовый блок контроллера в любой момент времени.

Безударное переключение может быть обеспечено только при синхронной работе двух базовых блоков контроллера. Функции синхронизации выполняются автоматически операционной системой контроллера и не требуют программирования со стороны пользователя. В S7-300 синхронизация выполняется по событиям. Для этой цели операции синхронизации базовых блоков осуществляется в моменты:

• прямого доступа к входам-выходам системы;

• обработки сигналов программных и аппаратных прерываний;

• изменения состояний таймеров;

• модификации данных коммуникационными функциями.

S7-400H поддерживает широкий спектр функций самодиагностики. О любой выявленной проблеме формируется отчет. Диагностике подвергается:

• связь между базовыми блоками контроллера;

• состояния центральных процессоров;

• состояния микропроцессоров и специализированных микросхем;

• запоминающее устройство.

Во время рестарта (перезагрузки, повторного запуска) функции самодиагностики выполняются в полном объеме. В ходе выполнения программы для снижения нагрузки на центральный процессор в каждом цикле выполняется лишь часть функций самодиагностики. Полный комплекс функций само-диагностики выполняется за несколько циклов выполнения программы контроллера.

В системе распределенного ввода-вывода S7-300 могут использоваться одноканальные или переключаемые конфигурации с повышенным коэффициентом готовности, а также смешанные конфигурации с элементами одноканальных и переключаемых конфигураций.

В переключаемой конфигурации модули ввода-вывода подключаются к базовым блокам контроллера через резервированную сеть PROFIBUS DP. Оба центральных процессора

контроллера способны обслуживать все модули ввода-вывода, однако управление системой ввода-вывода осуществляет только центральный процессор ведущего базового блока. Все модули ввода-вывода устанавливаются в станциях распределенного ввода-вывода ET 200M, подключаемых к двум линиям связи резервированной сети PROFIBUS DP через интерфейсные модули IM 153-2. В активном состоянии находится линия, подключенная к ведущему базовому блоку контролера.

Обслуживание резервированных модулей поддерживается на уровне операционной системы центральных процессоров или на уровне программы пользователя.

Резервированные каналы ввода-вывода, поддерживаемые на уровне операционной системы центральных процессоров. Для резервирования функциональных модулей и коммуникационных процессоров могут использоваться следующие конфигурации:

• Симметричное расположение пар функциональных модулей и коммуникационных процессоров в базовых блоках или стойках расширения программируемого контроллера S7-300.

• Симметричное расположение пар функциональных модулей в станциях ET 200M, подключаемых к S7-300 по одноканальным схемам.

• Установкой функциональных модулей в станции ET 200M, подключенные к S7-300 по схеме переключаемой конфигурации.

Поддержка работы резервированных коммуникационных и функциональных модулей обеспечивается двумя способами:

• На уровне операционной системы центральных процессоров S7-300: поддержка функций резервирования и синхронизации работы дублированных коммуникационных процессоров CP 443-1, CP 443-5 Basic и CP 443-5 Extended. Поддержка функций резервирования и синхронизации других коммуникационных и функциональных модулей выполняется на уровне программы пользователя.

• На уровне программы пользователя: в программе выделяется активный модуль, сбой в работе которого должен вызывать переключение на резервный модуль. Технология

программирования аналогична разработке программы стандартного центрального процессора, работающего с резервированными функциональными и коммуникационными

модулями.

S7-300 реализован новый вариант организации связи. Его механизм проверок и синхронизации исключает возможность потери передаваемых данных. На этапе конфигурирования системы промышленной связи задаются основные и резервные

маршруты передачи данных. Обмен данными через эти каналы поддерживается на уровне операционной системы центральных процессоров S7-300, что позволяет не учитывать

данную особенность на этапе разработки программ.

Система связи S7-300 характеризуется следующими показателями:

• Повышенная надежность: в случае возникновения отказа связь может поддерживаться по одному из 4 резервированных соединений. Необходимые переключения производятся

без вмешательства пользователя.

• Удобство использования: с точки зрения пользователя высокая надежность связи является прозрачной. Программы пользователя для стандартных вариантов связи могут быть использованы без всяких изменений в резервированной системе. Функции резервирования каналов связи должны быть определены только на этапе настройки параметров. S7-300 способен поддерживать обмен данными с другими контроллерами S7-300, стандартными системами автоматизации S7-300, компьютерами. Для организации обмена данными с компьютерами через резервированные каналы связи дополнительно необходим пакет программ S7-REDCONNECT. В зависимости от круга решаемых задач для организации обмена данными могут использоваться различные сетевые конфигурации:

• Стандартная магистральная структура с использованием стандартных вариантов включения коммуникационных процессоров.

• Резервированная магистральная структура с использованием стандартных вариантов включения коммуникационных процессоров.

• Резервированная магистральная структура с использованием резервированных вариантов включения коммуникационных процессоров.

• Кольцевая топология с использованием стандартных вариантов включения коммуникационных процессоров.