SIMOTION P - 基于 PC 的运动控制系统

丰富的运动控制功能，集成在紧凑的嵌入式工业 PC 中：SIMOTION P320-4

SIMOTION P320-4 是一种高性能、紧凑和免维护型嵌入式工业 PC，已在恶劣运行条件下得到验证。SIMOTION P320-4 既有 PLC 的坚固可靠性，又有 SIMOTION 的全面运动控制功能。

SIMOTION P320-4 包括两个高性能型号：

• SIMOTION P320-4 E（嵌入式）
  处理器：Intel i3 处理器（第三代）
  存储器：内部 CFast/外部可访问 CFast 
  操作系统：Windows Embedded Standard 7
• SIMOTION P320-4 S（标准型）
  处理器：Intel i7 处理器
  存储器：内置固态硬盘 (SSD)/外部可访问 CFast
  操作系统：Windows 7 Ultimate

SIMOTION P320-4 供货范围：

SIMOTION P320-4 随附有大容量存储器以及相关的 SIMOTION 运行系统软件。

• 内置大容量存储器：Windows 操作系统和 SIMOTION 运行系统固件
• 外置可存取海量存储器：SIMOTION 项目和用户数据

Windows 操作系统具有的开放性

这种开放性是基于 PC 的解决方案的突出特点：

• 联网灵活
• 数据存储容量大
• 数据备份方案
• 集成通信

复杂的数据测定和显像任务，甚至能通过 SIMOTION P，直接在 PC 上轻松执行工程技术操纵。如需要其它系统的 HMI 软件，可使用标准化的 OPC 服务器接口。

通过集成的以太网接口，可以通过 SIMOTION IT 访问集成 Web 服务器上的数据。通信回路采用标准 IT 协议，进行调试、诊断和维护。

也可以使用远程维护、诊断和远程服务等功能。
另外还提供了标准 PC 接口，用于连接以下部件：

• 打印机、键盘和鼠标等硬件
• 可视化软件或 Microsoft Office 程序等软件。

SIMOTION 操作系统具有实时功能

完全独立的 SIMOTION 操作系统与 SIMOTION P 上的 Windows 并行运行。通过这种实时扩展，可实现能够满足 SIMOTION P 平台上的高性能要求的复杂运动控制应用。

功能强大的 PC 技术

• 系统采用新的 PC 处理器技术，可确保提供佳性能。
• 指令执行速度非常之快，为中高端性能范围提供了新的应用机会。

• 开环控制、运动控制、技术、可视化和标准 Microsoft 应用程序均集成在同一平台上，无需执行耗时的安装即可直接使用
• 功能强大的新 PC 处理器架构带来了性能的提升
• 基于 Windows 操作系统，因此对各种标准应用程序具有开放性
• 可基于工业以太网使用标准 PC 通信机制
• 简易软件升级
• 用户友好型操作
• 通过现有通信接口实现灵活联网该 SIMOTION P320-4 版本具有一个集成式 PROFINET 接口和工业以太网接口。对于也需要 PROFIBUS DP 连接的应用，可使用带有两个 PROFIBUS 接口的可选模块 IsoPROFIBUS 板。
• 集成众多功能因而功能强大
• 在同一程序中轻松对开环控制和运动控制应用进行工程配置

SIMOTION P320-4 适用于以下场合的应用：

• 可用的安装空间非常小
• 必须使用坚固耐用的硬件，不能使用风扇或硬盘等旋转部件
• 正常操作（无外设模式）下无需显示屏。可通过连接使用监视器或显示屏。SIMOTION P320-4 具有一个 DVI-I 接口和一个 DisplayPort (DP) 接口。
• 相关应用程序需要在 Windows 操作系统上运行。

SIMOTION P320-4 适用于以下场合的高性能应用：

• 需要执行复杂数据管理和数据评估
• 为了节省空间，需要在同一平台上执行运动控制、开环控制和可视化功能
• 需要提供高动态位置和压力控制回路，例如在液压应用中
• 可充分利用 Windows 操作系统提供的开放性（软件、驱动程序等）

重要应用包括：

• 包装机
• 塑料和橡胶加工机
• 压力机和拉线机
• 纺织机
• 印刷机
• 木材、玻璃、陶瓷和石材加工机
• 可再生能源领域中的生产线，如太阳能发电、
• 风能发电厂。

随着伺服驱动器的使用日渐增加，这些机器均要求高度集成 PLC、运动控制和工艺功能。

使用 SIMOTION P 的典型自动化解决方案设计

SIMOTION P 基本单元上的设备

SIMOTION P320-4 E 和 P320-4 S 运动控制器是可直接运行的 PC 系统，其中包括：

• 硬件平台 SIMOTION P320-4
• Windows 操作系统和 SIMOTION P 的实时扩展
• SIMOTION Kernel

两个 SIMOTION P320-4 版本都配有集成式 PROFINET 接口和工业以太网接口。对于也需要 PROFIBUS DP 连接的应用，可使用带有两个 PROFIBUS 接口的可选模块 IsoPROFIBUS 板。

SIMOTION P 的电源

SIMOTION P320-4 需要使用 24 V 工作电压。建议您使用不间断电源 (UPS)。SITOP 电源装置和 DC UPS 模块是适合此应用的系统的例子。

可通过以下网址选择合适的电源：
http://www.siemens.com/sitop-selection-tool

操作员监控

SIMOTION P320-4 无需显示屏或监视器即可进行操作（无外设模式）。

另外，也可以通过集成的 DVI 或 DisplayPort 接口直接连接显示屏和监视器。使用 SIMATIC 工业平板显示器 (IFP)，可在分布式配置中距离运动控制器大 30 m (98.4 ft) 位置处操作 SIMOTION P320-4 前面板。

工程组态

工程组态可使用单独的编程设备完成，对于 SIMOTION P320-4 S，也可以直接在 SIMOTION P 系统上进行。

SIMOTION P350-4 上的通信接口

PROFINET

SIMOTION P320-4 配有 3 端口集成 PROFINET 接口，可以连接到 PROFINET IO 网络。PROFINET 支持具有 IRT 和 RT 功能的 PROFINET IO。此接口也可实现标准以太网通信 (TCP/IP)。

集成 PROFINET 接口的具有如下特性：

• 作为 PROFINET IO 控制器或智能设备进行通信（同时作为控制器和设备）
• 100 Mbps 全双工
• 支持实时类别 RT（实时）和 IRT（等时同步实时）
• 集成 3 端口交换机，带 3 个 RJ45 接口因此，无需附加交换机即可组态佳拓扑（总线型、星型、树型）。

PROFIBUS

通过 IsoPROFIBUS 板（作为可选模块提供），可连接到 PROFIBUS 网络。这是一个配有两接口口的 PCI 卡，适用于 PROFIBUS DP（大 12 Mpbs）。可对总线上的时钟频率进行参数设置。

集成在局域网中

通过内置工业以太网接口，SIMOTION P320-4 系统可随时集成在 LAN（局域网）中。也可以连接外部操作员站或工程配置系统（例如进行远程维护）。

使用分布式 I/O 和驱动器进行扩展

SIMOTION P320-4 运动控制器可通过 PROFINET 或 PROFIBUS DP（可选）来控制驱动器（根据设备类型）和分布式 I/O 系统。在此情况下，可使用 PROFIdrive V4 行规连接驱动器。

例如，可用的 I/O 系统如下：

• SIMATIC ET 200S
• SIMATIC ET 200SP
• SIMATIC ET 200M
• SIMATIC ET 200pro
• SIMATIC ET 200eco，ET 200eco PN

这些高性能 I/O 系统可以通过数字方式传输所需的过程信号并且不受 SIMOTION P 系统的干扰。

适用于时间要求严苛的应用的高速 I/O

SIMOTION P、PROFINET 和高速 I/O 均可实现 250 µs 的周期时间。这对于响应速度较快的应用（例如液压轴）尤其重要。

接口

SIMOTION P320-4 系统上提供了以下接口：

• 1 × COM 1 (V.24)
• 1 × DVI-I (DVI / VGA)
• 1 × DisplayPort (DP)
• 4 × USB 3.0
• 1 × Industrial Ethernet (10/100/1000 Mbps)
• 1 × PROFINET IO (1 个带 3 个端口的接口）
• 2 × PROFIBUS DP 可选（IsoPROFIBUS 板）

坚固耐用

为了优化系统的坚固设计，SIMOTION P320-4 中不包含任何旋转零部件。可以使用外部可接触的 CFast 卡。内部存储介质的功能根据设备类型而不同：

存储介质：

• 可自由访问（可更换）：CFast (4 GB)
• 内置（部可更换）：
  • SIMOTION P320-4 E：CFast (4 GB)
  • SIMOTION P320-4 S：SSD (80 GB)

插拔 CFast 卡时无需使用任何工具。

系统数据存储在不可更换的存储介质上。例如，应用数据可存储在可自由访问的 CFast 卡上。因此，可以单独管理系统数据和应用数据。

系统可用性高

SIMOTION P320-4 运动控制器凭借以下特性提供了极高的系统可用性：

• 电池、温度和程序执行的集成监视功能
• 前面板 LED 可有效实施诊断
• 集成电源具有缓冲短暂电源故障的容量（不是 UPS）。

灵活安装在控制柜中

SIMOTION P320-4 可安装于控制柜中的多个位置，例如安装在标准导轨上、柜壁上或者通过纵向装配套件进行安装。这意味着可以有效节省机柜内的宝贵空间另作它用。

灵活安装在控制柜中：(1) 标准导轨安装、(2) 壁式安装、(3) 纵向装配、(4) 前端纵向装配

系统方案

控制和运动控制软件在基本系统 (SIMOTION Kernel) 上运行。

内部 PC 通信功能可在 SIMOTION Kernel 和 Microsoft Windows 操作系统之间提供高性能的数据交换。可以使用 OPC 服务器等，通过任何 Microsoft 程序来进一步处理这些数据。

SIMOTION 基本功能

SIMOTION P 系统提供以下基本功能来满足各种自动化要求：

• SIMOTION 运行系统
  
  • 用户可按照 IEC 61131 标准使用多种语言进行编程
  • 多种程序执行方式（循环、顺序和事件驱动式）
  • PLC 和算术功能
  • 通信和管理功能
  • 基本运动控制的工艺功能
• 测试和诊断工具

可根据需要使用可加载的工艺包扩展上述基本功能。

SIMOTION 工艺包

SIMOTION 的一项特殊功能是可通过加载以下工艺包来扩展操作系统功能：

• 包含以下功能的运动控制
  
  • POS – 定位
  • GEAR – 同步运行/电子齿轮
  • CAM – 凸轮
  • PATH – 轨迹插补
• TControl – 温度控制器
• MIIF – 多功能信息接口

由于工艺功能具有模块化许可证，因此您只需为实际使用的功能付费：“仅购买所需的功能”

配置/参数设置/编程

SIMOTION SCOUT 是一款功能强大、操作简单的工程配置工具。它是一个涵盖所有工程配置步骤的集成系统，其中包括从配置和参数设置、编程到测试和诊断的全部过程。系统通过图形提示操作员，使用特定对话框和向导说明，以及基于文本的图形化语言协助编程，这样大大缩短了熟悉产品和用户培训所需的时间。

目前，SIMOTION P320-4 只能通过 SCOUT（但不能使用 SCOUT TIA）进行组态。

可选 USB 闪存盘的串行调试

若要同时调试多个运动控制器，可使用 SIMATIC IPC Image & Partition Creator（自有软件）将预生成的数据映像复制到 USB 闪存盘。

SIMATIC IPC Image & Partition Creator 必须单独订购或者已预安装于 SIMATIC IPC USB 闪存盘中（请参见选型和订货数据）。

操作员监控 (HMI)

实施操作员监控的方式如下：

• 在 HMI 面板上单独执行或者
• 通过连接 SIMATIC 工业平板显示器 (IFP)。

SIMOTION P 的基本功能中集成了一些可与 HMI 系统实现简单数据交换的通信实用程序。PROFINET 和 PROFIBUS（可选）以及工业以太网均可用于通信。

以下系统可作为标准 HMI 系统：

• SIMATIC WinCC flexible
• SIMATIC 标准面板

为了将 SIMATIC HMI 精致面板、第二代精简面板以及 TIA WinCC 用作 SIMOTION P320-4 的 HMI 系统，目前需要使用设备代理。

借助 SIMATIC NET 通信软件，可使用开放式标准化 OPC 接口从其他基于 Windows 的 HMI 系统访问 SIMOTION。

SIMOTION IT 服务和诊断功能

SIMOTION IT 为 SIMOTION P 提供了一个集成的 Web 服务器，其上存储了用户特定 Web 页面等。用户可以对控制单元变量进行读写访问。利用 Java 脚本或 也可以执行 Web 页面中的有效操作功能和显示功能，这些功能均可利用标准 Internet 浏览器在客户端 PC 上执行。

过程通信和数据通信

SIMOTION P 凭借集成接口可支持过程通信和数据通信。SCOUT 工程配置系统便专门用来实现简单的通信配置和诊断。

伺服驱动器的位置控制运动控制

带数字设定值接口的驱动器

通过 SIMOTION P 运动控制器，可借助于采用 PROFIdrive 行规的 PROFINET IO（或 PROFIBUS DP），针对配有数字量设定值接口的驱动器执行位置控制运动控制。

液压驱动器的位置控制和压力控制

借助 SIMOTION P 和 SIMATIC ET 200S 高速 I/O，可基于具有 IRT（等时实时）功能的 PROFINET 实现小于 250 µs 的循环时间。

因此，液压应用中可以实现动态性能极高的位置和压力控制回路。

示例：使用 SIMOTION P350-4 实现液压机闭环控制

必须使用的传感器和执行器，例如

• 通过 SSI 接口连接的位置编码器，
• 通过模拟量输入 (AI) 连接的压力传感器，
• 通过模拟量输出 (AO) 连接的伺服阀以及
• 用于保护工具和凸轮信号输出的数字量 I/O

均通过 SIMATIC ET 200S 分布式 I/O 系统进行连接，该系统中预先配备了必要的高速 I/O 模块以供使用。

因此，通过使用 PROFINET，可以同步液压驱动器和电气驱动器。在汽车行业的传送带系统和冲压生产线中，可针对同时采用电气驱动器（缠绕机、横向切断机、滚柱送料）和液压驱动器（例如深拉冲床）的系统实现工厂范围内的自动化解决方案。

运行状态的指示和诊断

SIMOTION P 系统中并没有配备任何按钮或开关用来切换运行模式 (RUN/STOP)。而是通过使用键盘或鼠标操作软件监视器 (SIMOTION P State) 来执行这一任务（已连接监视器/显示屏）。

SIMOTION P State

此监视器可显示启动和运行期间的运行状态。其他功能包括加载 (Restore) 和保存 (Save) 用户程序以及启动 (Restart) 或关闭 (Terminate) 运动控制器。关闭期间，重要数据（保留数据）在设备电源关闭时存储在外部 CFast 卡上，这样一旦设备重新启动，即可使用新数据。

SIMOTION P 智能诊断系统将持续控制系统功能并指示错误或特定系统事件（例如，定时错误、模块或网络故障）。

SIMOTION P320-4 连接概览

SIMOTION P320-4 运动控制器
PLC 和运动控制性能
P320-4 E	处理器：Intel Core i3, 2x1.6 GHz，3 MB 缓存 内部存储器：CFast  外部存储器：CFast  操作系统：Windows Embedded Standard 7（32 位）
P320-4 S	Intel Core i7-3517UE 2x1.7 GHz，4 MB 缓存 内部存储器：SSD（固态硬盘） 外部存储器：CFast  操作系统：Windows 7 Ultimate（32 位）
大轴数	128
小 PROFINET 传输周期	250 μs
小伺服/插补时钟周期	250 μs
存储器
RAM（随机存取存储器，Windows）	4 GB DDR3 RAM
保持性存储器	364 KB
CFast 卡	4 GB
性存储器 （用户数据位于 CFast 上）	3.7 GB
通信
USB 接口	4 个 USB 3.0 口
以太网接口	1 个 RJ45 口 (10/100/1000 Mbps)
PROFINET 接口	1 个，带 3 个端口 支持具有 IRT 和 RT 功能的 PROFINET IO 可组态为 PROFINET IO 控制器和/或 IO 设备
一般技术数据
输入电压	24 VDC
大功耗	72 W (P320-4 E) 或 105 W (P320-4 S)
电源大缓冲时间	5 ms
防护等级，符合标准 EN 60529 (IEC 60529)	IP20
大温度变化	10°K/h
相对湿度限值，符合标准 EN 60068-2-78 和 EN 60068-2-30
贮存和运输	5 ... 95 %，25 °C (+77 °F) 时
运行	5 ... 80 %，25 °C (+77 °F) 时
允许环境温度
贮存和运输	-20 ... +60 °C (-4 ... 140 °F)
运行
纵向装配、正面安装和壁式安装	0 ... 45 °C (32 ... 113 °F)
标准导轨安装	0 ... 55 °C (32 ... 131 °F)
重量，约	2 kg (4.41 lb)
外形尺寸 (W × H × D)	262 × 142 × 47 mm (10.31 × 5.59 × 1.85 in)
	UL/CSA/C-Tick/CCC

Deion	Article No.
IsoPROFIBUS board with 2 isochronous PROFIBUS interfaces	6AU1390-0AA00-0AA1
SIMATIC IPC portrait assembly kit	6ES7648-1AA20-0YP0
SIMATIC IPC Image & Partition Creator V3.3	6ES7648-6AA03-3YA0
SIMATIC IPC USB Flash Drive SIMATIC IPC SERVICE USB FLASH DRIVE  USB FLASH DRIVE 8 GB (SLC)  pre-installed, BIOS MANAGER V3.3  IMAGE/PARTION CREATOR V3.3 (EN)  and installation CD (English/German)	6AV7672-8JD01-0AA0
Spare parts
Motherboard battery	A5E30314053

SIZER Siemens Drives 工程组态工具

用户可利用的 SIZER Siemens Drives 工程组态工具轻松组态 SINAMICS S120 变频器系列，包括 SIMOTION。此工具可帮助在用户针对某一运动控制任务选择和设计组件。也可以根据性能要求来确定可使用的轴数以及 SIZER for Siemens Drives 的利用率。

有关 SIZER for Siemens Drives 的更多信息，请参见“系统描述 - 选型”一章。

其它信息

• 关于 SIMOTION 适用的 I/O 模块，请参见“SIMOTION I/O 组件”一章。
• 关于 SIMOTION 平台的功能，请参见“SIMOTION 功能概述”部分。
• 关于工程配置和 SIMOTION 运行系统，请参见“SIMOTION 软件”部分。
• 关于操作员监控，请参见“SIMOTION HMI 设备”一章。
• 关于 SIMATIC NET 通信软件，请参见“SIMOTION 运行软件”部分。