PC-based Automation mit SIMATIC S Software Controller Siemens AG Alle Rechte vorbehalten. siemens.com/answers

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1 AALE 2015 Jena PC-based Automation mit SIMATIC S Software Controller siemens.com/answers

2 Vorteile von Virtualisierung in der Informationstechnik Optimale Ausnutzung von Ressourcen Leistungsfähige PCs führen mehrere unabhängige Ablaufumgebungen aus Migration "alter" Software auf aktuelle Hardware Wichtige alte Software kann auch auf aktueller Hardware ausgeführt werden Isolation / Trennung von Systemen Einfache Installation / Verteilung Geschützte, vertrauenswürdige Umgebung und unsichere Programme auf einem PC (z.b. Bring your own device ) Kopieren anstelle von Installieren Unabhängig vom Ort leichtes Verschieben möglich Seite 4

3 Anforderung in der Steuerungstechnik Hohe Performanz und Deterministik Hohe Verfügbarkeit des Gesamtsystems Sicherstellen von Zyklen entsprechend technologischen Anforderungen Bedienen von schnellen, äquidistanten Feldbussen Wirtschaftlichkeit und Sicherheit hängt von Verfügbarkeit des Systems ab Integration verschiedener Aufgaben Steuern und Regeln, Visualisieren usw. auf einem PC-System mit geringer Wechselwirkung Seite 5

4 PC-Plattform echtzeitfähig? Echtzeitfähigkeit auf PC-Plattform z.b. VxWorks oder QNX Echtzeit-Betriebssystem Echtzeiterweiterung für Standardbetriebssstem z.b. IntervalZero RTX, tenasys INtime RTOS oder RT-Linux Spezifisches Know-how Teilweise spezielle Entwicklungsumgebungen Integration von Anwendungen (Datenbank, Bildverarbeitung, HMI) erfordert teilweise Speziallösungen Standardanwendungen können weiter verwendet werden (Datenbank, Bildverarbeitung, HMI) Kompromisse und Abhängigkeiten vom Gast bleiben (z.b. geteilte Ressourcen, etc.) Seite 6

5 SIMATIC WinAC RTX (F) 2010 IntervalZero RTX Echtzeiterweiterung für Windows Installation von zusätzlicher Windows-Software möglich (z.b. HMI, Datenbank, etc.) Peripherieanschluss über PROFIBUS und PROFINET (einschl. taktsynchronem Betrieb) Engineering mit STEP7 (kompatibel zu S7-300/400) Remanente Daten mit USV oder nichtflüchtigem Speicher (auf ausgewählten SIMATIC IPC) Windows XP und Windows 7, 32 Bit Betrieb auf SIMATIC Embedded IPC mit Windows Embedded Standard ohne Festplatte und ohne Lüfter möglich Offenheit und Integrationsfähigkeit Für harte Echtzeitaufgaben SIMATIC S7 kompatibel Auch als fehlersichere Variante WinAC RTX F 2010 verfügbar Seite 7

6 Windows Kernel Mode Windows User Mode WinAC RTX Real-time Architektur Windows Applications WinAC RTX CPU Panel C/C++ / C# / VB.net ODK Windows App Windows Kernel & Device Drivers WinAC RTX Logic Controller PN Stack DP Stack Code Execution IntervalZero RTX Echtzeitkern C/C++ ODK RT App. HW Plattform und Devices PN-IF DP-IF Seite 8

7 WinAC RTX und MultiCore PC Single Core WinAC RTX nimmt sich die Rechenzeit, die es braucht 0 % 100 % IntervalZero RTX WinAC RTX Windows HMI Bei hoher Last durch WinAC RTX kann die Ausführungs- und Reaktionszeit von Windows- Anwendungen deutlich verlängert werden! Multi Core RTX Dedicated Mode Core 1 IntervalZero RTX WinAC RTX Ein Core komplett für WinAC RTX reseviert 100 % Core 2 - n Windows HMI Appl. n 100 % Multi Core Core 1 IntervalZero RTX 100 % Core 2 - n 100 % Windows ODK-Anwend. Dedicated Mode WinAC RTX ODK- RT App ODK- App HMI Appl. n Seite 9 Core-Auslastung

8 WinAC RTX Zwei Schritte zur Erzeugung einer PC-Station Runtime System 1. Einrichten PC Station Zuweisen von PC HW Ressourcen zu SIMATIC Objekten Engineering Station 2. Konfiguration mit Step 7 Konfiguration der Eigenschaften der SIMATIC Objekte Komponenten Konfigurator Index Beschreibung 1 IE_Allgemein 2 WinLC RTX OPC Server Download Seite 10

9 SIMATIC WinAC RTX (F) 2010 Basis ist Echtzeiterweiterung für Windows Möglichkeiten / Vorteile Deterministische SPS bis 500 µs (250 µs) Zykluszeit Taktsynchroner Feldbus (PROFINET bis 250 µs) Funktion auch im Windows Blue Screen (z.b. durch SW-Fehler in Windows) Windows zusätzlich Applikationen installierbar Relativ geringe HW Anforderungen (z.b. Single Core CPU) Änderung an Konfiguration bei laufendem Windows (z.b. Schnittstellen-Zuweisung) C/C++ Erweiterungen unter Windows und RTX Gleiche Entwicklungsumgebung für C/C++ für Windows und Echtzeit (MS Visual Studio) Seite 11

10 SIMATIC WinAC RTX (F) 2010 Basis ist Echtzeiterweiterung für Windows Einschränkungen / Nachteile Kein Neustart von Windows ohne SPS Stopp Abhängigkeit vom Windows-File-System (z.b. umfangreiche remanente Daten, Konfiguration, etc.) Abhängigkeiten von Windows-Ressourcen (z.b. Ethernet-Schnittstellen) Boot abhängig vom Windows (relativ langsam) Doppelte Konfiguration durch Komponenten-Konfigurator Für Echtzeiterweiterungen zusätzliches IntervalZero RTX SDK notwendig Nur Windows als Host (WinAC RTX 2010 nur 32 Bit OS!) Firmware-Entwicklung Soft-SPS erfordert umfangreiche Anpassungen für Kompatibilität zu S7-300/400 Seite 12

11 PC-Plattform echtzeitfähig? Echtzeitfähigkeit auf PC-Plattform z.b. VxWorks oder QNX Echtzeit-Betriebssystem Echtzeiterweiterung für Standardbetriebssstem z.b. IntervalZero RTX, tenasys INtime RTOS oder RT-Linux Spezifisches Know-how Teilweise spezielle Entwicklungsumgebungen Integration von Anwendungen (Datenbank, Bildverarbeitung, HMI) erfordert teilweise Speziallösungen Standardanwendungen können weiter verwendet werden (Datenbank, Bildverarbeitung, HMI) Kompromisse und Abhängigkeiten vom Gast bleiben (z.b. geteilte Ressourcen, etc.) Dritter Ansatz Virtualisierung? Seite 13

12 Virtualisierungskonzepte Virtualisierung Typ 1 Hosted Hypervisor Typ 2 Bare Metal Hypervisor Virtualisierte Ressourcen Emulierte Ressourcen Bare Metal Ressourcen Virtualisierte Ressourcen Emulierte Ressourcen Z.B. VmWare Workstation, KVM Z.B. VmWare ESXi Server, RTS Real-Time-Hypervisor, Citrix XenServer Seite 14

13 Typ-1-Hypervisor (Native oder Bare Metal) Bare Metal Hypervisor Bare Metal Ressourcen Aufteilen der Ressourcen Exklusiver Zugriff durch Gast Intel VTx, AMD-V Multi-Core CPUs Echtzeitfähigkeit möglich! Virtualisierte Ressourcen Spezielle API in Hypervisor für angepassten Gast Emuliertes Gerät für Standardgast Hohe Performance bei minimale Wechselwirkung Emulierte Ressourcen PC Ressourcen werden emuliert, z.b. Netzwerkkarte, serielle Schnittstelle oder Massenspeicher Keine Anpassung am Gast notwendig Keine Echtzeitfähigkeit Seite 15

14 Der SIMATIC S Software Controller Windows Windows Appl. Windows Appl. Windows Appl. Siemens Hypervisor CPU 1505S Siemens Hypervisor Bare Metal Hypervisor S Steuerung auf einem PC Nutzung Standard PC Ressourcen für SPS (CPU, Massenspeicher, Feldbusschnittstellen) Verbesserte Verfügbarkeit und Stabilität mit einem Maximum an Unabhängigkeit zu Windows Sicherheit und Schutz für Steuerungsanwendungen mit Software Controllern auf höchstem Niveau Open Controller Seite 16

15 SIMATIC S Software Controller Trennung der PC Ressourcen Beispiel: SIMATIC IPC mit Core i7-3517ue (2C/4T, 1.7(2.8)GHz) WES7, 32 Bit 2 Kerne mit Hyperthreading 4 logische Kerne WinAC RTX 2010 Echtzeiterweiterung 1 Kern durch RTX reserviert 3 verbleibende Kerne CPU 1507S Bare Metal Hypervisor 1 physischer Kern durch CPU 1507S 2 verbleibende Kerne Seite 17

16 SIMATIC S Software Controller Trennung der PC Ressourcen Beispiel: SIMATIC IPC 427D Ethernet Schnittstellen WES7, 32 Bit Alle Ethernet Schnittstellen im Windows Geräte Manager WinAC RTX 2010 Echtzeiterweiterung SPS Schnittstellen als RTX devices immer noch im Windows Geräte Manager CPU 1507S Bare Metal Hypervisor SPS Schnittstellen komplett vom Windows verborgen Seite 18

17 Systemhochlauf Starte Hypervisor Boot PC Erzeuge Gast 0 Erzeuge Gast 1 Optional (für Service) Boot-Menü 1 Windows & CPU 1505S (default): Startet nach 5 sec den Hypervisor Dieser startet parallel Windows und den Software Controller 0 Windows Startet Windows ohne Hypervisor für Service-Zwecke Starte Windows Starte Windows Starte Software Controller Seite 21

18 Live Demo Einschalten des PC: Sehr schneller Hochlauf der Soft-SPS Event Power ON Boot Menu CPU RUN Zeit 0 sec 17 sec 36 sec Gemessen auf SIMATIC CPU 1515SP PC 1 GHz CPU, 4 GB RAM Seite 22

19 SIMATIC S Software Controller Unabhängig vom Windows PC Windows CPU Core memory Windows Appl. Windows Appl. Windows Appl. Siemens-Hypervisor Ethernet graphics SIMATIC Communication CPU 1507S CPU Core memory PROFI- NET PROFI- BUS Partitionierung des PC durch Siemens-Hypervisor Exklusiver CPU Kern Deterministik und Performance für die SPS Exklusiver Speicher Bestmögliche Sicherheit und Know-how Schutz Exklusive Feldbus Schnittstellen Harte Echtzeit für PROFINET und PROFIBUS SIMATIC Kommunikationsarchitektur Transparente und sichere Kommunikation zwischen Controller und Windows Anwendungen Lokale Kommunikation von Software Controller mit HMI und anderen Windows Anwendungen SPS-Kommunikation über Windows- und PROFINET verfügbar (Engineering, HMI, TCP/UDP, Web-Server) Seite 23

20 S Software Controller Konzept für Massenspeicher PC Windows Windows Appl. Windows Appl. Windows-unabhängiger Zugriff auf HDD/CFast/SSD 400 MB CPU Volume für CPU-spezifische Daten Davon 320 MB Ladespeicher (= S7 Memorycard) Ablage von Anwenderdateien im Ladespeicher möglich Zugriff auf Anwenderdateien über File Browser im Webserver der CPU Windows Appl. CPU 1507S Configuration User files If file storage configured: Siemens-Hypervisor Program Archives Diag Buffer Virtualisiert Para-virtualisiert Initial Data Recipes Process Data Private Data load memory Retentive Data PC Mass Storage Seite 24

21 SIMATIC S Software Controller Basis ist Siemens Bare Metal Hypervisor Möglichkeiten / Vorteile Deterministische SPS bis 500 µs (250 µs) Zykluszeit Taktsynchroner Feldbus (PROFINET bis 250 µs) Weiterer Gast relativ unabhängig (z.b. WES7 64 Bit) Boot unabhängig vom Windows sehr schnell Keine Abhängigkeit Windows-File-System (remanente Daten, Konfiguration, etc.) Neustart von Windows bei ununterbrochen laufender SPS Weitere Windows Applikationen installierbar Funktion auch im Windows Blue Screen (z.b. durch SW-Fehler in Windows) Download auch der PC-Konfiguration (Keine Doppelte Konfiguration mehr) Sehr gute Abschottung durch Hypervisor Security / Know-How-Schutz Kein spezielles SDK für Echtzeit-Erweiterungen notwendig C/C++ Erweiterungen unter Windows und Echtzeit Firmware-Code weitgehend identisch mit S CPU Seite 25

22 SIMATIC S Software Controller Basis ist Siemens Bare Metal Hypervisor Einschränkungen / Nachteile Höhere HW Anforderungen (z.b. Dual Core CPU, Intel VTx, AMD-V) Änderung an PC-Konfiguration erfordern PC Reboot (Hypervisor) (z.b. Schnittstellen-Zuweisung) Unterschiedliches Engineering C/C++ (Echtzeitseite Eclipse / Webserver, Windows Visual Studio / Filesystem) Entwicklungsaufwand für Hypervisor für weitere PC-Hardware Seite 26

23 Vorteile S Generation Quelle: Seite 30

24 S Architektur Controller im TIA Portal Differenzierung innerhalb der S Architektur TIA Portal Engineering Efficiency Safety Security Motion Diagnose Service Advanced Controller Universal-Steuerung für Aufgaben im Maschinen- und Anlagenbau Einfache und leistungsfähige Vernetzbarkeit inkl. untergelagerter Steuerungen Hohe Skalierbarkeit in Performance und Preis Hohe Langzeitverfügbarkeit Software Controller Flexible Steuerung für Sondermaschinen mit hohen Performance und Funktionsanforderungen Integration anwenderspezifischer Funktionen über offene Schnittstellen (z. B. C++ / Matlab) Flexible Anbindung an beliebige Schnittstellen (z. B. IT) und Feldbussysteme Steuerungslösungen mit integriertem HMI Distributed Controller Kompakte Steuerung für Serienmaschinen und dezentrale Maschinenmodule Kompakter Aufbau und feingranulare I/Os Einfache Anbindung an übergelagerte Steuerungen Steuerungslösungen mit integrierter HMI-Funktionalität (CPU 1515SP PC) Seite 31

25 Innovationen S Generation Integrierte Technologie Motion Control Funktionalität Flexible Anbindung von Antrieben über PROFINET, PROFIBUS oder analoge Schnittstellen Einfache Programmierung der Bewegungsabläufe mit PLCopen Motion-Bausteinen Einheitliche Konfiguration / Projektierung für CPU / HMI / Antriebe Komfortable Diagnose- und Inbetriebnahme-Tools (Steuertafel, Trace) Einfache Fehlersuche durch automatische Alarmmeldungen an das Engineeringsystem und zum HMI Funktionsumfang V13 SP1 Drehzahlachse, Positionierachse, Encoder Einfache Skalierbarkeit durch Integration der gleichen Motion Control Funktionen in allen CPUs Seite 32

26 Innovationen S Generation Integrierte Technologie Integrierte PID Regelung Für einfache regelungstechnische Aufgaben Realisierung von kontinuierlichen, diskrete (Pulsweitenmodulation) oder Schrittreglern Einfache Inbetriebnahme durch automatische Regleroptimierung Mechanismen zur Reaktion bei ungewollten Prozesszuständen PID Compact / PID 3-Step Kontinuierlicher Regler mit analogem oder pulsweitenmoduliertem Ausgang bzw. spezialisierter Schrittregler für integrierende Stellglieder (z.b. Ventile) Auto-Tuning Kosteneinsparung durch integrierte PID Regler mit hochwertigem Auto-Tuning Seite 34

27 Innovationen S Generation Integrierte Systemdiagnose Projektieren statt Programmieren Integrierte durchgängige Systemdiagnose, per default aktiviert Automatisches Update der Diagnoseinformationen bei neuen HW-Komponenten, kein Zusatzaufwand notwendig Systemdiagnoseinformationen im CPU-STOP möglich Automatische Aktualisierung im Diagnoseviewer für Comfortpanels und Scadasysteme und in der Display Applikation des Software Controllers Einheitliches Anzeigekonzept Einheitliche Klartextinformationen im Panel, TIA Portal, HMI und Webserver selbst für Meldungen der Antriebe Effiziente Fehleranalyse durch einheitliches Anzeigekonzept Seite 36

28 Innovationen S Generation Diagnose in Echtzeit - Trace für die CPU 1515SP PC Trace Aufzeichnung von bis zu 16 verschiedenen Variablen in separatem CPU Speicherbereich Unterstützung von bis zu acht unabhängigen Trace-Jobs gleichzeitig Zyklusgranulare Erfassung (Echtzeit), um keinen Wert zu verlieren Vielfältige Triggerbedingungen zum Ausfiltern des Ereignisses Die Aufzeichnung findet unabhängig vom Engineering System auf der CPU statt zur einfachen Suche von sporadischen Fehlern Exportierbare Messungen zur Dokumentation und anwenderspezifischen Weiterverarbeitung (csv und ttrec File) Programm- und Applikationsdiagnose in Echtzeit zum Erkennen selbst von sporadischen Fehlern Seite 37

29 Innovationen S Generation Webserver Integrierter Webserver Zugriff auf System- und Prozessmeldungen sowie auf Identifikationsdaten Systemdiagnose von allen konfigurierten Modulen Kommunikationsdiagnose für Parameter, Statistik und Verbindungsstatus Zugriff auf Prozessdaten über Variablentabellen und Variablenlisten Anwenderdefinierte Web-Seiten in der Steuerung Filezugriff auf Ladespeicher (Rezepte, Archive, Anwenderdateien) Zugriff auf Web-Server PROFINET Schnittstellen der CPU Windows und Windows-Ethernet Schnittstellen (HTTP) R A Einfacher remoter Zugriff auf Information zu Prozessparametern und Maschinenstatus Seite 38

30 Innovationen S Generation Datenspeicherung über Rezepte und Archive Rezepte Lesen von Maschinenkonfigurationsdaten Lesen von Rezepturdaten Archive Archivierung von Prozesswerten Loggen von Ereignissen und Bediener-Aktionen Zugriff: Daten werden im CSV Format im Ladespeicher der CPU abgelegt. (Auf dem CPU Volume) Zugriff über PLC Programm mittels Systemfunktionen Zugriff über File Browser im Webserver der CPU R A Einfache file based Archive und Rezepte Seite 41

31 Innovationen S Generation Security Integrated: Kopierschutz Höherer Kopierschutz Binden von einzelnen Bausteinen an die Seriennummer der CPU Schutz vor unberechtigtem Kopieren von Programmbausteinen mit STEP 7 Schutz vor unberechtigtem Duplizieren der Projektierung Entsprechende Meldung im Diagnosepuffer Schutz vor unautorisierter Vervielfältigung ablauffähiger Programme Seite 42

32 Innovationen S Generation Security Integrated: Know-how Schutz Höherer Know-how Schutz in STEP 7 Passwortschutz gegen unberechtigtes Öffnen der Programmbausteine mit STEP 7 und somit Schutz vor unberechtigtem Kopieren von z.b. entwickelten Algorithmen Passwortschutz gegen unberechtigtes Auswerten der Programmbausteine mit externen Programmen aus dem STEP 7 Projekt vom PC-Datenträger aus Programmbibliotheken Schutz des geistigen Eigentums und getätigtem Invest Seite 43

33 Innovationen S Generation Security Integrated: Zugriffsschutz Höherer Zugriffsschutz (Authentifizierung) Neue Schutzstufe 4 für CPU-Komplettverriegelung (auch HMI-Verbindungen unterstützen Passwort)* Granulare Vergabe von Berechtigungsstufen (1-3 mit eigenem PW) Generelle Projektierungssperre über Systemfunktionen * Optimale Unterstützung durch SIMATIC HMI Produkte und SIMATIC NET OPC Server Schutz gegen unberechtigte Projektierungsänderungen für sichereren Anlagenbetrieb Seite 44

34 Innovationen S Generation Security Integrated: Kommunikationsschutz Höherer Manipulationsschutz Verbesserter Schutz gegen Manipulation der Kommunikation bei Zugriff auf Software-Controller durch digitale Prüfsummen Schutz vor Netzwerkangriffen wie Einschleusen gefälschter / aufgezeichneter Netzwerkkommunikation (Replay Angriffe) Geschützte Übertragung von Passwörtern bei Authentifizierung Schutz der Kommunikation vor unberechtigten Manipulationen für höhere Anlagenverfügbarkeit Seite 46

35 Innovationen S Generation Zugriffsoptimierung durch die Datenablage in optimierten Bausteinen Speicherbelegung bei Optimierten Bausteinen Seite 48 Optimierter block B y t e s 4 Byte werden auf einmal gelesen 0 DW DW W B W W 16 W W W B B B B X X X DW DW DW W W 128 W B X X 144 Strukturen liegen separat und können damit einfach als Block kopiert werden Reserve Remanenz: Remanente Daten liegen in einem separaten Bereich und können damit einfach als Block kopiert werden Bei Spannungsausfall werden diese Daten CPU internen gespeichert MRES setzt diese Daten auf die im Ladespeicher liegenden Startwerte zurück

36 Innovationen S Generation Optimierter Bausteinzugriff Vorteile: Der Optimierte Bausteinzugriff wird als Default Einstellung verwendet 1. Schnellstmöglicher Zugriff, da Datenablage unabhängig von der Deklaration optimiert 2. Generell symbolischer Zugriff, keine Gefahr durch fehlerhaften absolute Zugriffe 3. Deklarationsänderungen führen nicht zu Zugriffsfehlern, Beispiel: Einfügen von Variablen 4. Einzelne Variablen können gezielt als remanent definiert werden. 5. Keine Einstellungen im Instanz Datenbaustein notwendig. Es wird alles im zugeordneten FB eingestellt (z.b. Remanenz). 6. Online Änderungen ohne CPU STOP mit Erhalt der Aktualwerte durch Reserven 7. Größe bis zu 16 MB anstelle 64 KB je Datenbaustein Seite 49

37 Innovationen S Generation Neue Datentypen Erweiterung der Datentypen für die S Datentyp Größe Wertebereich S S S7-300/400/ WinAC USInt Unsigned Short Integer 8 bit SInt Short Integer 8 bit UInt Unsigned Integer 16 bit Int Integer 16 bit UDInt Unsigned Double Integer 32 bit 0.. 4,3 Mio. (10 6 ) DInt Double Integer 32 bit -2,14 Mio... 2,14 Mio. ULInt Unsigned Long Integer 64 bit ,4 Trio. (10 18 ) LInt Long Integer 64 bit -9,2 Trio... 9,2 Trio. Real Floating Point 32 bit -3.40e e+38 LReal Long Floating Point 64 bit -1.79e e+308 Seite 50

38 Unterstützung Voll-Symbolische Programmierung Mit vielen Kleinigkeiten wird Anwender unterstützt, voll symbolisch zu programmieren Beispiel Taktmerker Bei Aktivierung werden automatisch benamte Variablen angelegt Seite 51

39 ET 200SP Open Controller Quelle: Seite 53

40 Seit 02/2015 ET200SP Open Controller lieferbar Seite 54

41 ET 200SP Open Controller: CPU 1515SP PC für den Aufbau eines multifunktionalen Automatisierungssystems mit zentraler Peripherie auf ET 200SP Basis PLC-Funktionalität mit innovativem S Software Controller HMI-Funktionalität mittels WinCC RT Advanced V13 SP1 mit wechselbarer CFast Flash-Speicher Karte für Betriebssystem, Runtime und Projekt mit integriertem Grafikanschluss PROFINET-IO mit ET 200SP Busadapter PROFIBUS-DP Anschluss via ET 200SP CM Seite 55 Offenes System für Windows Applikationen und C++

42 SIMATIC ET 200SP Open Controller Die kompakte PC-basierte Steuerung in der S Familie Unabhängig von Windows + Höchste Verfügbarkeit der Steuerung auch bei einem Ausfall von Windows oder beim Aufspielen von Updates Erhöhte Security Schutz des geistigen Eigentums und Manipulationsschutz + PC- und Feldbusschnittstellen onboard Einfache Anbindung an Automatisierungs- und IT-Netzwerke + Kompakte Bauweise Über 30% Platzersparnis gegenüber vergleichbaren Systemen + Effizientes Engineering + Durchgängiges Engineering von Steuerung und Visualisierung im TIA Portal Seite 56

43 Der SIMATIC ET 200SP Open Controller im Überblick Robuste Hardware mit leistungsstarker Software für innovative Maschinen Hardware Lüfterloses Design Hoher Temperaturbereich (0 C bis 60 C) Bis zu 4GB RAM Alle PC-Schnittstellen onboard (DVI, USB, Gbit Ethernet) Wechselbarer Busadapter für PROFINET IRT Integrierter Run-Stop-Schalter für die Steuerung Software S Software Controller bereits installiert Optional mit installierter Visualisierungssoftware WinCC Visualisierung auch mit Multitouch-Funktionalität möglich Wahlweise 32 Bit oder 64 Bit WES 7 Betriebssystem Seite 57

44 Engineering wie bei SIMATIC S CPU Seite 58

45 Open Controller Konfiguration Slots zur Konfiguration von ET 200SP Modulen WinCC RT Adv (Optional) Seite 59 PN Onboard Interface fest zugeordnet zum Software Controller CM DP (Optional) Vorkonfigurierter Software Controller

46 Open Controller Konfiguration vollständig im TIA Portal Im Engineering: Auf dem Zielsystem: Seite 60

47 Live Demo S Software Controller Systemdiagnose Diagnose im Panels Diagnose im Webserver Seite 61

48 S7-1500S Open Development Kit Seite 62

49 SIMATIC ODK 1500S Highlights Engineering Unterstützung Robustheit & Echtzeit Entkopplung von Windows Anwendungen über asynchrone Ausführung Unterbrechbarkeit von Echtzeit- Anwendungen durch höherpriore OBs Usability Intuitive Verwendung von S7 FB für den Aufruf von C-Funktionen ODK PLC- Programm Windows Apps: Visual Studio Realtime Apps: Eclipse (im Lieferumfang) OB 1 KOP, FUP, AWL Graph7 SCL C++ Security Sandbox Ausführung für ODK RT Anwendungen Schutz von Know How und Kopierschutz in der CPU Funktionen Ausführung von Echtzeitalgorithmen Ausführen von Code in Windows-DLLs Seite 63

50 SIMATIC ODK 1500S C/C++ in einem S Software Controller PC Windows dll ODK- Anwendung Fct2 Software Controller SPS- Programm FB Fct1 FB Fct2 Siemens-Hypervisor PC-Hardware ODK- Anwendung Fct1 so S Software Controller Unterstützung dynamisch ladbarer Bibliotheken Mehrere Funktionen in einer ODK Anwendung Mehrere ODK Anwendungen gleichzeitig Sowohl Windows- als auch Echtzeittreiber Entwicklung in C/C++ Windows: DLL (Dynamic Link Library) Entwicklung mit Visual Studio C++ Asynchroner Funktionsaufruf zur Vermeidung von Echtzeiteinflüssen Volle Windows-Funktionalität nutzbar Real-time: SO (Shared Object) Entwicklung mit Eclipse Synchroner Funktionsaufruf (Algorithmen, Regler) Das ODK 1500S ermöglicht die Entwicklung solcher Anwendungen Seite 64

51 SIMATIC ODK 1500S Einfacher Aufruf von C Funktionen durch PLC Programm Automatische Generierung der Funktionsbausteine für die Verwendung von ODK-Anwendungen: Real-time ODK-Anwendungen haben ein synchrones Interface Windows ODK-Anwendungen haben ein asynchrones Interface Import der Funktionsbausteine über Externe Quellen Seite 65

52 SIMATIC ODK 1500S Ausführung von Funktionen Asynchrone Ausführung von Windows Funktionen: Keine Echtzeiteinflüsse durch die Ausführung von Windows Funktionen First call first service, unabhängig von der Priorität des Aufrufers: Jede Funktion wird in einem eigenen Thread ausgeführt; Alle Threads haben die gleiche Priorität Windows übernimmt das Scheduling zwischen diesen Threads, eine parallele oder geschachtelte Ausführung ist möglich; keine Einflussnahme durch die Steuerung möglich; Synchrone Ausführung von Real-time Funktionen: : Synchroner Aufruf von real-time Funktionen Ausführung der Funktion auf der gleichen Prioritätsebene wie der aufrufende OB C Funktionen können durch höherpriorisierte FB unterbrochen werden priority level C OB priority level C ODK OB priority level B OB priority level B ODK OB priority level A OB priority level A ODK OB Windows ODK Windows Seite 66

53 SIMATIC ODK 1500S Windows ODK-Anwendung Windows ODK DLL ODK Host ODK DLL S7-150xS kann keine Windows DLLs laden Auf der Windows Seite ist der ODK Host installiert Er kann folgende ODK Anwendungen laden: 32/64 Bit Treiber User / Service Anwendungen CPU 1505S PC Siemens Hypervisor Seite 67

54 SIMATIC ODK 1500S Ablauf Windows ODK-Anwendung 1500S OB, FB, FC SIMATIC S Software Controller CALL FB Nnn_Load() Load and initialize DLL Windows C++ initialize execute CALL FB Nnn_MyFunc() Par1 Par2 Par3 Execute MyFunc( &Par1, &Par2, &Par3) {... polling Busy Error Done Status } Return ODK_SUCCESS; Seite 68

55 Runtime Engineering SIMATIC ODK 1500S Workflow Windows ODK-Anwendung Workflow odk cpp DLL Target PC Interface.odk <ProjektName>.cpp Build scl 1. Erstellen der Anwendung in MS Visual Studio: Interface.odk: Definition der Funktionen <ProjektName>.cpp: Implementierung der Funktionen 2. Übertragen der DLL auf Zielsystem (USB-Stick, Netzwerklaufwerk, etc.) 3. SCL-Sourcen für ODK Funktionen in TIA Portal Projekt importieren 4. Erstellen des PLC Programms mit ODK Funktionsaufrufen 5. Download und Ausführen des PLC Programms CPU 150xS (F) Seite 69

56 Live Demo S7-1500S Open Development Kit - Windows Erstellen und Aufrufen einer C/C++ Funktion in der Software Controller Applikation als Windows-Treiber Erstellen des Projektes Laden der DLL auf das Runtime System Asynchroner Aufruf einer sehr langwierigen Funktion Seite 70

57 SIMATIC ODK 1500S Ablauf Realtime ODK-Anwendung 1500S OB, FB, FC SIMATIC S Software Controller CALL FB Nnn_Load() Load and initialize SO Realtime Side C++ Initialize Execute CALL FB Nnn_MyFunc() Par1 Par2 Par3 Execute MyFunc( &Par1, &Par2, &Par3) {... Status } Return ODK_SUCCESS; Seite 71

58 Runtime Engineering SIMATIC ODK 1500S Workflow Real-time ODK Anwendung Workflow odk cpp SO Target PC Interface.odk <ProjektName>.cpp Build scl CPU 150xS (F) 1. Erstellen der Anwendung in Eclipse: Interface.ODK: Definition der Funktionen <ProjektName>.cpp: Implementierung der Funktionen 2. Übertragen der ausführbaren Datei in den Ladespeicher der CPU per Webserver 3. Übertragen der SCL-Sourcen für die ODK Funktionen in das TIA Portal Projekt 4. Erstellen des PLC Programms mit ODK Funktionsaufrufen 5. Download und Ausführen des PLC Programms Seite 72

59 SIMATIC ODK 1500S Testen von Real-time Applikationen Debugging (breakpoints, single steps) mit Windows Test-App. TRACE auf dem Zielsystem odk Enthlät #ifdef Debug: Main single step breakpoint Target Einstellung debug Implementierung der Testumgebung in Main Der nächste Build erzeugt eine ausführbare Windows Date (exe) mit einer DLL anstelle eines SO. Die Exe kann unter Windows ausgeführt und vollständig debugged werden. #include ODK_Functions.h /* function prototypes */ // #define TRACE_OFF ODK_RESULT SampleFunction(ODK_INT32 myint, ODK_BOOL mybool, ODK_DOUBLE myreal) { ODK_RESULT MyResult; /* here comes the user code MyResult = ODK_SUCCESS; ODK_TRACE ( return value: %d, (int) MyResult); return MyResult }; Jede ODK RT Applikation hat einen Trace Puffer Traces Einträge können mit dem ODK_TRACE Macro eingetragen werden Trace Puffer kann mit der Funktion GetTrace () ausgelesen werden Und z.b. in einer Variablen Tabelle dargestellt werden. On Build exe MyProject.exe Seite 73

60 Live Demo S7-1500S Open Development Kit - Realtime Erstellen und Aufrufen einer C/C++ Funktion in der Software Controller Applikation als Realtime-Treiber Erstellen des Projektes Laden des SO auf das Runtime System über den Webserver Synchroner Aufruf eines Algorithmus Anwenden des SIMATIC Trace zur grafischen Darstellung Verwenden der OutputDebugString Funktion ( FB nnn_gettrace ) Seite 74

61 Ausblick / Zusammenfassung Quelle: Seite 75

62 SIMATIC S Software Controller auf weiteren IPCs Unterstützung SIMATIC IPC 427D für S Software Controller Seite 77

63 Zusatztreiber für S Software Controller Serieller Treiber Fileserver XML DataAccess Serielle Schnittstellen eines PCs von SPS aus nutzen (Drucker, Scanner, etc.) Hardware: interne RS232-Schnittstellen, PC-Steckkarten, USB- RS232-Adapter, etc. Datenbausteine in Dateien schreiben bzw. von Dateien Lesen. Unterschiedliche Dateiformate: CSV, XML, Windows-INI, etc. FBs zum Löschen oder Kopieren von Dateien. Zugriff auf Einträge in beliebigen XML Dateien OPC DA Client OPC UA Client Datenaustausch mit anderem OPC Server (OPC DA und OPC Unified Architecture) SQL Treiber Seite 78 Direkter Zugriff auf SQL-Datenbank Verwenden von SQL-Statements (SELECT, UPDATE, DELETE)

64 1500S Target for Simulink MATLAB/Simulink Modelle auf SIMATIC S7-1500S Model mit MATLAB/Simulink erzeugen 1500S Target erzeugt SIMATIC Code direkt aus Simulink Engineering Integration Simulink Modell in STEP 7 verwenden Model codieren SCL Quelle S7 Projekt Übertragen DLL / SO Datei Seite 79

65 SIMATIC ET 200SP Open Controller Vorteile der PC-basierten Steuerung Durchgängigkeit innerhalb der ET 200SP Familie Erweiterbar durch Technologie- und Kommunikationsmodule Platzersparnis durch feingranulare I/O Module und einzeiligem Aufbau mit bis zu 64 Modulen Integration von PC-Anwendungen Integration von (bereits bestehendem) Hochsprachen-Code Direkte Integration von Reglern aus der modellbasierten Entwicklung Mehrere Aufgaben auf einem Gerät Steuerung, HMI und Windowsanwendungen auf einer CPU Funktional zentral erweiterbar mit ET 200SP Modulen Integration von Drittanbieter-Software (z. B. Bildverarbeitung) Seite 80

66 Zusammenfassung Bare Metal Hypervisor als Grundlage für Virtualisierung im Automatisierungsumfeld Zentrale PC-Ressourcen mit direktem, exklusivem Zugriff (Speicher, CPU, Feldbus-Schnittstellen) SIMATIC S Software Controller kombiniert Zuverlässigkeit und Performance dank Bare Matel Hypervisor mit Standard- Betriebssystem SIMATIC ET 200SP PC Open Contoller als optimale Plattform für den S Software Controller Integration von C/C++ Funktionen sowohl in Echtzeit als auch Windows möglich mit Open Development Kit Seite 81