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(shù)
集成了安全功能
設(shè)計與操作
集成系統(tǒng)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(fā)布范圍內(nèi)）。背板總線的速度是 S7-400 PLC 的 40 倍；由于代碼生成得到優(yōu)化，CPU 的響應(yīng)速度與現(xiàn)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(biāo)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(wǎng)絡(luò)隔離。通過集成的 PROFIBUS 的接口，可以將 PROFIBUS 節(jié)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(shù)
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(diào)試工具對變頻器進行調(diào)試。自動發(fā)送到工程組態(tài)系統(tǒng)和人機界面的報警消息可以簡化用戶調(diào)試，節(jié)省調(diào)試時間，降低工作量。
集成了安全功能
與 STEP 7 結(jié)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(jīng)授權(quán)而讀出并更改程序塊的內(nèi)容。
復(fù)制保護加強了安全防護，防止未經(jīng)授權(quán)而復(fù)制程序塊?？梢詫⒕唧w程序塊鏈接至存儲卡的序列號，以便只有在將組態(tài)的存儲卡插到 CPU 中之后，才會執(zhí)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(quán)限。
由于操作保護得到改進，因此，控制器可以檢測到數(shù)據(jù)更改或未經(jīng)授權(quán)的組態(tài)數(shù)據(jù)傳輸。
設(shè)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(tài)，或者無需編程器而設(shè)置和更改 IP 地址。系統(tǒng)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(yīng)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(tǒng)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(tài)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(tǒng)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(yīng)地拆卸和重新安裝部件”功能的客戶使用。
集成系統(tǒng)診斷功能
集成系統(tǒng)診斷功能已針對 S7-1500系列的 CPU 預(yù)先激活；系統(tǒng)診斷信息以普通文本形式統(tǒng)一顯示在顯示屏、TIA Portal、HMI 和 Web 服務(wù)器上，甚至可顯示來自變頻器的消息；現(xiàn)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(tài)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(tài)。SIMATIC STEP 7 Professional V12 是用于對 SIMATIC S7-1500 進行直觀處理的工程組態(tài)系統(tǒng)，除了對 S7-1500進行組態(tài)外，還可對 S7-300/400 和 S7-1200 控制器進行組態(tài)。
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(zhuǎn)換程序代碼。將會記錄無法自動轉(zhuǎn)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(xù)在兼容模式下用于 STEP 7 V12。并且，可通過粘貼/復(fù)制功能將 S7-1200 程序轉(zhuǎn)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(zhí)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(tǒng)函數(shù)（SFC）和用戶程序，可以創(chuàng)建數(shù)據(jù)塊，并將數(shù)據(jù)存儲在 SIMATIC 存儲卡上。
SIMATIC 設(shè)備 PROFINET 接口的每個端口都有一個 LED 指示燈。借助于 PROFINET 設(shè)備的 LED 的狀態(tài)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(tài)。
下表匯總了 S7-1500、ET 200MP、ET 200SP 和 ET 200AL 系統(tǒng)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(tǒng)中這些 LED 指示燈的含義：
系統(tǒng)上電，在HW Config界面中，點擊圖標(biāo)。然后選擇菜單PLC中，點擊Assign Device Name...。彈出設(shè)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(tài)，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(shè)備類型，此時指示在Ethernet(1)上的PN IO的類型均為ET200S。設(shè)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(tài)的ET200S的設(shè)備名稱為ET200S1，根據(jù)不同的MAC地址，通過鼠標(biāo)選擇不同ET200S設(shè)備。選擇MAC地址為08-00-06-6B-F7-A6的ET200S，通過按鈕，給其命名ET200S1。
例如在使用TCP通訊建立連接時采用客戶端服務(wù)器模式，這種模式又常常被稱為主從式架構(gòu)，簡稱為C/S結(jié)構(gòu)，屬于一種網(wǎng)絡(luò)通訊架構(gòu)，將通訊的雙方以客戶端（Client ）與服務(wù)器 (Server) 的身份區(qū)分開來。使用C/S結(jié)構(gòu)的通信常見的還有S7通信， ISO-on-TCP通信。
服務(wù)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(jié)果。
客戶端的特征：主動角色，發(fā)送連接請求，等待服務(wù)器的響應(yīng)。
端口：是指用于區(qū)分不同服務(wù)的邏輯編號，端口號的范圍從0到65535，SIEMENS設(shè)備的開放式以太網(wǎng)通信通常使用編號為2000~5000范圍內(nèi)端口。
客戶端側(cè)在配置TCP連接時，必須設(shè)置服務(wù)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(shè)備自動分配。
服務(wù)器側(cè)在配置TCP連接時，必須設(shè)置服務(wù)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(wù)器側(cè)連接參數(shù)設(shè)置
圖 2 在STEP7 V5.x 軟件中TCP客戶端側(cè)連接參數(shù)設(shè)置
SINAMICS S120的GSD文件，可用于DP主站設(shè)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(yīng)的GSD文件也不同，可根據(jù)實際情況選擇合適的GSD文件。
S120的GSD文件可從西門子技術(shù)支持網(wǎng)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(diào)試軟件，創(chuàng)建一個新項目，并插入PLC。然后雙擊“Hardware”打開硬件組態(tài)。如圖2所示。
圖2 打開硬件組態(tài)界面
在硬件組態(tài)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(tǒng)設(shè)計時，首先應(yīng)確定控制方案，下一步工作就是PLC工程設(shè)計選型。工藝流程的特點和應(yīng)用要求是設(shè)計選型的主要依據(jù)。PLC及有關(guān)設(shè)備應(yīng)是集成的、標(biāo)準的，按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則選型。所選用PLC應(yīng)是在相關(guān)工業(yè)領(lǐng)域有投運業(yè)績、成熟可靠的系統(tǒng)，PLC的系統(tǒng)硬件、軟件配置及功能應(yīng)與裝置規(guī)模和控制要求相適應(yīng)。熟悉可編程序控制器、功能表圖及有關(guān)的編程語言有利于縮短編程時間，因此，工程設(shè)計選型和估算時，應(yīng)詳細分析工藝過程的特點、控制要求，明確控制任務(wù)和范圍確定所需的操作和動作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點數(shù)、所需存儲器容量、確定PLC的功能、外部設(shè)備特性等，zui后選擇有較高性能價格比的PLC和設(shè)計相應(yīng)的控制系統(tǒng)。
一、輸入輸出（I/O）點數(shù)的估算
I/O點數(shù)估算時應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)挠嗔浚ǔ８鶕?jù)統(tǒng)計的輸入輸出點數(shù)，再增加10%～20%的可擴展余量后，作為輸入輸出點數(shù)估算數(shù)據(jù)。實際訂貨時，還需根據(jù)制造廠商PLC的產(chǎn)品特點，對輸入輸出點數(shù)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(yīng)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(shè)計階段，由于用戶應(yīng)用程序還未編制，因此，程序容量在設(shè)計階段是未知的，需在程序調(diào)試之后才知道。為了設(shè)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(nèi)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(shù)字量I/O點數(shù)的10～15倍，加上模擬I/O點數(shù)的100倍，以此數(shù)為內(nèi)存的總字數(shù)（16位為一個字），另外再按此數(shù)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(shù)功能；普通PLC的運算功能還包括數(shù)據(jù)移位、比較等運算功能；較復(fù)雜運算功能有代數(shù)運算、數(shù)據(jù)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(tǒng)的出現(xiàn)，目前在PLC中都已具有通信功能，有些產(chǎn)品具有與下位機的通信，有些產(chǎn)品具有與同位機或上位機的通信，有些產(chǎn)品還具有與工廠或企業(yè)網(wǎng)進行數(shù)據(jù)通信的功能。設(shè)計選型時應(yīng)從實際應(yīng)用的要求出發(fā)，合理選用所需的運算功能。大多數(shù)應(yīng)用場合，只需要邏輯運算和計時計數(shù)功能，有些應(yīng)用需要數(shù)據(jù)傳送和比較，當(dāng)用于模擬量檢測和控制時，才使用代數(shù)運算，數(shù)值轉(zhuǎn)換和PID運算等。要顯示數(shù)據(jù)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(yīng)根據(jù)控制要求確定。PLC主要用于順序邏輯控制，因此，大多數(shù)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(jié)省存儲器容量。例如采用PID控制單元、高速計數(shù)器、帶速度補償?shù)哪M單元、ASC碼轉(zhuǎn)換單元等。
(三)通信功能
大中型PLC系統(tǒng)應(yīng)支持多種現(xiàn)場總線和標(biāo)準通信協(xié)議（如TCP/IP），需要時應(yīng)能與工廠管理網(wǎng)（TCP/IP）相連接。通信協(xié)議應(yīng)符合ISO/IEEE通信標(biāo)準，應(yīng)是開放的通信網(wǎng)絡(luò)。
PLC系統(tǒng)的通信接口應(yīng)包括串行和并行通信接口（RS2232C/422A/423/485）、RIO通信口、工業(yè)以太網(wǎng)、常用DCS接口等；大中型PLC通信總線（含接口設(shè)備和電纜）應(yīng)1：1冗余配置，通信總線應(yīng)符合標(biāo)準，通信距離應(yīng)滿足裝置實際要求。
PLC系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)中，上級的網(wǎng)絡(luò)通信速率應(yīng)大于1Mbps，通信負荷不大于60%。PLC系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)；2）1臺PLC為主站，其他同型號PLC為從站，構(gòu)成主從式PLC網(wǎng)絡(luò)；3）PLC網(wǎng)絡(luò)通過特定網(wǎng)絡(luò)接口連接到大型DCS中作為DCS的子網(wǎng)；4）PLC網(wǎng)絡(luò)（各廠商的PLC通信網(wǎng)絡(luò)）。
為減輕CPU通信任務(wù)，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)組成的實際需要，應(yīng)選擇具有不同通信功能的（如點對點、現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網(wǎng)）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(wù)，不對現(xiàn)場設(shè)備進行控制。完成編程后，編程器切換到運行模式，CPU對現(xiàn)場設(shè)備進行控制，不能進行編程。離線編程方式可降低系統(tǒng)成本，但使用和調(diào)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(zé)現(xiàn)場控制，并在一個掃描周期內(nèi)與編程器進行數(shù)據(jù)交換，編程器把在線編制的程序或數(shù)據(jù)發(fā)送到主機，下一掃描周期，主機就根據(jù)新收到的程序運行。這種方式成本較高，但系統(tǒng)調(diào)試和操作方便，在大中型PLC中常采用。
五種標(biāo)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(jié)構(gòu)文本（ST）兩種文本語言。選用的編程語言應(yīng)遵守其標(biāo)準（IEC6113123），同時，還應(yīng)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(nèi)診斷和外診斷。通過軟件對PLC內(nèi)部的性能和功能進行診斷是內(nèi)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(shù)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(yīng)越快越好，如果信號持續(xù)時間小于掃描時間，則PLC將掃描不到該信號，造成信號數(shù)據(jù)的丟失。
處理速度與用戶程序的長度、CPU處理速度、軟件質(zhì)量等有關(guān)。目前，PLC接點的響應(yīng)快、速度高，每條二進制指令執(zhí)行時間約0.2～0.4Ls，因此能適應(yīng)控制要求高、相應(yīng)要求快的應(yīng)用需要。掃描周期（處理器掃描周期）應(yīng)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(jié)構(gòu)分為整體型和模塊型兩類，按應(yīng)用環(huán)境分為現(xiàn)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(yīng)用角度出發(fā)，通?？砂纯刂乒δ芑蜉斎胼敵鳇c數(shù)選型。
整體型PLC的I/O點數(shù)固定，因此用戶選擇的余地較小，用于小型控制系統(tǒng)；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(tǒng)的I/O點數(shù)，功能擴展方便靈活，一般用于大中型控制系統(tǒng)。
(二)輸入輸出模塊的選擇
輸入輸出模塊的選擇應(yīng)考慮與應(yīng)用要求的統(tǒng)一。例如對輸入模塊，應(yīng)考慮信號電平、信號傳輸距離、信號隔離、信號供電方式等應(yīng)用要求。對輸出模塊，應(yīng)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(yīng)時間較長等特點；可控硅輸出模塊適用于開關(guān)頻繁，電感性低功率因數(shù)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(yīng)用要求應(yīng)*。
可根據(jù)應(yīng)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(yīng)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(shè)備時同時引進PLC應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品說明書要求設(shè)計和選用外，一般PLC的供電電源應(yīng)設(shè)計選用220VAC電源，與國內(nèi)電網(wǎng)電壓*。重要的應(yīng)用場合，應(yīng)采用不間斷電源或穩(wěn)壓電源供電。
如果PLC本身帶有可使用電源時，應(yīng)核對提供的電流是否滿足應(yīng)用要求，否則應(yīng)設(shè)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(shù)的發(fā)展，存儲器的價格已下降，因此，為保證應(yīng)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(fù)雜控制功能時，應(yīng)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(yīng)1B1冗余。
(2)在需要時也可選用PLC硬件與熱備軟件構(gòu)成的熱備冗余系統(tǒng)、2重化或3重化冗余容錯系統(tǒng)等。
2．I/O接口單元的冗余
(1)控制回路的多點I/O卡應(yīng)冗余配置。
(2)重要檢測點的多點I/O卡可冗余配置。（3）根據(jù)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(jīng)濟性的考慮
選擇PLC時，應(yīng)考慮性能價格比?？紤]經(jīng)濟性時，應(yīng)同時考慮應(yīng)用的可擴展性、可操作性、投入產(chǎn)出比等因素，進行比較和兼顧，zui終選出較滿意的產(chǎn)品
