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SIEMENS 長沙豪乾智能科技有限公司
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SIMATIC S7-300 提供多種性能等級的 CPU。除了標準型 CPU 外，還提供緊湊型 CPU。
同時還提供技術功能型 CPU 和故障安全型 CPU。
下列標準型CPU 可以提供：
下列緊湊型CPU 可以提供：
下列技術型CPU 可以提供：
下列故障安全型CPU 可以提供：
MATIC S7-1500 中提供一種更為全面的安全保護機制，包括授權級別、模塊保護以及通信的完整性等各個方面?！靶畔踩伞睓C制除了可以確保投資安全，而且還可持續(xù)提高系統(tǒng)的可用性。
專有技術保護
加密算法可以有效防范未經(jīng)授權的訪問和修改。這樣可以避免機械設備被仿造，從而確保了投資安全。
防拷貝保護
可通過綁定SIMATIC 存儲卡或CPU 的序列號，確保程序無法在其它設備中運行。
這樣程序就無法拷貝，而且只能在指定的存儲卡或CPU 上運行。
訪問保護功能提供一種全面的安全保護功能，可防止未經(jīng)授權的項目計劃更改。采用為各用戶組分別設置訪問密碼，確保具有不同級別的訪問權限。此外，安全的CP 1543-1 模塊的使用，更是加強了集成防火墻的訪問保護。
系統(tǒng)對傳輸?shù)娇刂破鞯臄?shù)據(jù)進行保護，防止對其進行未經(jīng)授權的訪問?？刂破骺梢宰R別發(fā)生變更的工程組態(tài)數(shù)據(jù)或者來自陌生設備的工程組態(tài)數(shù)據(jù)。
SIMATIC S7-1500 中集成有診斷功能，無需再進行額外編程。統(tǒng)一的顯示機制可將故障信息以文本方式顯示在TIA博途、HMI、Web server和CPU 的顯示屏上。
一鍵生成診斷信息
只需簡單一擊，無需額外編程操作，既可生成系統(tǒng)診斷信息。整個系統(tǒng)中集成有包含軟硬件在內(nèi)的所有診斷信息。
統(tǒng)一的顯示機制
無論是在本地還是通過Web 遠程訪問，文本信息和診斷信息的顯示都完全相同，從而確保所有層級上的投資安全。
接線端子/ LED 標簽的1:1 分配
在測試、調(diào)試、診斷和操作過程中，通過對端子和標簽進行快速便捷的顯示分配，節(jié)省了大量操作時間。
通道級的顯示機制
發(fā)生故障時，可快速準確地識別受影響的通道，從而縮短了停機時間，并提高了工廠設備的可用性。
TRACE 功能
TRACE 功能適用于所有CPU，不僅增強了用戶程序和運動控制應用診斷的準確性，同時還極大優(yōu)化了驅動裝置的性能
SIMATIC S7-1500 中可將運動控制功能直接集成到PLC 中，而無需使用其它模塊。通過PLCopen 技術，控制器可使用標準組件連接支持PROFIdrive 的各種驅動裝置。此外，SIMATIC S7-1500 還支持所有CPU 變量的TRACE 功能，提高了調(diào)試效率的同時優(yōu)化了驅動和控制器的性能。TRACE 功能適用于所有CPU，不僅增強了用戶程序和運動控制應用診斷的準確性，同時還極大優(yōu)化了驅動裝置的性能。運動控制功能通過運動控制功能可連接各種模擬量驅動裝置以及支持PROFIdrive 的驅動裝置。同時該功能還支持轉速軸和定位軸。
中央處理單元 (CPU) 是 SIMATIC S7-1500 的核心組件。它們除了可以執(zhí)行用戶程序，還可用于連接控制器和其它自動化組件。
首次發(fā)布的產(chǎn)品中包含以下三種 CPU：
CPU-1511-1 PN 適用于中小型應用
CPU-1513-1 PN 適用于大中型應用
CPU-1516-3 PN/DP 適用于要求較高的大型應用和其它通信任務
標準 CPU
CPU 1511-1 PN
CPU 1513-1 PN
CPU 1515-2 PN
CPU 1516-3 PN/DP
CPU 1517-3 PN/DP
CPU 1518-4 PN/DP
故障安全 CPU
CPU 1511F-1 PN
CPU 1513F-1 PN
CPU 1515F-2 PN
CPU 1516F-3 PN/DP
CPU 1517F-3 PN/DP
CPU 1518F-4 PN/DP具有不同性能范圍的5 種標準 CPU 可用于 SIMATIC S7-1500：
CPU 1511-1 PN: 適用于對程序范圍和處理速度具有中等要求的應用，通過 PROFINET IO 進行分布式配置。
CPU 1513-1 PN: 適用于對程序范圍和處理速度具有中等要求的應用，通過 PROFINET IO 進行分布式配置。
CPU 1515-2 PN:
適用于在程序范圍、網(wǎng)絡和處理速度方面具有中等/較高要求的應用，可通過 PROFINET IO 進行分布式配置；可以使用具有單獨 IP 地址的附加集成 PROFINET 接口，例如，用于網(wǎng)絡分離。
CPU 1516-3 PN/DP：
適用于對程序范圍和處理速度具有較高要求的應用，通過 PROFINET IO 和 PROFIBUS DP 進行分布式配置。 附加的集成 PROFINET 接口，具有單獨的 IP 地址，可用于網(wǎng)絡分離等。
CPU 1517-3 PN/DP：
適用于對程序范圍、聯(lián)網(wǎng)和處理速度具有很高要求的應用，通過 PROFINET IO 和 PROFIBUS DP 進行分布式配置。 例如，具備獨立 IP 地址的其它集成式 PROFINET 接口可以用來實現(xiàn)網(wǎng)絡隔離。
CPU 1518-4 PN/DP：
適用于在程序范圍和網(wǎng)絡方面具有極高要求的應用，且滿足處理速度方面的極高要求。 可通過 PROFINET IO 和 PROFIBUS DP 進行分布式配置；可以使用具有單獨 IP 地址的兩個附加集成 PROFINET 接口，例如，用于網(wǎng)絡分離。
具有不同性能范圍的2 種標準 CPU 可用于 SIMATIC S7-1500：
CPU 1516F-3 PN/DP:
適用于對程序范圍和處理速度具有較中/高要求的應用，用于通過帶 PROFIsafe 的 PROFINET IO 和 PROFIBUS DP 實現(xiàn)分布式配置。
CPU 1518F-4 PN/DP:
用于對程序作用域和處理速度具備高要求的應用，用于通過帶 PROFIsafe 的 PROFINET IO 和 PROFIBUS DP 實現(xiàn)分布式設置。附加的集成 PROFINET 接口，具有單獨的 IP 地址，可用于網(wǎng)絡分離等。
6ES7 516-3AN00-0AB0 西門子PLC S7-1500 CPU 1516-3 PN/DP：1 MB 程序，5 MB 數(shù)據(jù)；10 ns ；集成 2PN 接口，1 以太網(wǎng)接口，1DP 接口
6ES7 513-1AL00-0AB0 西門子PLC S7-1500 CPU 1513-1 PN：300 KB 程序，1.5 MB 數(shù)據(jù)；40 ns；集成 2PN 接口，
6ES7 511-1AK00-0AB0 西門子PLC S7-1500 CPU 1511-1 PN：150 KB 程序，1 MB 數(shù)據(jù)；60 ns；集成 2PN 接口，
一般信息
特性和客戶收益
技術數(shù)據(jù)
信號模塊或 I/O 設備組件將控制器和過程連接在一起。控制單元通過相連的傳感器記錄當前過程狀態(tài)，并對執(zhí)行器發(fā)出相應的響應。
通過數(shù)字量模塊和模擬量模塊，可以準確便捷地輸入/輸出特定任務所需的數(shù)據(jù)。這些模塊既可以直接在 CPU 中進行集中式處理，也可以通過 ET200MP I/O 系統(tǒng)進行分布式處理。
與S7-1500 CPU 類似，信號模塊同樣可以最大程度地提升生產(chǎn)力和生產(chǎn)效率。最優(yōu)的系統(tǒng)性能可確保最短的響應時間。創(chuàng)新的操作機制可確保安裝過程快速、可靠且無任何故障。
模塊具有高度可擴展性，可根據(jù)客戶需求量身定制，降低了成本的同時還提高了生產(chǎn)效率
模塊可以具有不同的通道數(shù)量和功能
集成更多功能，實現(xiàn)緊湊設計，減少了變量的使用
U 型連接器，可自行連接背板總線
節(jié)省了安裝空間，安裝導軌上可安裝更多組件
最優(yōu)系統(tǒng)性能，實現(xiàn)快速處理并最大程度確?？刂瀑|(zhì)量
采用 PROFINET IRT 進行循環(huán)同步操作，最短循環(huán)時間降至 250 μs
數(shù)字量輸入模塊，具有 50 μs 的超短輸入延時
模擬量模塊，8 通道轉換時間低至 125 μs
多功能模擬量輸入模塊，具有自動線性化特性，適用于溫度測量和限值監(jiān)測
智能化的產(chǎn)品設計，降低了機柜組裝成本
所有模塊都可以在 ET200MP I/O 系統(tǒng)中集中和分布使用
統(tǒng)一采用 40 針前連接器，適用于所有模塊
同一引腳上的信號相同。即，電路圖中宏指令創(chuàng)建后，即可無限次重復使用，從而避免了接線錯誤
集成短接片，簡化了接線操作
可擴展的電纜存放機制，為使用厚絕緣層的導線節(jié)省了更多空間
預先設計的電纜定位槽可在進行電氣連接之前實現(xiàn)直接預接線
采用機械式插頭連接器編碼模式，可防止插入錯誤和模塊連接錯誤
印刷電路接線圖，無需參考文檔即可直接進行連接
通信模塊提高了 SIMATIC S7-1500 自動化解決方案的靈活性和功能性。
同時通過連接企業(yè)管理級，使用更多的接口可構建更為復雜的自動化架構或進行過程優(yōu)化。串行接口可用于連接一個條形碼讀卡器或 RFID 讀卡器，實現(xiàn)非接觸式數(shù)據(jù)傳輸。
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CM PtP: 通過點到點連接實現(xiàn)串行通信
4 種通信模塊，可通過串行接口連接自動化組件。
可連接舊系統(tǒng)和外部系統(tǒng)
可連接數(shù)據(jù)讀卡器或特殊傳感器
可集中使用，也可在分布式 ET 200MP I/O 系統(tǒng)中使用
帶有各種物理接口，如 RS232、RS422 或者 RS485
可預定義各種協(xié)議，如 3964(R)、Modbus RTU 或 USS
可使用基于 Freeport 的應用特定協(xié)議 (ASCII)
所有模塊使用統(tǒng)一的編程接口
診斷報警可用于簡單故障修復
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CP 1543-1: 帶有安全功能的工業(yè)以太網(wǎng)連接
CP 1543-1 通信模塊憑借其高通信性能，極大地拓展了 S7-1500 的應用領域。
除 CPU 密碼保護之外，還可通過狀態(tài)檢測防火墻確保工業(yè)以太網(wǎng)連接的安全性
可分別組態(tài)本地訪問權限和遠程訪問權限
通過電子郵件實現(xiàn)簡單報警，并通過 FTP(S) 文件傳輸協(xié)議將產(chǎn)品數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂朴嬎銠C中
靈活集成在基于 IPv6 的架構中
支持網(wǎng)絡分段，可構建具有同一 IP 地址的相同設備
可在 TIA 博途中構建包含安全功能在內(nèi)的整體項目
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CM 1542-5: 高性能的 PROFIBUS 模塊
CM 1542-5 符合國際標準 IEC 61158/61784，支持 PROFIBUS DP 主站功能和 PROFIBUS DP 從站功能。通過該模塊，可以將 PROFIBUS 設備連接到不帶 PROFIBUS 接口的 S7-1500 控制器的CPU 上。
使用附加的 PROFIBUS 電纜，實現(xiàn)系統(tǒng)快速擴展
可為單個自動化任務分隔不同的 PROFIBUS 子網(wǎng)
減少了 S7-1500 CPU 中的通信任務，提高系統(tǒng)性能
可連接其他供應商提供的 PROFIBUS 從站
發(fā)生故障時，網(wǎng)絡分隔技術可降低模塊替換成本。
TIA Portal V12 中，集成了項目規(guī)劃功能
二、舉例
下面試通過施耐德電氣公司的一款安全 PLC，來更具體地說明安全PLC與常規(guī)PLC的區(qū)別。
2.1 安全PLC與常規(guī)PLC的CPU的差別
常規(guī)PLC內(nèi)部CPU 的數(shù)量有一個或多個，它或它們的作用是：執(zhí)行用戶的程序、進行I/O的掃描和系統(tǒng)的診斷。但用戶的程序通常就進行一次處理，多個CPU的功能是把程序中的 邏輯運算、算數(shù)運算、通信功能等分擔實現(xiàn)，也就是協(xié)作處理。
而安全PLC的CPU至少有兩個或多個，兩個CPU的功能是：分別對同一個用戶 程序各自執(zhí)行一次，然后再把兩個結果放在一起進行比較，如果比較的結果是一致的，就輸出這個結果，如果是不一致的，選擇安全的結果輸出。由此看出，這才是 安全PLC與常規(guī)PLC最大的不同：冗余+比較。
2.2 安全PLC內(nèi)部CPU的結構
安全PLC包含2個處理器，每個處理器 在自己的存儲器區(qū)中，執(zhí)行它們自己的安全邏輯，然后在每個周期的結尾和對方的結果進行比較，每個處理器有它自己獨立的停機通道，如果檢測到結果的不同或有 失效成分，它能夠實現(xiàn)系統(tǒng)停機，切到安全狀態(tài)。這種雙處理結構被稱為內(nèi)部的二選一結構。
安全PLC通常都有兩個處理器，同時進行解碼和執(zhí)行。這種差異性提供了失效檢測的下列優(yōu)點：
•兩個可執(zhí)行碼獨自生成，編譯的差異性使得在代碼生成時，容易檢測系統(tǒng)失效。
•兩個生成碼由不同的處理器執(zhí)行，因此，CPU能夠在代碼執(zhí) 行時，檢測出系統(tǒng)失效和PLC的隨機失效。
•兩個獨立的存儲器區(qū)用于兩個處理器，因此，CPU能夠檢測出RAM的隨機失效，而這在每個掃描 周期的全部RAM檢查時測不出來。
這里我們接著引出安全PLC與常規(guī)PLC第二個最大的不同：隨時+步步進行診斷和檢測。這種檢測有的是通 過自身信息進行的，稱為自檢;還有的通過對方的信息進行檢測，稱為互檢。后面我們還會提到更多的檢測。
2. 3 安全PLC CPU中的檢測
時鐘測量:在處理器電路中，有兩個不同的振蕩器交叉檢查它們的行為，每個處理器使用一個時鐘檢查另外一個是否運行。如果在一 個確定的周期里，檢測到對方?jīng)]有運行，CPU就會進入安全狀態(tài)。固件每秒鐘會檢查兩個振蕩器的精度。
監(jiān)視時鐘：一個硬件和一個固件的監(jiān)視時 鐘檢查PLC的活動和執(zhí)行用戶邏輯的執(zhí)行時間。這和常規(guī)的PLC系統(tǒng)是相同的。
序列檢查：序列檢查監(jiān)視CPU操作系統(tǒng)不同部分的執(zhí)行。
存儲器檢查：所有靜態(tài)存儲器區(qū)，包括Flash存儲器和RAM，使用循環(huán)冗余碼(CRC)進行檢測，并且雙碼執(zhí)行。動態(tài)存儲器區(qū)由雙碼執(zhí)行保護，周期性 進行檢測。在冷啟動時，這些檢測重新進行初始化。
從上面的分析可以看出，安全PLC的診斷和檢測比常規(guī)的PLC的檢測要多很多，所以相對來 說，硬件和軟件的設計更復雜。當然，檢測和診斷的范圍也更廣范，更細致。
2.4 安全PLC I/O診斷概述
上面我們對安全 PLC的CPU的情況進行了一個簡單的分析，下面我們再來看看安全輸入/輸出模塊的情況。
所有安全I/O模塊都要執(zhí)行以下兩個診斷功能：
•更多的系統(tǒng)層面的診斷，包括了：RAM測試、ROM測試、以及
•根據(jù)模塊的類型不同，現(xiàn)場層面的診斷，
下面的表格列出了 安全I/O模塊的現(xiàn)場診斷情況：
還有，安全PLC要對安全CPU和安全I/O之間的通信進行診斷，比如使用CRC校驗。因此，不僅 要檢查接收的數(shù)據(jù)是否等于發(fā)送的數(shù)據(jù)，而且要檢查數(shù)據(jù)變化。為了解決擾動問題，比如EMC的影響，它可能瞬間破壞你的數(shù)據(jù)，所以你需要對每個模塊，配置一 個很大的連續(xù)CRC錯誤診斷。
上電時診斷：在上電時，I/O模塊執(zhí)行擴展的自檢程序，如果測試出現(xiàn)錯誤，模塊被認為不健康，輸入輸出全部置 為0。
運行時的診斷：在系統(tǒng)運行時，I/O模塊執(zhí)行自檢程序，輸入模塊檢驗是否能夠從傳感器讀取整個范圍的數(shù)據(jù)，輸出模塊對它們的開關執(zhí)行 脈沖測試，周期小于1ms，在數(shù)字量輸入和數(shù)字量輸出模塊，上電自檢失效和模塊沒有接到外部的24V電源時，模塊不工作。
過壓診斷：因為電 子元件，從理論上說，電源電壓超過了最大值時，它們不應該工作，所以I/O模塊必須對來自背板的電源電壓進行監(jiān)視。
下表描述了對電源電壓的 監(jiān)視：
