S7-1500 自动化系统具有模块化的结构,可包含较多 32 个模块。它拥有丰富的模块,这些模块可进行各种组合。S7-1500 自动化系统支持单层配置,其中的所有模块均安装在一个 DIN 导轨上(请参见手册以了解要求)。
系统包含下列组件:
•控制器:
CPU 具有不同性能等级,并具有集成 PROFINET 接口或 PROFINET 和 PROFIBUS 接口,用于连接分布式 I/O 或用于编程设备、操作员面板、其它 SIMATIC 控制器或第三方设备间的通信。
SIMATIC S7-1500 适合使用多种型号的 CPU:- 标准 CPU(MFP 版本:能够在控制器上执行 C/C++ 代码)
- 紧凑型 CPU 不仅配备数字型和模拟型输入输出,还配备计数器输入和高速输出,将技术功能直接集成在 CPU 上。
- 故障安全型 CPU(MFP 版本:能够在控制器上执行 C/C++ 代码)适用于在同一台计算机上执行标准程序和安全相关的程序。
- 具有扩展运动控制功能的 T-CPU,如**同步运行(通过*同步位置进行同步)、凸轮功能以及运动控制功能。
•用于数字量和模拟量输入/输出的信号模块。
•工艺模块用于高速计数、位置检测或测量等功能。
•通信模块和通信处理器可通过通信接口将控制器进行扩展
根据具体要求,也可使用下列模块:
•在 CPU 向背板总线的输出对于所有连接的模块来说不够充分的情况下,电源模块 (PS) 通过背板总线为 S7-1500 模块的内部电路供电。另外,60 W 24/48/60 V DC HF PS 还可让 CPU *性存储整个工作存储器的内容(数据)。
•用于将 SIMATIC S7-1500 连接到 120/230 VAC 电源的负载电源模块 (PM)。
•接口模块用于连接基于 S7-1500 的分布式 I/O。
SIMATIC S7-1500 通过通信处理器或通过配备集成 PROFIBUS DP 接口的 CPU 连接到 PROFIBUS DP 总线系统。可连接以下设备:
•SIMATIC S7-1200
•SIMATIC S7-1500
•SIMATIC S7-300
•SIMATIC S7-400
•SIMATIC S5-115U/H、S5-135U、S5-155U/H
•编程设备
•PC、工业 PC
•SIMATIC HMI 操作员控制和监视系统
•数控
•机械手控制装置
•驱动控制装置
•其它厂商的设备
通过点到点通信模块进行数据通信
通过点到点通信模块,可实现功能强大的点到点连接。例如,可以连接以下设备:
•SIMATIC S7、SIMATIC S5 自动化系统和其他公司的系统
•扫描仪、条形码阅读器、识别系统
•机械手控制装置
•打印机
支持的协议:
•Freeport:适用于通用通信的用户可设置报文格式
•3964(R) 可提高传输可靠性
•Modbus RTU 主站
•Modbus RTU 从站
•USS,通过指令实现
接口性质:
•RS 232 带辅助信号
•RS 422 用于全双工连接
•RS 485 用于半双工和多点连接
•传输速率为 300 - 115 200 bit/s
•通过 Sub D 连接器进行连接
功能
提供有大量功能,支持用户的 SIMATIC S7-1500 编程、调试和维护等工作。
•性能- 指令处理速度更快, 取决于 CPU 型号、语言扩展和新的数据类型
- 代码生成得到优化,响应时间显著缩短
•集成技术- 通过标准 PLCopen 运动控制块,简便、快速地对运动序列进行编程
- 运动控制功能支持速度控制轴、定位轴、相对同步操作(在没有位置同步规范的条件下实现同步)以及外部编码器、凸轮和探头。
- CPU 技术中还集成了诸如**同步操作(利用位置同步规范进行同步)凸轮和和用于控制运动系统等扩展的运动控制功能。
- 方便的诊断和调试工具提供了驱动器调试支持
- 向组态系统和人机界面自动发送报警消息:简化的故障排除步骤节省了调试时的时间与工作量。
•等时同步模式- 将分布式信号采集、信号传输和程序执行与具有恒定总线循环时间的 PROFIBUS 和 PROFINET 的循环进行同步耦合:
采集输入信号并进行处理,按固定时间间隔(恒定总线循环时间)将输出信号输出。同时创建了前后一致的部分过程图像。
- 由于分布式 I/O 以恒定总线循环时间进行同步信号处理,可实现精确可重现的确定过程响应时间
- 在分布式自动化解决方案中,SIMATIC S7-1500 还可促进高速处理操作,并可实现较高精度和重现性。这意味着可在提供较佳且恒定的质量的同时提高产量。
- 提供了用于完成运动控制、测量值采集、高速控制等复杂任务的全面组件。
•集成安全功能- 通过密码进行知识保护,防止未经授权而读取和修改程序块(与 STEP 7 相结合)
- 通过复制保护
来提高保护程度,防止未经授权而复制程序块:通过复制保护,可将 SIMATIC 存储卡上的程序块与其序列号绑定,以便只有在将配置的存储卡插到 CPU 中时,该程序块才可运行。
- 4 级授权方式:
可向用户组分配不同访问权限。通过新的保护级别 4,还可以限制与 HMI 设备之间的通信。由于操作保护得到改进,控制器可以检测到组态数据的更改或未经允许的传输。
•设计与操作- 带集成显示屏的 CPU:
用于方便地分析集中和分布式模块的状态,或不使用编程设备而设置或更改 IP 地址。系统诊断信息和用户报警在显示屏上以普通文本形式显示,有助于快速有效地响应产生的错误消息。菜单和消息文本在显示屏上可以多种语言显示。
•集成系统诊断 - 显示屏上、TIA Portal 中、操作员面板上以及 Web 服务器上以纯文本形式一致显示系统诊断信息(甚至能显示来自变频器的消息),即使 CPU 处于停止模式也会进行是可能的。此功能是作为一个系统功能集成在 CPU 固件中,*由用户单独组态。若配置了新硬件组件,则自动更新
通过 PROFIBUS DP 进行过程通信
SIMATIC S7-1500 通过通信处理器或通过配备集成 PROFIBUS DP 接口的 CPU 连接到 PROFIBUS DP 总线系统。通过带有 PROFIBUS DP 接口的 CPU 或通讯模块,可构建一个高速的分布式自动化系统,并且使得操作大大简化。
从用户的角度来看,PROFIBUS DP 上的分布式I/O处理与集中式I/O处理没有区别(相同的组态,编址及编程)。
以下设备可作为主站连接:
•SIMATIC S7-1500
(通过带 PROFIBUS DP 接口或 PROFIBUS DP 通信模块的 CPU)
•SIMATIC S7-300
(使用带 PROFIBUS DP 接口的 CPU 或 PROFIBUS DP CP)
•SIMATIC S7-400
(使用带 PROFIBUS DP 接口的 CPU 或 PROFIBUS DP CP)
•SIMATIC S5-115U/H、S5-135U 和 S5-155U/H,带 IM 308
•SIMATIC 505
以下设备可作为普通从站或智能从站来连接:
•分布式 I/O 设备,例如 ET 200
•现场设备
•SIMATIC S7-200、S7-1200、S7-300
•C7-633/P DP, C7-633 DP, C7-634/P DP, C7-634 DP, C7-626 DP
•SIMATIC S7-400(仅通过 CP 443-5)
•SIMATIC S7-1500(只能通过 CP/CM 1542-5)
不过,安装有 STEP 7 的编程器/PC 或 SIMATIC HMI 面板仅使用部分通过 PROFIBUS DP 运行的 PG 和 OP 功能
S7-1500 配有各种通信接口:
•PROFINET IO IRT 接口(2 端口交换机),集成在 CPU 中;
用于获得确定的响应时间和高设备精度。
•通信处理机,用于连接到 PROFIBUS,工业以太网和 PROFINET 总线系统。
•用于点到点连接的通讯模块。
CPU 1515 PN 具有一个附加的集成 PROFINET 接口,其具有单独的 IP 地址,例如,用于网络分离或连接其他 PROFINET IO 设备。对于 CPU 1516-3 PN/DP,可通过该集成 PROFIBUS 接口来连接 PROFIBUS 节点。通过一个 PROFIBUS CM,可方便地对不带集成 PROFIBUS 接口的 CPU 进行扩展。
通过 PROFINET IO 进行过程通信
SIMATIC S7-1500 通过集成的 PROFINET 接口连接到 PROFINET IO 总线系统,可实现具有确定响应时间和高精度设备性能的分布式自动化配置。
从用户的角度来看,PROFINET IO 上的分布式 I/O 处理与集中式 I/O 处理没有区别(相同的组态,编址及编程)。
可将下列设备作为 IO 控制器进行连接:
•SIMATIC S7-1500
•SIMATIC S7-1200
•SIMATIC S7-300(使用配备 PROFINET 接口或 PROFINET CP 的 CPU)
•SIMATIC S7-400(使用配备 PROFINET 接口或 PROFINET CP 的 CPU)
•SIMATIC ET 200(通过带有 PROFINET 接口的 CPU)
以下可作为智能设备或设备连接:
•SIMATIC S7-1500
•SIMATIC S7-1200(FW 4.0 或更高版本)
•ET 200S IM151-8 PN/DP CPU, ET 200pro IM154-8 PN/DP CPU
•ET 200SP CPU 1510SP-1 PN, CPU 1512SP-1 PN
•SIMATIC S7-300(使用配备 PROFINET 接口或 PROFINET CP 的 CPU)
•SIMATIC S7-400(使用配备 PROFINET 接口或 PROFINET CP 的 CPU)
•ET 200 分布式 I/O 设备
•作为直接按键模块运行的人机界面设备
•现场设备
通过以太网的数据通信
S7-1500 可通过集成 PROFINET 接口或通过通信模块连接到工业以太网总线系统。可连接以下设备:
•SIMATIC S7-1200
•SIMATIC S7-1500
•SIMATIC S7-300
•SIMATIC S7-400
•SIMATIC S5-115U/H、S5-135U、S5-155U/H
•编程设备
•PC、工业 PC
•SIMATIC HMI 操作员控制和监视系统
•数控
•机械手控制装置
•驱动控制装置
•其它厂商的设备
支持的协议:
• TCP/IP
•ISO-on-TCP (RFC1006)
•UDP
•SNMP
•DCP
•LLDP
•HTTP
•HTTPS
•MODBUS TCP
•OPC UA
工业以太网通信处理器 CP 1543-1 提供了以下附加功能:
•1 Gbit 接口
•支持 IPv6
•安全性:通过硬件识别、IP/MAC 访问列表、防火墙、* 隧道进行访问保护
•通过 ISO 协议与 S5 系统通信
•FTP(客户端/服务器),电子邮件,SNMPv1 / v3
应用
SIMATIC S7-1500 是一个模块化控制系统,适用于离散自动化领域内的各种自动化应用。
模块化、无风扇设计、易于实现分布式结构以及方便的操作,使得 SIMATIC S7-1500 成为中、低端应用中各种不同任务的经济、用户友好的解决方案。
SIMATIC S7-1500 的应用领域包括:
•特殊机械
•纺织机械
•包装机械
•输送机
•装配机
•堆垛机
•一般机械设备制造
•控制器制造
•机床制造
•安装系统,
•电气与电子工业及相关产业
•汽车
•供水/污水处理
•食品和饮料
•基础设施(隧道、交通控制、船舶、机场等)
提供了具有不同性能水平的多种 CPU 以及一个包含许多便利功能的全面模块系列。故障安全 CPU 便于在故障安全应用中使用。由于具有模块化的设计,用户可以仅采用其应用所需的模块。任务扩展时,可通过使用附加模块随时对控制器进行升级。
SIMATIC S7-1500 具有较高的电磁兼容性、抗冲击性及抗振性,工业强度高,可实现通用。
简单的设计使得 SIMATIC S7-1500 多功能,便于维护。
•集成背板总线:
集成的背板总线;背板总线集成在模块上。模块通过 U 形连接器相连,总线连接器插在外壳的背面。可以节省安装时间。
•模块组装在 S7-1500 安装导轨上:
具有各种长度,包括切割至定长的型号。由于具有集成式 DIN 导轨,可以卡装广泛的标准部件,如附加端子、小型断路器或小型继电器。
•性能可靠,接线方便:- I/O 信号是通过统一的 40 针前连接器来连接的。信号模块和前连接器之间具**械编码,可防止因意外的错误插入而对电路造成破坏。
- 为了对前连接器进行简单接线,可将该连接器置于“预接线位置”。在此位置上,插头尚未与模块电路接触。此位置还可用于在运行过程中进行改动。用户可借助于前盖内侧的一个印制电缆连接图进行连接。
- 前连接器作为带螺钉型端子或推入式端子的型号提供。两个型号都可以连接线芯截面积为 0.252 ~ 1.5 mm2(AWG 24 ~ AWG 16)的导线。
- 另外,数字量信号模块可通过 TOP Connect 进行系统接线。通过 TOP Connect,可以快速而清晰地连接到现场的传感器和执行器,并可在控制柜中进行简便接线。
- 对于模拟量模块,可以直接在模块上进行屏蔽;随模块提供了一个屏蔽连接套件,*工具即可进行安装。
•设备特定标签:
标签条可用于 SIMATIC S7-1500 的信号模块。可使用标准激光打印机来打印这些 DIN A4 标签纸上的标签。可以从 TIA Portal 进行自动打印,而*重新输入符号或地址。通过这些标签条的设计形式,可为通道或诊断显示 1:1 分配标签。如果前盖打开,则诊断显示到端子的这种 1:1 分配会保留。
•可变和可扩展的站配置:- 信号模块和通信处理器可以不受限制地以任何方式连接。系统可自行组态。
- 较大配置包括带有 31 个模块(30 个模块 + 1 个电源)的 CPU。在 CPU 向背板总线的输出对于所有连接的模块来说不够充分的情况下,需要由电源 (
集成系统诊断
•CPU 的集成系统诊断,默认情况下已激活: - 在显示屏上以及 TIA Portal、HMI 和 Web 服务器中以普通文本形式一致地显示系统诊断信息,甚至可显示变频器消息。即使 CPU 处于停止状态,也会更新消息。
- 系统诊断功能集成在 CPU 固件中。*由用户进行组态。组态发生改变时,会自动对诊断信息进行更新。
对 SIMATIC ProDiag S7-1500 的支持能力
•ProDiag 是一种便于创建机器设备诊断的工具它可以提高可用性,通过故障分析并在现场消除故障来提供支持。
数据记录(归档)和配方
•SIMATIC 存储卡:- 插入式装载存储器
- 可进行固件更新
- STEP 7 项目(包括注释和符号)、附加文档或 csv/ASCII 文件(用于配方和归档)的存储选项
- 通过 SD 读卡器并使用 Office 工具,可方便地访问与设备相关的运行数据和组态数据(与控制器之间的双向数据交换)
•集成 wed 服务器:
- 便于访问工厂相关运行数据和组态数据、运动控制系统诊断并通过 Web 浏览器显示跟踪记录
认证
SIMATIC S7-1500 符合以下国家和国际标准:
•cULus 认证
•cULus HazLoc 认证
•FM 认证
•ATEX 认证**于 24 V,不适用于 230 V
•CE
•RCM(以前的 C-TICK)
•KCC
•IECEx(** 24 V;不适用于 230 V)
•EN 61000-6-4
•EN 60068-2-1/ -2/ -6/ -14/ -27/ -30/ -32
•EN 61131-2
集成安全功能
•通过密码进行知识保护,防止未经许可证读取和修改程序块
•通过复制保护来提高保护程度,防止未经授权而复制程序块:
通过复制保护,可将 SIMATIC 存储卡上的程序块与其序列号绑定,以便只有在将配置的存储卡插到 CPU 中时,该程序块才可运行。
•具有四个不同授权级别的权限:
可向各个用户组分配不同访问权限。通过新的保护级别 4,还可以限制与 HMI 设备之间的通信。
•改进了操作保护:
控制器将会检测到组态数据的更改或未授权传输。
•用于以太网通信处理器 (CP 1543-1): - 通过防火墙提供附加访问保护
- 建立安全 * 连接
设计与操作
•配备显示器的 CPU,可显示纯文本信息(因特网上的显示仿真工具): - 可显示所有连接模块的订货号、固件版本和序列号信息
- 直接在现场设置 CPU 的 IP 地址以及进行其它网络设置,*使用编程设备
- 直接以普通文本形式显示错误消息,可缩短停机时间
•所有模块采用统一的前连接器,并具有用于灵活形成电压组的集成式电压桥接件,从而简化了库存,减少了布线
•S7-1500 导轨上集成有 DIN 导轨:
快速、方便地安装小型断路器、继电器等附加组件
•通过信号模块进行集中扩展:
可根据任何应用的要求进行灵活调整
•数字量信号模块的系统电缆连接:
可快速、清晰地进行安排,以连接至现场的传感器和执行器并在控制柜中进行简便接线
•电源: - 负载电源模块(电源模块)为模块提供 24 V 电源
- 电源模块可通过背板总线向模块内部电路供电
- 用于在控制器上*性存储整个工作存储器内容的系统电源模块
•分布式扩展: - 通过 PROFINET 接口模块 IM 155-5,可针对 ET 200MP I/O 系统使用较多 30 个信号模块、通信模块和工艺模块
- 在集中和分布式运行的操作和系统功能方面没有差别
I/O 模块
以下模块类型可用于 SIMATIC S7-1500/ET 200MP:
•标准和故障安全数字量输入模块
•标准和故障安全数字量输出模块
•数字量输入/输出模块
•模拟量输入模块
•模拟 I/O 模块
•模拟量输出模块- 包括高速 (HS) 模拟量模块,无论激活的通道数如何,基本执行时间都是 62.5 µs
•用于计数和定位的工艺模块
•用于点到点通信和总线连接的通信模块
提供了各种模块等级,可使用户在其应用中实现较佳扩展。模块本身通过标签进行相应标记:
•BA(基本型):简易低成本模块,无诊断功能,没有参数
•ST(标准型):具有与模块或负载组相关的诊断的模块,如果适用,带有参数;模拟量模块:准确度等级 0.3%
•HF(高性能型):模块具有特定通道诊断功能和参数设置功能并支持等时同步模式;对于模拟量模块:准确度等级 0.1%,抗扰度和电流隔离程度提高
•HS(高速型):具有较端滤波和转换时间的模块适用于**高速应用以及对同步模式的支持;例如 8 通道模拟量模块,无论激活的通道数如何,基本执行时间都是 62.5 µs。
I/O 模块的附件:
•标签纸:
可插入到 I/O 模块中(10 张 DIN A4 标签纸,每张标签纸带有 10 个标签,预穿孔,可使用标准激光打印机进行打印;可用颜色:Al 灰)
•屏蔽连接:
SIMATIC S7-1500 系统(模拟量模块和工艺模块)提供了一个简易屏蔽连接套件,*使用工具即可安装。此套件包含一个 24 V DC 馈电元件、一个屏蔽夹和一个通用屏蔽端子。该屏蔽端子可用于单根细干线电缆、多根细干线电缆或一根粗干线电缆。由于对 24 V DC 电源和测量信号进行分离,并且在屏蔽和信号电缆之间具有低阻抗连接,因此可确保较高的 EMC 稳定性和抗干扰性。
•统一的 40 针前连接器
•I/O 模块的前门或自组装背板总线的 U 型连接器等其它附件