在今年增材制造大型展会法兰克福国际精密成型及3D打印制造展览会(formnext)上,西门子展示了其依托数字化企业套件的增材制造无缝集成解决方案。西门子以“实现数字化企业套件的价值——增材制造工业化”为主题,于11月14日至17日亮相展会,在约150平方米的展位上展示了面向增材制造全产业链各个环节的产品组合。展示的特色产品从支持完整的加工机械和工厂自动化的设计和工程软件、仿真工具及配套硬件,到与基于云的开放式物联网操作系统MindSphere进行互联的设备等不一而足。来自西门子的独特产品专为满足机器制造商和增材制造用户的需求而设计,旨在展示致力于增材制造领域的企业将如何利用数字化大幅提高生产灵活性和效率、缩短工程时间和产品上市时间,从而巩固和加强他们在市场上的竞争地位。
西门子数字化工厂集团增材制造ZX副总裁Karsten Heuser博士解释说:“西门子是的、也是一的一体化增材制造软硬件解决方案提供商,其产品涵盖增材制造增值过程的每一个阶段。这意味着如今我们能为机器制造商和增材制造用户带来很好的机会,使其从原型设计和使用单台机器的小规模生产迅速过渡到工业规模的批量生产。”
在全面的“数字化企业”理念框架内,西门子为积极拥抱数字化时代的企业提供全面的产品组合。数字化企业套件面向产业链不同环节,基于西门子PLM软件解决方案,包括集成式CAD/CAM/CAE解决方案、NX?软件、仿真和测试软件解决方案Simcenter?组合、数字化生命周期管理系统Teamcenter?软件、面向生产执行的西门子制造运营管理(MOM)产品组合的两个要素Simatic IT和Simatic WinCC,以及基于云的开放式物联网操作系统MindSphere等。Karsten Heuser博士指出:“对机器制造商和增材制造用户而言,这意味着整个数字化流程链都处在统一的集成式关联软件环境下,因此可以使用标准化的用户界面进行操作。用于工程、仿真、生产制备和3D打印的工具都集中于同一系统中,无需进行容易致错的数据转换,同时也可以消除信息遗失所带来的风险。”
利用西门子PLM软件实现从产品到生产
在不断减少零部件重量和提高资源利用率的需求推动下,各公司希望将晶格结构融入设计,以在不影响强度和结构完整性的情况下满足这些需求。新版本的NX软件提供了面向增材制造的全新设计方法,包括添加晶格的能力。Convergent Modeling使得直接处理这些晶格结构等多面几何结构成为可能,从而使企业避免此前冗长的数据转换过程。这使企业能够在更短的时间内将更轻更强的产品推向市场。通过与Simcenter结合使用,产品特性可以预先,并可在产品生命周期(从初概念到终使用)中进行仿真和预测。这可以加快产品工程步伐,将更经济、更可靠的产品推向市场,从而增强企业的竞争优势。数字化产品生命周期管理系统Teamcenter负责管理产品设计、归档、物料清单和数据等,可以使整个企业的工作和变更流程实现标准化,并使效率得以优化。
智能自动化系统用于增材制造
提到增材制造的工业化,生产系统的智能自动化起着决定性的作用。在2017年formnext展会上,西门子展示了支持工业增材制造系统的自动化解决方案如何能够监控运动控制、优化流程从而提高可用性、信息安全、产品质量和生产力。为此提供支撑的是使用基于PLC的Simatic自动化解决方案或基于CNC数控系统的Sinumerik数控系统解决方案。它们与Sinamics驱动系统和Simotics电机结合使用,以驱动机器设备的机械部件。依托TIA博途(TIA Portal)全集成自动化工程软件平台,西门子使所有这些自动化组件能够GX协同工作。西门子formnext展台的其他主题还包括数字化和利用Simatic IT UA实现对增材制造的管理,数据保护和用户权限管理等。
将增材制造机器连接到物联网
通过MindSphere,西门子展示了其高性价比的可扩展云端“平台即服务”。作为开放式操作系统,MindSphere能实现机器与数字世界之间的无缝连接。通过利用大量数据,机器制造商和生产商可以在整个企业内部实现更高的生产力和效率、缩短停机时间、增加产量并实现提高厂房空间利用率。与此同时,MindSphere有助于实现西门子提供的基于数据的服务与第三方提供商所提供服务之间的无缝连接。另外,制造商自己的应用和服务也可实现无缝集成。
创新增值服务助力提高增材制造工业化速度
西门子在formnext上首次展示旨在帮助客户加快增材制造工业化步伐的模块化咨询服务套件。该服务将来自西门子不同业务板块的专业知识凝聚在一起,整合在西门子整体的增才制造创新框架下,涵盖从设计、业务模式开发到生产的所有环节——全部在同一个平台上。
零部件工程和打印服务直至完整的增材制造由Material Solutions与Mobility Services提供
西门子近成功实现了燃气轮机叶片的打印和应用,为西门子精通增材制造工艺提供了坚实的佐证。这种专业知识现在正通过西门子附属公司Materials So-lutions作为一项制造服务提供给其他行业领域——从理念到零部件成品的打印。
概述西门子交换机一级代理商- SOFTNET Security Client 是工业安全性概念的集成组件,用于为编程控制器提供保护,确保自动化系统间数据交换的安全。
- 它是一个用于工业环境中的编程设备、PC 和便携式 PC 的 客户端,支持通过 LAN 甚至 WAN(例如,用于通过 Internet 进行远程维护)对由具有 功能的 Security Integrated 设备实施保护的自动化系统进行安全客户端访问
- 针对操作员错误、数据窃取和操纵为数据传输
提供保护;通信只能在经过身份验证和授权的设备之间进行 - 采用经过实际检验的 IPsec 机制来建立和运行 。
通过 SOFTNET Security Client,对由具有 功能的 Security Integrated 设备保护的自动化单元进行安全访问
功能鉴别
由于 IP 地址可伪造(IP 侦听),光检查 IP 地址(客户端访问)是不够的。此外,客户端 PC 的 IP 地址还可能发生变化。为此,将通过已经验证和测试的 机制进行鉴别。
数据加密
数据加密用于防止数据通信被窃取和操纵。这就意味着网络中的窃听者无法操控数据通讯。为此,SOFTNET Security Client 会在基于 IPSec 的 隧道上建立与其它 SCALANCE S、SCALANCE M、S7 安全通信处理器或 PC-CP 1628 的连接。
性能数据
系统要求(请注意“订货数据”下面的说明):
Windows 7 Professional 或 Ultimate 32/64 位
Windows XP Professional(32 位)+ SP3
组态
使用相关组态工具,即使不具备专门的安全知识,也可以创建和管理安全规则。在简单情况下,仅会创建和组态相互通信的 SCALANCE S 模块或 SOFTNET 安全客户端。一旦 SOFTNET 安全客户端知道了要访问的可编程控制器,就可以建立通信。
优势- 通过使用经过批准的编程设备或便携式 PC 对编程控制器或整个自动化单元进行独占访问,避免发生系统中断
- 在移动 PC 上使用时具有很高灵活性,因为不需要保护通信用的硬件
- 通过 SCALANCE S、安全 S7-CP(CP 1243-1、CP 1543-1、CP343-1 Adv.、CP443-1 Adv.)、PC-CP 1628、CP 1543-1、CP 1243-1 和 SOFTNET Security Client,无需特殊的 IT 专门知识,即可针对自动化工程实现统一配置和集成安全设计
- 基于经过认证的标准,针对数据窃取和操纵来保护数据传输
- 与 SCALANCE S 和 SCALANCE M 用作远程维护解决方案时,与费用高昂的服务调动相比,可实现可观的节约
单站 | 1 个H-CPU单站配置 | 6ES7 654-.....-.... |
冗余站 | 2 个H-CPU冗余配置 | 6ES7 656-.....-.... |
表8 SIMATIC PCS 7 容错自动化系套件
SIMATIC PCS 7的冗余控制器套件有如下两种供货形式:
单独组件,未进行预先组装 | 6ES7 654-7....-.... |
6ES7 656-7....-.... |
经过预先组装和测试 | 6ES7 654-8....-.... |
6ES7 656-8....-.... |
表9 SIMATIC PCS 7 容错自动化系套件
下面以订货号“6ES7 656-8CF33-1BB0”为例,简单介绍对于PCS 7冗余套件的订货号的含义。
图2 PCS 7冗余套件的订货号的含义举例
注: PCS 7的AS冗余套件中,不包含备用电池。
1. S7-400H冗余控制器概述
在许多自动化领域中,对自动化系统的可用性的需求越来越高。特别是在工厂停产将造成巨大损失的领域中。在这种情况下,只有冗余系统才符合所需的可用性标准。
高可用性SIMATIC S7-400H可以满足这些要求,即使在一个或多个故障导致部分系统失灵的情况下,也能照常继续运行。
1.1 S7-400H冗余系统的典型组成
S7-400H的典型组成如下图所示。
图1 典型的S7-400H冗余系统
一个典型的冗余系统中包括:
□ 1个UR2-H机架(或者2个独立的UR1/UR2机架)
□ 2个S7-400H CPU模块(完全一致)
□ 2个PS电源模块(也可以选择2×2的冗余配置)
□ 2根同步光纤和4个同步模块
□ 2个CP443-1以太网通讯模块
□ 2个相同大小的RAM存储卡(或FLASH存储卡)
1.2 现有的各种类型S7-400H冗余控制器及供货情况
冗余系统中S7-400H CPU包括412-3H、414-4H、417-4H三种型号,目前控制器新的固件版本是V4.5。
H-CPU类型 | CPU的订货号 | 版本 | 产品供货 |
412-3H | 6ES7 412-3HJ14-0AB0 | V4.5 | 准许供货 |
414-4H | 6ES7 414-4HJ00-0AB0 | V3 | 产品取消 |
6ES7 414-4HJ04-0AB0 | V4.0 | 产品取消 |
6ES7 414-4HM14-0AB0 | V4.5 | 准许供货 |
417-4H | 6ES7 417-4HL00-0AB0 | V1/V2 | 产品取消 |
6ES7 417-4HL01-0AB0 | V3 | 产品取消 |
6ES7 417-4HL04-0AB0 | V4.0 | 产品取消 |
6ES7 417-4HT14-0AB0 | V4.5 | 准许供货 |
表1 各种类型冗余控制器及供货情况
注: 产品取消——只能在更换故障零件时才能够订购该产品,并且订购时必须返还故障的模块。
1.3 S7-400H冗余控制器主要参数的对比
1.3.1 新冗余控制器的参数对比
V4.5版本的CPU 414-4H和CPU 417-4H对比之前版本的CPU,工作存储器更大,运行速度更快,增加了更多新的功能。新推出的CPU 412-3H则弥补了低成本冗余型CPU的空缺。
下表列出了当前不同型号的冗余控制器之间的主要参数对比。
H-CPU | 工作存储区 | 可扩展大 | 计时器/ | CPU运算时间 | IO地址范围 | 接口 |
代码 | 数据 | 装载内存 | 计数器(个) | 位指令, 小 |
412-3H | 512K | 256K | 64M | 各2048 | 75ns | 8K | MPI/DP |
414-4H | 1.4M | 1.4M | 64M | 各2048 | 45ns | 8K | MPI/DP; DP |
417-4H | 15M | 15M | 64M | 各2048 | 18ns | 16K | MPI/DP; DP |
表2 新冗余控制器的参数对比
1.3.2 各类型冗余控制器的新旧版本对比
新版本的冗余控制器在很多方面的性能都优于旧版本的冗余控制器。下面列出一些主要参数在新旧版本中的对比。
414-4H CPU各版本的主要数据对比。
版本 | 工作存储区 | 可扩展大FEPROM | 可扩展 | CPU运算时间 | IO地址范围 |
代码 | 数据 | 大RAM | 位指令, 小 |
6ES7 414-4HJ00-0AB0 | 384K | 384K | 64M | 64M | 100ns | 8K |
6ES7 414-4HJ04-0AB0 | 700K | 700K | 64M | 16M | 60ns | 8K |
6ES7 414-4HM14-0AB0 | 1.4M | 1.4M | 64M | 64M | 45ns | 8K |
表3 414-4H CPU各版本的主要数据对比
417-4H CPU各版本的主要数据对比。
版本 | 工作存储区 | 可扩展大FEPROM | 可扩展 | CPU运算时间 | IO地址范围 |
代码 | 数据 | 大RAM | 位指令, 小 |
6ES7 417-4HL01-0AB0 | 2M | 2M | 64M | 64M | 100ns | 16K |
6ES7 417-4HL04-0AB0 | 10M | 10M | 64M | 16M | 30ns | 16K |
6ES7 417-4HT14-0AB0 | 15M | 15M | 64M | 64M | 18ns | 16K |
表4 417-4H CPU各版本的主要数据对比
1.4 S7-400H CPU冗余套件
对于S7-400H冗余系统中的各部件,可以采用单独订货的方式,也可以采用冗余套件的订货方式。
冗余套件的订货方式可以有效地避免单独订货时的繁琐和可能的疏漏。
1.4.1 STEP 7的冗余套件
对于STEP 7的套件订货,只有新的CPU 412-3H可以以包裹的形式获得(没有预装配)。包裹包括 2个 CPU,1个H型ZY机架,2个电源,2个1MB的存器卡,4个同步模块,2根同步光纤和 4个备份电池。
根据套件中PS电源模块的不同形式,订货号分别为:
412-3H AC | 6ES7 400-0HR00-4AB0 |
412-3H DC | 6ES7 400-0HR50-4AB0 |
表5 CPU 412-3H的STEP 7冗余套件
6ES7 400-0HR00-4AB0中包括的详细组件订货号如下:
1 x UR2-H | 6ES7 400-2JA00-0AA0 |
2 x PS407 120/230V,10A AC/DC | 6ES7 407-0KA02-0AA0 |
2 x CPU 412-3H | 6ES7 412-3HJ14-0AB0 |
2 x MC 1MB RAM | 6ES7 952-1AK00-0AA0 |
4 x 同步模块 10m | 6ES7 960-1AA04-0XA0 |
2 x 同步光纤 1m | 6ES7 960-1AA04-A0 |
4 x 备用电池 | 6ES7 971-0BA00 |
表6 6ES7 400-0HR00-4AB0套件
6ES7 400-0HR50-4AB0中包括的详细组件订货号如下:
1 x UR2-H | 6ES7 400-2JA00-0AA0 |
2 x PS 405 24/48/60V,10A DC | 6ES7 405-0KA02-0AA0 |
2 x CPU 412-3H | 6ES7 412-3HJ14-0AB0 |
2 x MC 1MB RAM | 6ES7 952-1AK00-0AA0 |
4 x 同步模块 10m | 6ES7 960-1AA04-0XA0 |
2 x 同步光纤 1m | 6ES7 960-1AA04-A0 |
4 x 备用电池 | 6ES7 971-0BA00 |
表7 6ES7 400-0HR50-4AB0套件
注: 在这两种套件中,不包含CP443-1以太网通讯模块。
1.4.2 PCS 7的冗余套件
SIMATIC PCS 7系统中提供的冗余控制器系统有如下两种套件: