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西門子6ES7531-7QD00-0AB0

性能 SIMATIC S7-1500 控制器的用戶利益和亮點

 集成技術

 集成了安全功能

 設計與操作

 集成系統診斷功能

性能

SIMATIC S7-1500控制器提供了更高性能，位指令的處理時間低至 1ns，浮點運算的指令處理時間低至 10ns （取決于 CPU 類型，不在次上市發布范圍內）。背板總線的速度是 S7-400 PLC 的 40 倍；由于代碼生成得到優化，CPU 的響應速度與現有控制器的 CPU 相比更快。
每個 CPU 都配有一個 PROFINET IO （2 端交換機）標準接口。CPU 1516-3PN/DP 另外還具有一個集成 PROFINET 基本接口，例如，可用于網絡隔離。通過集成的 PROFIBUS 的接口，可以將 PROFIBUS 節點連接至 CPU 1516-3 PN/DP。
通過一個 PROFIBUS CM，可方便地對不帶 PROFIBUS 接口的 CPU 進行擴展

集成技術

通過 PROFINET、PROFIBU 或模擬量接口，可靈活地將變頻器連接至 S7-1500 CPU。運動控制序列的編程可借助于 PLCopen 運動控制軟件塊方便地完成。用戶可通過易于使用的診斷和調試工具對變頻器進行調試。自動發送到工程組態系統和人機界面的報警消息可以簡化用戶調試，節省調試時間，降低工作量。

集成了安全功能

與 STEP 7 結合使用時，每個 CPU 都會提供基于密碼的知識保護，可防止未經授權而讀出并更改程序塊的內容。
復制保護加強了安全防護，防止未經授權而復制程序塊。可以將具體程序塊鏈接至存儲卡的序列號，以便只有在將組態的存儲卡插到 CPU 中之后，才會執行該程序塊。
并且，控制器具有四個不同的安全訪問級別，以便向不同用戶組分配不同的訪問權限。
由于操作保護得到改進，因此，控制器可以檢測到數據更改或未經授權的組態數據傳輸。

設計與操作

每個 SIMATIC S7-1500 CPU 都配有一個顯示屏。通過此顯示屏，用戶可方便地分析中央模塊以及分布式模塊的狀態，或者無需編程器而設置和更改 IP 地址。系統診斷信息和用戶診斷以普通文本形式顯示在顯示屏上，從而有助于快速而高效地響應到來的出錯消息。
顯示屏上可用多種語言顯示菜單文本和信號文本。該系統還允許在運行期間卸下和重新安裝模塊。

在 S7-1500 控制器的一個集中組態中，可以將多 32 個模塊（CPU + 31 個模塊）插到一層上，而無需使用接口模塊。系統的主干是自動建立式背板總線。每個 I/O 模塊都配有所需的 U 型連接器。一種有源背板總線正在準備中，供需要“在運行期間無響應地拆卸和重新安裝部件”功能的客戶使用。

集成系統診斷功能

集成系統診斷功能已針對 S7-1500系列的 CPU 預先激活；系統診斷信息以普通文本形式統一顯示在顯示屏、TIA Portal、HMI 和 Web 服務器上，甚至可顯示來自變頻器的消息；現在，在 CPU 停止運行期間也將提供這種診斷。若配置了新的硬件組件，則自動對診斷信息進行更新。

SIMATIC STEP 7 Professional V12 工程組態軟件

新的 SIMATIC S7-1500控制器系列只能在 Totally Integrated Automation Portal 中使用 STEP 7 Professional V12 及更高版本進行組態。SIMATIC STEP 7 Professional V12 是用于對 SIMATIC S7-1500 進行直觀處理的工程組態系統，除了對 S7-1500進行組態外，還可對 S7-300/400 和 S7-1200 控制器進行組態。

兼容性

SIMATIC STEP 7 Professional V12 中集成的移植工具提供了以下支持：
從 S7-300/S7-400 切換到 S7-1500 控制器并自動轉換程序代碼。將會記錄無法自動轉換的程序代碼部分并可以手動進行修改。STEP 7 V11 項目可繼續在兼容模式下用于 STEP 7 V12。并且，可通過粘貼/復制功能將 S7-1200 程序轉換到 S7-1500。

SIMATIC 存儲卡（用來運行 CPU）

SIMATIC S7-1500 CPU 采用了一個 SIMATIC 存儲卡。該存儲卡用作插入式裝載存儲器，或用于執行固件更新。
此 SIMATIC 存儲卡也可用于存儲 STEP 7 項目，包括注釋和符號、其它文檔或 csv 文件（用于配方和歸檔）。使用系統函數（SFC）和用戶程序，可以創建數據塊，并將數據存儲在 SIMATIC 存儲卡上。

通過狀態 LED 進行PROFINET IO通訊初步診斷

1. 概述

SIMATIC 設備 PROFINET 接口的每個端口都有一個 LED 指示燈。借助于 PROFINET 設備的 LED 的狀態和錯誤指示燈，可以診斷出通訊中的錯誤或 PROFINET 模塊的錯誤狀態。

2. LED指示燈含義

下表匯總了 S7-1500、ET 200MP、ET 200SP 和 ET 200AL 系統中這些 LED 指示燈的含義：

表 1 PROFINET 接口端口LED 指示燈含義1

下表匯總了 S7-300、400、ET 200M、ET 200S 、ET200ECO PN和 ET 200PRO 系統中這些 LED 指示燈的含義：

STEP7下分配設備名稱

系統上電，在HW Config界面中，點擊圖標。然后選擇菜單PLC中，點擊Assign Device Name...。彈出設置ET200S等IO Device的命名界面。

從圖中看到兩個ET200S站的一些信息。IP地址，由于沒有下載PLC的硬件組態，故沒有IP地址。MAC地址，是ET200S的PN接口模塊在出廠時固化的硬件地址，不能修改。設備類型，此時指示在Ethernet(1)上的PN IO的類型均為ET200S。設備名，目前在ET200S的MMC卡中沒有存儲任何信息。通過下拉菜單指示硬件組態的ET200S的設備名稱為ET200S1，根據不同的MAC地址，通過鼠標選擇不同ET200S設備。選擇MAC地址為08-00-06-6B-F7-A6的ET200S，通過按鈕，給其命名ET200S1。

服務器Server和客戶端Client有什么區別？

例如在使用TCP通訊建立連接時采用客戶端服務器模式，這種模式又常常被稱為主從式架構，簡稱為C/S結構，屬于一種網絡通訊架構，將通訊的雙方以客戶端（Client ）與服務器 (Server) 的身份區分開來。使用C/S結構的通信常見的還有S7通信， ISO-on-TCP通信。

服務器的特征：被動角色，等待來自客戶端的連接請求，處理請求并回傳結果。

客戶端的特征：主動角色，發送連接請求，等待服務器的響應。 

端口：是指用于區分不同服務的邏輯編號，端口號的范圍從0到65535，SIEMENS設備的開放式以太網通信通常使用編號為2000~5000范圍內端口。

客戶端側在配置TCP連接時，必須設置服務器IP地址及端口號，自身使用的端口號如果沒有明確，則由設備自動分配。

服務器側在配置TCP連接時，必須設置服務器使用的端口號，客戶端IP地址及端口號為可選項。

圖 1在TIA軟件中TCP服務器側連接參數設置

圖 2 在STEP7 V5.x 軟件中TCP客戶端側連接參數設置

SINAMICS S120的GSD文件，可用于DP主站設備通過PROFIBUS-DP通訊控制S120。

  SINAMICS S120的控制單元有CU320和CU320-2兩種型號。CU320的Firmware版本常見的有V2.5，V2.6，而CU320-2的Firmware版本有V4.3，V4.4。Firmware版本不同，對應的GSD文件也不同，可根據實際情況選擇合適的GSD文件。

  S120的GSD文件可從西門子技術支持網站上下載，鏈接為 49216293 。除此之外，在控制單元CU320上的CF卡中也有此文件，文件路徑為 Siemenssinamicsdatacfg。如圖1所示。

  圖1 CF卡中的GSD文件

  得到GSD文件后，就可以安裝了。首先打開STEP7調試軟件，創建一個新項目，并插入PLC。然后雙擊“Hardware”打開硬件組態。如圖2所示。

  圖2 打開硬件組態界面

  在硬件組態界面下，點擊菜單 Options---- Install GSD File，開始安裝GSD文件。

  圖3 安裝GSD文件

  彈出窗口中，在安裝GSD文件選項下選擇“from the directory”。然后點擊“Browse”選擇選擇GSD文件所在路徑，點擊“OK”確定

在PLC系統設計時，首先應確定控制方案，下一步工作就是PLC工程設計選型。工藝流程的特點和應用要求是設計選型的主要依據。PLC及有關設備應是集成的、標準的，按照易于與工業控制系統形成一個整體，易于擴充其功能的原則選型。所選用PLC應是在相關工業領域有投運業績、成熟可靠的系統，PLC的系統硬件、軟件配置及功能應與裝置規模和控制要求相適應。熟悉可編程序控制器、功能表圖及有關的編程語言有利于縮短編程時間，因此，工程設計選型和估算時，應詳細分析工藝過程的特點、控制要求，明確控制任務和范圍確定所需的操作和動作，然后根據控制要求，估算輸入輸出點數、所需存儲器容量、確定PLC的功能、外部設備特性等，zui后選擇有較高性能價格比的PLC和設計相應的控制系統。

    一、輸入輸出（I/O）點數的估算

    I/O點數估算時應考慮適當的余量，通常根據統計的輸入輸出點數，再增加10%～20%的可擴展余量后，作為輸入輸出點數估算數據。實際訂貨時，還需根據制造廠商PLC的產品特點，對輸入輸出點數進行圓整。

    二、存儲器容量的估算

    存儲器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲單元大小，程序容量是存儲器中用戶應用項目使用的存儲單元的大小，因此程序容量小于存儲器容量。設計階段，由于用戶應用程序還未編制，因此，程序容量在設計階段是未知的，需在程序調試之后才知道。為了設計選型時能對程序容量有一定估算，通常采用存儲器容量的估算來替代。

    存儲器內存容量的估算沒有固定的公式，許多文獻資料中給出了不同公式，大體上都是按數字量I/O點數的10～15倍，加上模擬I/O點數的100倍，以此數為內存的總字數（16位為一個字），另外再按此數的25%考慮余量。

    三、控制功能的選擇

    該選擇包括運算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等特性的選擇。

    (一)運算功能

    簡單PLC的運算功能包括邏輯運算、計時和計數功能；普通PLC的運算功能還包括數據移位、比較等運算功能；較復雜運算功能有代數運算、數據傳送等；大型PLC中還有模擬量的PID運算和其他高級運算功能。隨著開放系統的出現，目前在PLC中都已具有通信功能，有些產品具有與下位機的通信，有些產品具有與同位機或上位機的通信，有些產品還具有與工廠或企業網進行數據通信的功能。設計選型時應從實際應用的要求出發，合理選用所需的運算功能。大多數應用場合，只需要邏輯運算和計時計數功能，有些應用需要數據傳送和比較，當用于模擬量檢測和控制時，才使用代數運算，數值轉換和PID運算等。要顯示數據時需要譯碼和編碼等運算。

    (二)控制功能

    控制功能包括PID控制運算、前饋補償控制運算、比值控制運算等，應根據控制要求確定。PLC主要用于順序邏輯控制，因此，大多數場合常采用單回路或多回路控制器解決模擬量的控制，有時也采用的智能輸入輸出單元完成所需的控制功能，提高PLC的處理速度和節省存儲器容量。例如采用PID控制單元、高速計數器、帶速度補償的模擬單元、ASC碼轉換單元等。

    (三)通信功能

    大中型PLC系統應支持多種現場總線和標準通信協議（如TCP/IP），需要時應能與工廠管理網（TCP/IP）相連接。通信協議應符合ISO/IEEE通信標準，應是開放的通信網絡。

    PLC系統的通信接口應包括串行和并行通信接口（RS2232C/422A/423/485）、RIO通信口、工業以太網、常用DCS接口等；大中型PLC通信總線（含接口設備和電纜）應1：1冗余配置，通信總線應符合標準，通信距離應滿足裝置實際要求。

    PLC系統的通信網絡中，上級的網絡通信速率應大于1Mbps，通信負荷不大于60%。PLC系統的通信網絡主要形式有下列幾種形式：1）PC為主站，多臺同型號PLC為從站，組成簡易PLC網絡；2）1臺PLC為主站，其他同型號PLC為從站，構成主從式PLC網絡；3）PLC網絡通過特定網絡接口連接到大型DCS中作為DCS的子網；4）PLC網絡（各廠商的PLC通信網絡）。

    為減輕CPU通信任務，根據網絡組成的實際需要，應選擇具有不同通信功能的（如點對點、現場總線、工業以太網）通信處理器。

    (四)編程功能

    離線編程方式：PLC和編程器公用一個CPU，編程器在編程模式時，CPU只為編程器提供服務，不對現場設備進行控制。完成編程后，編程器切換到運行模式，CPU對現場設備進行控制，不能進行編程。離線編程方式可降低系統成本，但使用和調試不方便。在線編程方式：CPU和編程器有各自的CPU，主機CPU負責現場控制，并在一個掃描周期內與編程器進行數據交換，編程器把在線編制的程序或數據發送到主機，下一掃描周期，主機就根據新收到的程序運行。這種方式成本較高，但系統調試和操作方便，在大中型PLC中常采用。

    五種標準化編程語言：順序功能圖（SFC）、梯形圖（LD）、功能模塊圖（FBD）三種圖形化語言和語句表（IL）、結構文本（ST）兩種文本語言。選用的編程語言應遵守其標準（IEC6113123），同時，還應支持多種語言編程形式，如C，Basic等，以滿足特殊控制場合的控制要求。

    (五)診斷功能

    PLC的診斷功能包括硬件和軟件的診斷。硬件診斷通過硬件的邏輯判斷確定硬件的故障位置，軟件診斷分內診斷和外診斷。通過軟件對PLC內部的性能和功能進行診斷是內診斷，通過軟件對PLC的CPU與外部輸入輸出等部件信息交換功能進行診斷是外診斷。

    PLC的診斷功能的強弱，直接影響對操作和維護人員技術能力的要求，并影響平均維修時間。

    (六)處理速度

    PLC采用掃描方式工作。從實時性要求來看，處理速度應越快越好，如果信號持續時間小于掃描時間，則PLC將掃描不到該信號，造成信號數據的丟失。

    處理速度與用戶程序的長度、CPU處理速度、軟件質量等有關。目前，PLC接點的響應快、速度高，每條二進制指令執行時間約0.2～0.4Ls，因此能適應控制要求高、相應要求快的應用需要。掃描周期（處理器掃描周期）應滿足：小型PLC的掃描時間不大于0.5ms/K；大中型PLC的掃描時間不大于0.2ms/K。

    四、機型的選擇

    (一)PLC的類型

    PLC按結構分為整體型和模塊型兩類，按應用環境分為現場安裝和控制室安裝兩類；按CPU字長分為1位、4位、8位、16位、32位、64位等。從應用角度出發，通常可按控制功能或輸入輸出點數選型。

    整體型PLC的I/O點數固定，因此用戶選擇的余地較小，用于小型控制系統；模塊型PLC提供多種I/O卡件或插卡，因此用戶可較合理地選擇和配置控制系統的I/O點數，功能擴展方便靈活，一般用于大中型控制系統。

    (二)輸入輸出模塊的選擇

    輸入輸出模塊的選擇應考慮與應用要求的統一。例如對輸入模塊，應考慮信號電平、信號傳輸距離、信號隔離、信號供電方式等應用要求。對輸出模塊，應考慮選用的輸出模塊類型，通常繼電器輸出模塊具有價格低、使用電壓范圍廣、壽命短、響應時間較長等特點；可控硅輸出模塊適用于開關頻繁，電感性低功率因數負荷場合，但價格較貴，過載能力較差。輸出模塊還有直流輸出、交流輸出和模擬量輸出等，與應用要求應*。

    可根據應用要求，合理選用智能型輸入輸出模塊，以便提高控制水平和降低應用成本。

    考慮是否需要擴展機架或遠程I/O機架等。

    (三)電源的選擇

    PLC的供電電源，除了引進設備時同時引進PLC應根據產品說明書要求設計和選用外，一般PLC的供電電源應設計選用220VAC電源，與國內電網電壓*。重要的應用場合，應采用不間斷電源或穩壓電源供電。

    如果PLC本身帶有可使用電源時，應核對提供的電流是否滿足應用要求，否則應設計外接供電電源。為防止外部高壓電源因誤操作而引入PLC，對輸入和輸出信號的隔離是必要的，有時也可采用簡單的二極管或熔絲管隔離。

    (四)存儲器的選擇

    由于計算機集成芯片技術的發展，存儲器的價格已下降，因此，為保證應用項目的正常投運，一般要求PLC的存儲器容量，按256個I/O點至少選8K存儲器選擇。需要復雜控制功能時，應選擇容量更大，檔次更高的存儲器。

    (五)冗余功能的選擇

    1．控制單元的冗余

    (1)重要的過程單元：CPU（包括存儲器）及電源均應1B1冗余。

    (2)在需要時也可選用PLC硬件與熱備軟件構成的熱備冗余系統、2重化或3重化冗余容錯系統等。

    2．I/O接口單元的冗余

    (1)控制回路的多點I/O卡應冗余配置。

    (2)重要檢測點的多點I/O卡可冗余配置。（3）根據需要對重要的I/O信號，可選用2重化或3重化的I/O接口單元。

    (六)經濟性的考慮

    選擇PLC時，應考慮性能價格比。考慮經濟性時，應同時考慮應用的可擴展性、可操作性、投入產出比等因素，進行比較和兼顧，zui終選出較滿意的產品