湖南亞貝納自動化設備有限公司    

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當今虛擬化技術已經滲透到社會關鍵行業(yè)核心計算業(yè)務中，虛擬化的出現(xiàn)改變了傳統(tǒng)的單一計算機架構,，虛擬化的高可用性和快速遷移特性有效保證了關鍵系統(tǒng)的計算機業(yè)務連續(xù),，有效降低了由計算機故障導致的業(yè)務中斷，將損失降到低,。虛擬化應用到工業(yè)控制當中可以有效保證工控主機的高可用性,，降低由于工控主機損壞導致的業(yè)務中斷，CPU的虛擬化技術可以單CPU模擬多CPU并行,，允許一個平臺同時運行多個操作系統(tǒng),，并且應用程序都可以在相互獨立的空間內運行而互不影響，從而顯著提高計算機的工作效率,。

　　 1,、工控主機虛擬化技術特點

　　工控主機的虛擬化技術是一種硬件方案，支持虛擬技術的CPU帶有特別優(yōu)化過的指令集來控制虛擬過程,，通過特殊的指令集,，虛擬機會很容易提高性能，虛擬化技術可提供基于芯片的功能,，借助兼容VMM軟件能夠改進純軟件解決方案,。由于虛擬化硬件可提供全新的架構，支持操作系統(tǒng)直接在上面運行，從而無需進行二進制轉換,，減少了相關的性能開銷,，*簡化了VMM設計，進而使VMM能夠接通用標準進行編寫,、性能更加強大,。

　　工控主機的虛擬化基礎架構具有在任意虛擬化平臺之間遷移虛擬機、快照,、在資源池中的備用主機上自動重新啟動以及VMotion等高級功能特性,，因而在它創(chuàng)建的環(huán)境中，遇到停機時多不過就是簡單的重新啟動而已,。對于防止應用程序或硬件發(fā)生故障的連續(xù)可用性解決方案來說,，工控主機HA對運行在虛擬機中的應用程序提供了易于使用、經濟高效的保護,。當需要不中斷應用程序的連續(xù)可用性解決方案時,，使用比通常情況下常規(guī)故障切換群集所需的少的多的服務器，就可以實現(xiàn)駐留在不同物理硬件平臺上的虛擬機間的N+1群集,。

　　2,、工控機現(xiàn)場工作*要求

　　工控機是專門為工業(yè)現(xiàn)場而設計的計算機，工業(yè)現(xiàn)場一般具有強烈的震動,，灰塵特別多,，另有很高的電磁場力干擾等特點，且一般工廠均是連續(xù)作業(yè)即一年中一般沒有休息,，在惡劣條件下影響工控主機效能的不單單是其使用壽命,，對于關鍵性業(yè)務來講確保業(yè)務的穩(wěn)定性和連續(xù)性顯得格外重要，使用虛擬化架構主要在于虛擬化的操作系統(tǒng)僅僅是以文件形式存在,，包括內存的鏡像等,，在發(fā)生災難情況下可以做到零毫秒快速無縫切換，所以在關鍵業(yè)務應用場所保障了業(yè)務的連續(xù)可靠,。

　　調查統(tǒng)計發(fā)現(xiàn),，百分之八十以上工控機事故都是由于操作系統(tǒng)不穩(wěn)定造成，影響系統(tǒng)穩(wěn)定的因素有很多包括電磁干擾等間接因素,，如何保證主機系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠成為防范的重點,，充分利用虛擬化技術可以有效的保證操作系統(tǒng)的穩(wěn)定，工控機當中部署的是裸金屬架構的企業(yè)版虛擬化架構,，之上再部署操作系統(tǒng)和控制應用程序,，通過翻譯對接確保底層應用的穩(wěn)定性。

　　3,、虛擬化技術如何應用于工控機

　　通過虛擬化應用,，可以讓不同的操作系統(tǒng)在同一臺控制主機上同時運行,，如UNIX LINUX WINDOWS等眾多操作系統(tǒng)，實現(xiàn)以往不可能實現(xiàn)的多宿主架構,，在工控應用當中，可以滿足多種業(yè)務系統(tǒng)的需要,?？煺展δ茉谔摂M化環(huán)境中支持每卷創(chuàng)建多個快照拷貝，并將這些時間點拷貝分配給其他虛擬機,。這樣用戶只需創(chuàng)建生產數(shù)據(jù)的快照拷貝并分配給專門用作測試的虛擬機,，就能夠創(chuàng)建出功能強大的測試環(huán)境了。一旦用戶建立了虛擬服務器環(huán)境,，用戶就能夠快速創(chuàng)建虛擬測試服務器,。測試人員不僅能夠在幾秒鐘內分配獲得真實的“實時”數(shù)據(jù)，還能在整個測試過程中進行數(shù)據(jù)快照,。

　　由于在虛擬環(huán)境中添加和刪除虛擬機及應用非常方便,，因此，環(huán)境的動態(tài)性很強,。換言之,，虛擬機總在被創(chuàng)建、使用,，然后進行再分配或刪除,。這帶來了巨大的靈活性。不過,，在這種高度動態(tài)化的環(huán)境中,，必須確保以與虛擬服務器相同的簡化方式來提供和再分配存儲容量。存儲虛擬化有助于實現(xiàn)這種靈活性,。

　　如果虛擬環(huán)境中有數(shù)百臺虛擬機,，不僅可能增加備份成本，而且還會大幅提高復雜性,。利用快照功能,，我們不必在每個虛擬機上都安裝備份代理。我們可就每臺虛擬服務器創(chuàng)建快照拷貝,，然后再將這些快照拷貝分配給專門用作備份服務器的虛擬機,，以此進行備份。這樣,，需要安裝備份軟件的虛擬機就是備份服務器了,。在處理數(shù)百個虛擬服務器時，這樣做有助于大幅降低備份許可證的成本,，通過快照功能有效提高工控機的穩(wěn)定性,。

西門子6ES7322-1BH01-0AA0

S7-200

概述 ---- S7-200 是一種小型的可編程控制器,，適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測,、檢測及控制的自動化,。S7-200系列的強大功能使其無論在獨立運行中，或相連成網絡皆能實現(xiàn)復雜控制功能,。因此S7-200系列具有*的性能/價格比,。

出色表現(xiàn)

S7-200系列出色表現(xiàn)在以下幾個方面：

1）*的可靠性。

2）極豐富的指令集,。

3）易于掌握,。

4）便捷的操作。

5）豐富的內置集成功能,。

6） 實時特性,。

7） 強勁的通訊能力。

8） 豐富的擴展模塊,。

適用范圍

----S7-200系列在集散自動化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強大功能,。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制到更復雜的自動化控制。應用領域極為廣泛,，覆蓋所有與自動檢測,，自動化控制有關的工業(yè)及民用領域，包括各種機床,、機械,、電力設施、民用設施,、環(huán)境保護設備等等,。如：沖壓機床，磨床,，印刷機械,，橡膠化工機械，*空調,，電梯控制,，運動系統(tǒng)。

CPU單元設計

集成的24V負載電源：可直接連接到傳感器和變送器（執(zhí)行器）,，CPU 221,，222具有180mA輸出， CPU 224,，CPU 224XP,，CPU 226分別輸出280，400mA,?？捎米髫撦d電源,。

不同的設備類型。

CPU 221~226各有2種類型CPU,，具有不同的電源電壓和控制電壓,。

本機數(shù)字量輸入/輸出點。

CPU 221具有6個輸入點和4個輸出點,，CPU 222具有8個輸入點和6個輸出點,，CPU 224具有14個輸入點和10個輸出點，CPU 224XP具有14個輸入點和10個輸出點,，CPU 226具有24個輸入點和16個輸出點。

本機模擬量輸入/輸出點,。

CPU 224XP具有2個輸入點,，1個輸出點。

中斷輸入,。

允許以極快的速度對過程信號的上升沿作出響應,。

高速計數(shù)器。

CPU 221/222

4個高速計數(shù)器（30KHz）,，可編程并具有復位輸入,，2個獨立的輸入端可同時作加、減計數(shù),，可連接兩個相位差為90°的A/B相增量編碼器,。

CPU224/224XP/226。

6個高速計數(shù)器（30KHz）,，具有CPU221/222相同的功能,。

CPU 222/224/224XP/226。

可方便地用數(shù)字量和模擬量擴展模塊進行擴展,?？墒褂梅抡嫫鳎ㄟx件）對本機輸入信號進行仿真，用于調試用戶程序,。

模擬電位器

CPU221/222 1個,。

CPU224/224XP/226 2個。

CPU221/222/224/224XP/226還具有,。

脈沖輸出

2路高頻率脈沖輸出（zui大20KHz）,，用于控制步進電機或伺服電機實現(xiàn)定位任務。

實時時鐘

例如為信息加注時間標記,，記錄機器運行時間或對過程進行時間控制,。

EEPROM存儲器模塊（選件）

可作為修改與拷貝程序的快速工具（無需編程器），并可進行輔助軟件歸檔工作,。

電池模塊

用于長時間數(shù)據(jù)后備,。用戶數(shù)據(jù)（如標志位狀態(tài),，數(shù)據(jù)塊，定時器,，計數(shù)器）可通過內部的超級電容存貯大約5天,。選用電池模塊能延長存貯時間到200天（10年壽命）。電池模塊插在存儲器模塊的卡槽中,。

編程：CPU 221/222/224/224XP/226

STEP 7-Micro/WIN32 V3.1編程軟件可以對所有的CPU 221/222/224/224XP/226功能進行編程,。同時也可以使用STEP 7-Micro/WIN16 V2.1軟件包，但是它只支持對S7-21x同樣具有的功能進行編程,。

STEP 7-Micro/DOS不能對CPU 221/222/224/224XP/226編程,。如果使用PG/PC的串口編程，則需要使用PC/PPI電纜,。

如果使用STEP 7-Micro/WIN32 V3.1編程軟件,，則也可以通過SIMATIC CP 5511或CP 5611編程。在這種情況下,，通訊速率可高達187.5kbit/s,。

可以利用PC/PPI 電纜和自由口通訊功能把 S7-200 CPU 連接到許多和RS-232標準兼容的設備。

有兩種不同型號的 PC/PPI 電纜

帶有RS-232口的隔離型 PC/PPI 電纜,，用5個DIP開關設置波特率和其它配置項 （見下圖）,。

帶有RS-232口的非隔離型 PC/PPI 電纜，用4個DIP開關設置波特率,。 有關非隔離型PC/PPI電纜的技術規(guī)范,，請參閱S7-200 可編程控制器系統(tǒng)手冊。

當數(shù)據(jù)從RS-232傳送到RS-485口時,，PC/PPI 電纜是發(fā)送模式,。當數(shù)據(jù)從RS-485傳送到RS-232口時，PC/PPI 電纜是接收模式,。當檢測到RS-232的發(fā)送線有字符時,，電纜立即從接收模式轉換到發(fā)送模式。當RS-232發(fā)送線處于閑置的時間超過電纜切換時間時,，電纜又切換到接收模式,。這個時間與電纜上的DIP開關設定的波特率選擇有關。

各型號的優(yōu)點

CPU 221

本機集成6輸入/4輸出共10個數(shù)字量I/O點,。無I/O擴展能力,。6K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間。4個獨立的30kHz高速計數(shù)器,，2路獨立的20kHz高速脈沖輸出,。1個RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協(xié)議,、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力,。非常適合于小點數(shù)控制的微型控制器,。

CPU 222

本機集成8輸入/6輸出共14個數(shù)字量I/O點?？蛇B接2個擴展模塊,。6K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間。4個獨立的30kHz高速計數(shù)器,，2路獨立的20kHz高速脈沖輸出,。1個RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協(xié)議,、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力,。非常適合于小點數(shù)控制的微型控制器。

CPU 224

本機集成14輸入/10輸出共24個數(shù)字量I/O點,?？蛇B接7個擴展模塊，zui大擴展至168路數(shù)字量I/O點或35路模擬量I/O 點,。13K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間。6個獨立的30kHz高速計數(shù)器,，2路獨立的20kHz高速脈沖輸出,，具有PID控制器。1個RS485通訊/編程口,，具有PPI通訊協(xié)議,、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。I/O端子排可很容易地整體拆卸,。是具有較強控制能力的控制器,。

CPU 224XP

本機集成14輸入/10輸出共24個數(shù)字量I/O點，2輸入/1輸出共3個模擬量I/O點,，可連接7個擴展模塊,，zui大擴展值至168路數(shù)字量I/O點或38路模擬量I/O點。20K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間,，6個獨立的高速計數(shù)器（100KHz）,，2個100KHz的高速脈沖輸出，2個RS485通訊/編程口,，具有PPI通訊協(xié)議,、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。本機還新增多種功能,，如內置模擬量I/O,位控特性,，自整定PID功能，線性斜坡脈沖指令,，診斷LED,，數(shù)據(jù)記錄及配方功能等,。是具有模擬量I/O和強大控制能力的新型CPU。

CPU 226

本機集成24輸入/16輸出共40個數(shù)字量I/O 點,?？蛇B接7個擴展模塊，zui大擴展至248路數(shù)字量I/O 點或35路模擬量I/O 點,。13K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間,。6個獨立的30kHz高速計數(shù)器，2路獨立的20kHz高速脈沖輸出,，具有PID控制器,。2個RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協(xié)議,、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力,。I/O端子排可很容易地整體拆卸。用于較高要求的控制系統(tǒng),，具有更多的輸入/輸出點,，更強的模塊擴展能力，更快的運行速度和功能更強的內部集成特殊功能,?？?適應于一些復雜的中小型控制系統(tǒng)。

S7-200系列PLC是西門子公司的產品,，另外,，國內外還有一些廠家生產與其*兼容的產品，例如德國VIPA公司,，中國上海正航電子科技有限公司等,。

【西門子電線電纜簡介】

Overview

• 用于不同應用區(qū)域的不同類型（例如，地下電纜,、拖曳電纜,、危險區(qū)域（Zone 1 和 Zone 2））
• 雙層屏蔽，抗干擾性能好
• 阻燃總線連接電纜（不含鹵素）,。
• 由于電纜上印有以米表示的長度標記,，因此易于確定長度
• UL 認證
• 由于特殊的總線電纜，有很廣的應用范圍,。
• 由于使用了雙層屏蔽電纜和集成式接地技術,，網絡具有抗干擾功能。
• 采用 FastConnect （快速連接） 電纜,，連接器連接簡單又快速,，從而節(jié)省了時間。
• 產品中不含硅硐，因此特別適用于汽車工業(yè) （如上釉流水線）,。
• 

為了構建 PROFIBUS DP 網絡,，提供有不同類型的電纜，可滿足不同類型應用的要求,。一般地,，應該使用所列出的電纜。有關網絡組態(tài)的詳細信息,，請參見 PROFIBUS 網絡手冊,。

UL 認證

用于網絡電纜的 UL 列表（安全標準）對于美國和加拿大市場尤為必需。根據(jù)電纜敷設在建筑物中位置來決定適當?shù)恼J證要求,。這適用所有電纜,，這些電纜從一個機器敷設到一遠程控制柜，位于電纜架上并保護著建筑物,。通過 UL 認證的電纜在其名稱后面附加字母“GP”（通用）,。

Ex認證

用于本質安全 PROFIBUS DP 應用的電纜在其名稱后面附加字母“IS”（本質安全）

屏蔽的雙絞電纜，圓形截面

所有 PROFIBUS 總線電纜的特點：

• 因為雙屏蔽作用,，這些電纜特別適合用于易受電磁干擾的工業(yè)環(huán)境中,。
• 通過總線電纜外皮和總線端子上的接地端子，能實現(xiàn)系統(tǒng)范圍內的接地方案,。
• 印有以米表示的標記

電纜類型

全新的快速連接（FC）總線電纜為徑向對稱設計,，可使用剝線工具。以此,，可以快速、簡便地安裝總線接頭,。

• PROFIBUS FC 標準電纜GP:
  標準總線電纜專門為快速安裝而設計的
• PROFIBUS FC 標準電纜 IS GP：
  具有特殊設計的標準總線電纜,，用于快速安裝本質安全分布式 I/O 系統(tǒng)
• PROFIBUS FC 快速連接高強度電纜：
  專門設計用于腐蝕環(huán)境和苛刻機械負荷條件
• PROFIBUS FC 食用電纜：
  該種電纜使用 PE 外套材料，因此適用于食品和煙草行業(yè),。
• PROFIBUS FC 接地電纜：
  于地下敷設,。它不同于裝備有附加外套的 PROFIBUS 總線電纜
• PROFIBUS FC軟電纜
  柔（絞合導線）、無鹵素總線電纜,，帶聚氨酯護套,，可偶然移動
• PROFIBUS FC 拖纜:
  于在拖纜中強制運動控制的總線電纜，例如在連續(xù)運動的機器部件中（絞合導線）
• PROFIBUS FC FRNC 電纜：
  雙芯屏蔽,，阻燃設計,，無鹵總線電纜，有一個共聚物外殼 FRNC（阻燃無腐蝕）
• 

不采用快速連接技術的總線電纜（取決于結構類型）

• PROFIBUS 彩色電纜:
  軟總線電纜（成束線）,，用于花彩線,。
  用于圓電纜，*用于電纜運輸車模式
• PROFIBUS 扭轉電纜
  高度靈活用總線電纜：
  用于移動機器部件的拖纜（絞線）
  （在長 1 m電纜上能至少扭轉 500 萬次，± 180º)
• PROFIBUS 混合電纜 GP:
  適合拖曳的堅固混合電纜,，帶有兩條用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)你~導線和兩條用于 ET 200pro 的電源的銅導線
• SIENOPYR FR 船用電纜
  無鹵素,、抗踩壓、阻燃,、經過船級社認證的光纖電纜,，可安裝在船甲板及船艙內。按米銷售

1  引言
                    
　　sibas 32是德國西門子公司專為鐵路機車動車控制而研制的微機控制系統(tǒng),，它的全稱為siemens bahn automatisierungs system (西門子鐵路自動化系統(tǒng)),。sibas 32系統(tǒng)針對驅動裝置控制主要功能的發(fā)展遠景來考慮的，因此對系統(tǒng)提出了極苛刻的要求,。sibas 32系統(tǒng)是一種高功能通用計算機系統(tǒng),，它通過標準和外圍組件可與任意設備相連，基本能夠完成機車動車所有的控制和監(jiān)控任務,。sibas 32系統(tǒng)可根據(jù)司機指令和牽引回路狀態(tài)以及響應信號進行相應的處理,，對各接觸器、繼電器,、電磁閥,、發(fā)光二極管或數(shù)碼管、斬波器等發(fā)出控制信號,?？刂茊卧瑫r還能夠完成多種監(jiān)測功能，包括對自身功能的診斷和外部數(shù)值的超限監(jiān)測,。當牽引電路在運行中超過預先在程序中設置的上 (或下)限值時,，系統(tǒng)將根據(jù)故障的嚴重程度做出相應的處理，自動記錄這一故障,、產生相應的保護并告知司機,。sibas 32系統(tǒng)的zui大優(yōu)點是適用于對各種車輛的控制，不論是相控整流機車,、斬波機車還是交流傳動機車都可以在其硬件結構基本不變的情況下,，通過簡單地改換相應的控制程序從而實現(xiàn)對機車的控制。
            

在德國巴伐利亞州東部小城紐倫堡,，有一座外形毫不起眼的電子制造工廠,，卻被稱為歐洲乃至的工廠之一。

Simatic控制器,。攝影：熊少翀

依賴于自動化系統(tǒng)生產效率提升,，自投產至今，安貝格在工廠生產面積始終保持約一萬平方米,、員工數(shù)量保持約1200名不變的情況下,，產能提升了八倍,。在三班制生產中，安貝格每年生產約1500萬件Simatic產品,。按每年生產230天計算,，平均每秒就能生產出一臺控制設備。

產品合格率亦大幅提高,。相比于該工廠成立zui初的每百萬次電子產品加工過程出錯500次,，現(xiàn)在出錯率只有12次。

“安貝格是自己生產自己,。”該工廠產品工程師ChristophRaum介紹稱,，Simatic設備不僅在安貝格工廠被大量生產，而且遍布自身生產線,，控制Simatic產品的生產過程,，從而實現(xiàn)自身生產的高度自動化。

在安貝格工廠內部,，所有生產線和員工辦公區(qū)域有機分布其中,。尚處于生產過程中的設備工件，在錯綜復雜的自動化傳輸線上有序流轉,，它們像“自然人”一樣,，明確知道自己的目的地。在每一個分岔路口,，工件會暫停1-2秒,，然后選擇正確的去向。

工件在生產線上自動流轉,。攝影：熊少翀

Christoph解釋稱,，生產線上的所有工件都已在虛擬環(huán)境中進行規(guī)劃，有自己的“名稱”和“地址”,，具備各自的身份信息,，因此“知道”什么時候、哪條生產線或哪個工藝過程需要它們,。工件在運輸線分岔路口暫停,，是在識別去向信息,。

到達加工中心后,，工件被識別出來，生產設備實時調用所需要的全部加工信息,，并自動調整生產參數(shù),。加工過程中，產品的所有相關數(shù)據(jù),，都儲存在自己的“數(shù)字化產品記憶庫”中,，以便精確追蹤生產的每個步驟。加工完成后，通過光學設備或其它測量設備對工件自動進行檢測,，在現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)并剔除不合格的產品,。