Необходимо выбрать оборудование в сфере промышленной автоматизации? Это одна из распространенных задач в настоящее время. На выбор агрегата влияют степень сложность системы, функционал, гибкость и расширяемость, вопросы техподдержки, обслуживание, осуществляемое после окончания гарантийного срока, а также сопровождение в ходе всего периода эксплуатации оборудования.
Контроллер представляет собой «черный ящик», т. к. нужна безотказная работа, а если подобных девайсов в системе минимум 10, важнее становятся вопросы взаимодействия оборудования и персонала.
Семейство агрегатов SIMATIC S7-1200 представляет собой комплекс аппаратов и ПО, цель которого - уменьшить расходы на оборудование в период его эксплуатации (от стадии проектирования до утилизации после завершения службы агрегата).
SIMATIC S7-1200 — модульный контроллер, характеризующийся высокой производительностью, широким спектром возможностей. Он решает задачи автоматизации 1-ого уровня. Это контроллер, имеющий базовый набор функций (т. к. это Micro PLC), по формальным характеристикам он выходит за границы указанной ниши. Процессорный блок имеет от 14 до 24 входов и выходов в базовой конфигурации, расширение не превышает 8 блоков ввода и вывода, потому можно произвести подключение до 284 дискретных входов и выходов либо до 51 аналоговых каналов. Это оправдало бы тот факт, что контроллер можно отнести к разряду Micro PLC, если бы не одно обстоятельство. Контроллер взаимодействует с распределенной периферией PROFIBUS DP или PROFINET IO, адресное пространство составляет 1 тыс. байт, что позволяет принять до 8 тыс. цифровых или до 0,5 тыс. аналоговых каналов. Если это сочетается с рабочей памятью от 50 до 150 кбайт (этот параметр зависит от модели CPU), информация может сохраняться на носителе до 2 Гб, то оборудование не относится к категории «микро».
При сравнении этого контроллера с контроллером S7-1500, становится ясной причина скромных возможностей семейства Basic. Эти 2 семейства унифицированы: одна среда для написания программ, языки программирования МЭК 61131-3, унифицированные интерфейсы и библиотеки для работы с аппаратной частью, интегрированная система диагностики, встроенный web-сервер. Разница - в количественных параметрах. У S7-1200 всего 16 логических коннекций, позволяющих организацию коммуникации внутри сети с помощью средств ОС посредством порта Ethernet, встроенного в агрегат. Т. о., возможно создать сеть, состоящую из 16 контроллеров SIMATIC, операторских панелей, ПК, чтобы обмен данными производится асинхронно, вне зависимости от исполнения алгоритмов управления агрегатом, который установил пользователь. У контроллера есть поддержка MODBUS TCP – протокола, не имеющего подобных ограничений.
Поддержку процессоров для обеспечения связи с оборудованием организовали нестандартным способом. С помощью шины можно подключить до 3 плат, чтобы реализовать коммуникации посредством сети PROFIBUS (в режиме Slave и Master), интерфейс AS-i и соединения типа «точка–точка» по стандартам RS232 и RS485 (которые поддерживают MODBUS RTU и USS-протоколы). Коммуникационные платы позволяют задействовать контроллер S7-1200 в системах телеуправления для поддержки обмена информацией по протоколам DNP3 или IEC 60870-5-104. Такие платы оснащаются памятью, чтобы сохранить до 64 тыс. измеренных величин (при наличии отметок времени, даты нарушений функционирования работы системы). Посредством этой шины можно подключить также модуль для работы с системой идентификации на основе RFID-меток и GSM и 3G-модема, что позволяет обеспечить работу сотовой связи. Это помогает избежать снижения количества позиций, чтобы установить модули ввода-вывода, подключив их на собственную шину, которая была специально оптимизирована, чтобы передавать сигналы.
Еще одно удачное используемое решение — технология «сигнальной доски». На фронтальной панели контроллера есть специальная шахта, имеющая разъём, сюда подключается модуль с небольшими габаритами для расширения возможностей блока без необходимости увеличивать его размеры. В модулях предлагается до 4 цифровых или 1 аналоговый вход/выход, либо интерфейс RS485. Зачем такие сложности, если контроллер расширяется при использовании блоков входа и выхода либо коммуникационного процессора? Следует отметить, что у таких блоков минимум 8 каналов (в микросистемах часты ситуации, если не хватает 1-2 блоков) и также они характеризуются большими размерами (по сравнению с процессорным блоком), это иногда недопустимо. Подобный подход, несмотря на рост номенклатуры изделий, позволяет с большой точностью определить конфигурацию агрегата, необходимого для выполнения технического задания.
Контроллер S7-1200 изготовлен в классе защиты IP20, что предполагает установку или в шкафу или в каком-либо другом защитном кожухе. Крепление осуществляется либо на 35-миллиметровую рейку либо на монтажную панель. Клеммы при этом «отстегивают» с кабелями, и при поломке можно быстро заменить их, при этом не откручивая 30 проводов. Загрузку ПО можно осуществить с ПК или с карты памяти, чтобы замена отказавшего оборудования была произведена максимально быстро.
Кроме основной модификации, есть т. н. Fail-Safety-модель, задача которой - создать систему защиты от аварии и обеспечить безопасность. Ее реализуют согласно концепции Totally Integrated Automation, что ведет к эффективному взаимодействию с системами ТМ SIMATIC, применению F-систем как подсистем в стандартных системах автоматизации. F-системы тогда будут выполнять стандартные функции управления и F-функции. К тому же, F-системы обеспечивают поддержку обычной концепции, принятой для диагностики систем SIMATIC S7. S7-1200F совместимы с аналогами (к примеру, с S7-1200), их программируют с идентичным инструментарием, который был дополнен библиотекой F-блоков.
Для работы в помещении, характеризующемся повышенной загазованностью, или при агрессивных газах или парах в атмосфере предназначена модификация SIPLUS. Она полностью совместима с линейкой S7-1200 как в отношении ПО, так и агрегатов. Это тот же контроллер, но оснащен усиленной защитой от воздействия извне (с помощью герметизации плат компаундом). Он имеет более широкий диапазон температур (от -25°С до +60°С).
Важный фактор – удобство программной среды и функциональность среды разработки. Обычно можно выбрать какие-либо пакеты, которые нужны для программирования контроллеров, передачи информации внутри сети и с помощью средств интерфейса оператора. Важно отметить, что трудоемкой задачей является объединение компонентов для взаимодействия в целостную систему. После отладки системы и внесения изменений в проект возможна необходимость изменения в программном обеспечении всех других агрегатов, которые работают в системе. Чтобы произошли эти изменения, требуется длительный промежуток времени, а в ходе внесения изменений есть возможность допустить ошибку. Из-за комплексного подхода к программированию и параметрированию систем автоматизации на базе серии SIMATIC S7-1200 создание проекта может быть эффективным процессом, дальнейшая отладка ускорена, как и диагностика неисправностей.
Проект разрабатывают в единой среде TIA Portal. В ней удается объединить все действия для работы с компонентами автоматизации «SIEMENS» на любом этапе работы по проекту. Создание проектов для контроллеров, девайсов распределенного ввода и вывода, конфигурирование HMI-систем и SCADA-систем, параметрирование модулей и компонентов, отладка алгоритмов управления, ввод приводов в эксплуатацию... Благодаря объединению всего вышеперечисленного в единую структуру и унифицированному интерфейсу работа оптимизируется. Кроме того, можно создать прозрачные решения, сервис и диагностика которых просты, систему можно легко расширить или трансформировать. При создании TIA Portal для разработчиков важна простота применения продукта. Благодаря новому пользовательскому интерфейсу можно облегчить работу пользователя с платформой, а из-за стандартизации и унификации взаимодействие с агрегатами упрощено. Это оборудование является инновационным в разработке ПО. Акцент на наглядности, интуитивной ясности и отсутствии многократных вложений структур.
Разработчиками предусматривается 2 варианта интерфейса. Портальный предназначен для обслуживающего персонала, в нем можно генерализованно подобрать инструменты и задачи, которые необходимы для успешного введения в эксплуатацию, быстрой диагностики и обслуживания оборудования. В проектном интерфейсе открыт доступ к набору функций и инструментов, которые необходимы при разработке конфигурации и создании ПО.
Благодаря единой информационной базе данных проекта можно произвести бесшовную интеграцию программ для контроллера, графических объектов HMI и массивов настроек для приводов, обойтись без экспорта и импорта переменных, становится проще их администрирование. Т. к. проект - это единое целое, хотя его компоненты разнородны, можно внедрить единую систему диагностики, позволяющую оперативно осуществлять мониторинг состояния агрегатов, а затем демонстрировать информацию на устройствах HMI.
Еще одно преимущество в том, что такой мониторинг организуется с помощью средств ОС контроллера, а от пользователя не требуется дополнительных затрат времени и сил на это. Важно лишь произвести настройку выдачи информационных сообщений на панели управления, а их подготовку, а затем отправку система будет производить автоматически.
Благодаря развитию серии S7-1200 можно создать недорогую систему автоматизации процессов на производстве, и эти решения будут доступны для множества предприятий. Хотя эта линейка Simatic - самая молодая в семействе, но производитель уже обеспечил её совместимость с более старшими моделями. Т.о., у заказчика есть возможность управления стоимостью решения с помощью приобретения недорогих контроллеров и коммуникационных модулей на отдельных участках системы, без установки серьезных аппаратных ресурсов.
