西门子PLC总代理商-菏泽

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PLC装备自动化模块设计

模块化设计把机器分割成多个子模块部件，每一个子模块部件是标准的、可替换的。整个产品的重复生产、销售中，成熟的模块不需要再测试，节省了设计费用以及测试带来的资金占用、材料、人工、场地、能源、管理等费用。

高成熟度、标准的部件重复使用，也避免了隐藏的产品质量风险，提高组装效率，降低组装错误，同时也避免了测试过程中可能出现的人员伤害、设备损坏风险。

另外，成熟子模块部件多次重复使用中，一些缺陷得到，功能得到改进和完善，提高了产品的质量稳定性，使客户较满意。

装备自动化的模块化设计

装备的模块化设计分三个方面机械模块化、电气模块化和软件模块化，三者紧密关联，电气模块化与机械模块化进行匹配，而软件模块化与电气模块化进行匹配，共同构成了装备的模块化设计。装备模块化的三个方面如图4.1所示。


图4.1 装备模块化的三个方面

机械模块化需要考虑每个部件的功能、性能、材料、尺寸、相对位置、安装等。机械模块的划分结果影响各电气模块之间的接口。机械、电气模块的模块化设计影响软件的功能分布。机械、电气、软件模块化不是独立的，而是相互影响和支持的。

需求分析及模块划分

设计一种类型自动化装备之初，需要充分收集客户需求，确定该装备的功能、特性及性能指标。在进行模块化设计时，需要考虑如何分割各个功能模块，设立功能子模块的接口。模块分解实际上就是考虑了重用和设备整个生命周期中的使用情况，对产品功能重新分配，将原有设备结构的零部件分解后重新组合的过程。对于某些功能模块，可以设计多种成本、性能各异的方案，供客户选择。

功能模块自身功能独立，具有标准连接接口和I/O接口。另一方面，功能模块又是整个产品的一部分，不理解模块在产品中的作用和位置，就无法定义模块。这种既强调自身功能的独立性，又强调系统结构的归属性，就是功能模块的二元性。因此，模块的划分在实际划分中可能会经历多轮的迭代才能形成满意的划分方案。

各功能模块对外的接口的标准化可以保证同一功能的不同方案可以互换。部件互换性对于用户端就是配置可选择性，是个性化和柔性化的体现。以汽车为例，汽车变速器有自动档方案，也有手动档方案，标准化接口使这些变速器与发动机、车轮之间具有统一的对外接口，便于大规模差别化组装。

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SIMATIC S7-1500， TM Timer DIDQ 16x 24V 时间控制数字 输入端和输出端 较多 8DI，16DQ 其中较多 16 个带有时间印记， 计数，PWM，过采样

控制器 (CPU) 可执行各种用户程序。控制器中集成有系统电源，可通过背板总线为所连模块进行供电。
所有 SIMATIC S7-1500 控制器都提供有故障安全型。要在 TIA Portal 中使用安全功能时，需要安装选件包“STEP
7 Safety Advanced”。
在工厂调试过程中，可直接在显示屏上更改 CPU 的 IP地址，大幅节省了时间和成本。维修时，通过快速访问
诊断报警，显著减少工厂停工时间。
SIMATIC S7-1500 的所有 CPU 变量都具有强大跟踪功能，可实现驱动装置和控件的调试和快速优化。
SIMATIC S7-1500 控制器还支持以下功能：
• 通过以太网/PROFINET 进行数据通信
• 通过 PROFIBUS 进行数据通信
• HMI 通信
• Web 服务器，工艺功能，系统诊断，集成保护功能
• 使用 F-CPU 时，还支持安全模式
SIMATIC S7-1500 可集成各种不同类型的 CPU，可通过 I/O、通信和工艺功能模块进行扩展。例如，如果 CPU 1511-1 PN 的存储器和性能可满足要求，亦可通过 
PROFIBUS 和 PROFINET 通信模块对其进行快速扩展。除紧凑型 CPU 之外，还可通过工艺模式提供各种工艺功能。
可根据具体需要选择相应的 CPU：

要确保工厂的故障安全运行，需要编程 SIMATIC S7-1500 的 F-CPU。此时，需要在 TIA Portal 中安装选件包“STEP 7 Safety Advanced”。与 TIA Portal 中
一起使用时，F-CPU 可实现与各种故障安全
系统的集成：
• 集成安全技术
• 相关指令已通过德国技术监督组织认证，适用于各种安全应用
• 集成安全功能，安全等级可达 SIL 3 (IEC 62061) 和/或 PL e (EN ISO 13849-1)
• 标准自动化系统和安全自动化系统采用统一的工程组态方式
• *简化了相关文档的更改过程
• 标准程序变更后，可对安全程序进行验收，也可对安全程序进行非较新性验收
信息安全
SIMATIC S7-1500 自动化系统中集成的安*方案包含从*级别到块保护等各种功能，可有效确保网络安全：
防护等级 说明
访问保护 通过*级别和集成防火墙，保护系统防止未经*的组态更改
专有技术保护 通过密码功能，保护系统防止未经*的访问和算法修改
防拷贝保护 通过绑定 SIMATIC 存储卡上各个块和原存储卡序列号，保护系统防止程序复制
锁定 CPU 在前盖上使用密封装置或锁具，保护系统防止未*的访问
SIMATIC S7-1500 自动化系统中集成有诊断功能，适用于自动化系统的所有层级。所有 SIMATIC 产品都集成有诊断功能，用于检测系统故障并进行排除故障。
TIA Portal 中采用统一的显示机制，可确保 HMI 、Web 服务器及 CPU 显示屏中使用相同的纯文本形式显示错误消息。

显示诊断信息
硬件设备中标配监视功能。
可在整个系统范围内进行诊断，而不受总线限制。
以纯文本格式输入、归档和记录报警中的错误原因
自动确定错误所在位置
报警可组态
工厂范围内，系统状态统一显示
即使 CPU 处于 STOP 模式，也可进行工厂故障实时检测并立即显示在显示设备上。这样，可确保系统诊断与工厂的实际状态相同。
输入/输出
I/O 模块可用作控制器与过程之间的接口。控制器通过传感器和执行器检测当前的过程状态，并触发相应的响应。

数字量和模拟量模块可作为相应任务中的输入/输出。
输入/输出模块可以分为不同的功能类别。
输入/输出模块的功能类别
下表列出了不同功能类别输入/输出模块的特性和技术规范。
功能类别
高速型 (HS) 适用于**高速应用的模块
输入延时时间较短
转换时间较短
支持等时同步模式
高性能型 (HF) 应用较为灵活 带有模拟量模块
尤其适用于复杂应用 • 高精度 (<0.1%)
支持按通道进行参数设置 • 高共模电压；必要时，可进行单通
支持按通道进行诊断 道隔离
支持附加功能
标准型 (ST) 价格适中 带有模拟量模块
支持按负载组/模块进行参数设置 • 通用模块
支持按负载组/模块进行诊断 • 精度 = 0.3%
• 共模电压约为 10V 到 20V
基本型 (BA) 经济实用型基本模块
无参数设置
无诊断功能

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