西门子S7-1500SM522

浔之漫智控技术(上海)有限公司

工作原理：
CPU 包含操作系统并执行用户程序。用户程序位于 SIMATIC 存储卡中，通过 CPU 的工作存储器进行处理。I/O 模块通过 PROFINET 或 PROFIBUS 可集中式或分布式连接到过程。CPU 上的 PROFINET 接口支持与 PROFINET 设备、PROFINET 控制器、HMI 设备、编程设备、其它控制器和其它系统同时通信。CPU 1518‑4 PN/DP 可用作 IO 控制器和智能设备。与 PROFINET 接口类似，CPU 上的 PROFIBUS 接口支持与其它设备进行通信。将该接口用作 PROFIBUS DP 接口时，PROFIBUS DP 上的 CPU 将作为 DP 主站。
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
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*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 还可执行高速处理操作，并可取得极高的精度和重现性。这意味着可以以稳定的产品不断地扩大生产数量。
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-级授权理念：
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  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。
西门子CPU1518-4PN/DP处理单元
设计与操作
带集成显示屏的 CPU：
可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。
集成式系统诊断
系统诊断信息在显示屏上以纯文本格式持续显示，TIA Portal， 设备和 web 服务器，包括驱动器中的消息，在CPU停止运行的状态下均有可能。此功能是作为一个系统功能集成在 CPU 固件中，*由用户单组态。若配置了新硬件组件，则会自动更新诊断信息。
通过质量信息，直接在用户程序中进行简单快速的诊断：
通过激活模块的质量信息 (QI)，可直接在用户程序中查询和评估所提供过程值的有效性。此时，访问是通过过程映像并使用简单二进制或加载命令进行的。先决条件是可在 TIA Portal 中对模块进行诊断，并对质量信息进行组态。
通过 SIMATIC STEP 7 Professional V12 组态软件进行组态
SIMATIC S7-1500 控制器系列可在 Totally Integrated Automation Portal 平台中使用 STEP 7 Professional V12 或更高版本来编程。 SIMATIC STEP 7 Professional V12 是 SIMATIC S7-1500 的直观组态系统。
用PLC基本通讯接口
a、什么是RS-232？
RS-232 (ANSI/EIA-232标准)是IBM-PC及其兼容机上的串行连接标准。可用于许多用途，比如连接鼠标、打印机或者Modem，同时也可以接工业仪器仪表。用于驱动和连线的改进，实际应用中RS-232的传输长度或者速度常常超过标准的值。
RS-232只限于PC串口和设备间点对点的通信。RS- 232串口通信远距离是50英尺。
b、什么是RS-485
RS -485(EIA-485标准)是RS-422的改进，因为它增加了设备的个数，从10个增加到32个，同时定义了在大设备个数情况下的电气特性，以保证足够的信号电压。有了多个设备的能力，你可以使用一个单个RS-422口建立设备网络。出色抗噪和多设备能力，在工业应用中建立连向PC机的分布式设备网络、其他数据收集控制器、HMI或者其他操作时，串行连接会选择RS-485。
RS-485是RS-422的超集，因此所有的RS-422设备可以被RS-485控制。RS-485可以用超过4000英尺的线进行串行通行。
c、什么是RS-422？
RS -422(EIA RS-422-A Standard)是Apple的Macintosh计算机的串口连接标准。
RS-422使用差分信号，RS-232使用非平衡参考地的信号。差分传输使用两根线发送和接收信号，对比RS-232，它能更好的抗噪声和有更远的传输距离。在工业环境中更好的抗噪性和更远的传输距离是一个很大的优点。
b、数据位：这是衡量通信中实际数据位的参数。当计算机发送一个信息包，实际的数据不会是8位的，标准的值是5、7和8位。如何设置取决于你想传送的信息。比如，标准的ASCII码是0～127(7位)。扩展的ASCII码是0～255(8位)。如果数据使用简单的文本(标准ASCII码)，那么每个数据包使用7位数据。每个包是指一个字节，包括开始/停止位，数据位和奇偶校验位。由于实际数据位取决于通信协议的选取，术语“包”指任何通信的情况。
c、奇偶校验位：在串口通信中一种简单的检错方式。有四种检错方式：偶、奇、高和低。当然没有校验位也是可以的。对于偶和奇校验的情况，串口会设置校验位(数据位后面的一位)，用一个值确保传输的数据有偶个或者奇个逻辑高位。例如，如果数据是011，那么对于偶校验，校验位为0，保证逻辑高的位数是偶数个。如果是奇校验，校验位位1，这样就有3个逻辑高位。高位和低位不真正的检查数据，简单置位逻辑高或者逻辑低校验。这样使得接收设备能够知道一个位的状态，**会判断是否有噪声干扰了通信或传输和接受的数据不同步。
d、波特率：这是一个衡量通信速度的参数。它表示每秒钟传送的bit的个数。例如300波特表示每秒钟发送300个bit。当我们提到时钟周期时，我们就是指波特率例如如果协议需要4800波特率，那么时钟是4800Hz。这意味着串口通信在数据线上的采样率为4800Hz。通常电话线的波特率为14400，28800和36600。波特率可以远远大于这些值，但是波特率和距离成反比。高波特率常常用于放置的很近的仪器间的通讯。
主要技术指标
（1）工作电压：
总线电压：总线24V
电源电压：DC24V
（2）监视电流：
总线电流≤1mA
电源电流≤6mA
（4）线制：与控制器采用无性信号二总线连接，与DC24V电源采用无性电源二总线连接
（5）输出容量：DC24V/1A（两组输出大容量之和为DC24V/1A）
（6）输出控制方式：脉冲、电平（继电器常开/常闭无源触点输出，脉冲启动时继电器吸合时间为10s）
（7） 出厂设置：两路常开检线方式
（8）使用环境：
温度：-10℃～+55℃

SIPLUS S7-1500 CPU 1518-4 PN/DP 带防腐蚀涂层 基于 6ES7518-4AP00-0AB0 。 处理器，带 主存储器 3MByte 用于 程序和 10MByte 用于数据， 第 1 接口，PROFINET IRT 带双端口 交换机， 第 2 接口，以太网， 第 3 接口，以太网， 第 4 接口，PROFIBUS， 1 ns 性能表现， 需要 SIMATIC 存储卡
2、SFC14和SFC15系统功能块进行数据传送：
SFC14（“DPRD_DAT”）用于读取SINAMICS G150 过程数据，SFC15 （“DPWR_DAT”）用于将过程数据发送到SINAMICS G150 。
（1）控制SINAMICS G150 运行：
通过先发送控制字047E然后发送047F来启动SINAMICS G150 ，控制字1在 DB1.DBW20中，主设定值在DB1.DBW22中设定，参看图7；所有的这些变量在变量 表“SINAMICS G150 start_up”中设定及監控，图8是变量表的内容，图9是程序内容。
（2）停止SINAMICS G150 ：
发送控制字047E至SINAMICS G150 ，使SINAMICS G150 停止运行。
（3）读取SINAMICS G150 状态字及速度实际值：
S7-300/400 接收SINAMICS G150 状态字1，存放在DB1.DBW30中；接收SINAMICS G150 传来的速度实际值，存放在DB1.DBW32中，参看图7，在变量表“SINAMICS G150 start_up”中能監控到SINAMICS G150 状态和速度实际值。
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
背板总线速度大大加快，CPU 的响应时间缩短
功能强大的网络连接：
每个 CPU 均标配PROFINET IO IRT（2 端口 交换机）标准接口。此外，CPU 1517-3 PN/DP 的特点是具备一个 PROFINET 接口，比如可用于网络隔离，或用于连接更多 PROFINET IO RT 设备，或作为 I-设备用于高速通信。
集成技术
通过标准化的块 (PLCopen) 连接模拟驱动器和具有 PROFIdrive 功能的驱动器
支持速度控制轴和定位轴以及外部编码器，各轴之间可实现位置 的传动，凸轮/凸轮轨道和探头
追踪功能适用于所有 CPU 标签，既适用于实时诊断，也适用于偶发错误检测；还可通过 CPU的网页服务器来调用
全面的控制功能，例如，通过便于组态的块可自动优化控制参数实现优控制质量
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，可绑定 SIMATIC 存储卡的程序块和序列号：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 授权理念：
与 HMI 设备的通信也会受到限制。
操作保护：
控制器可以识别工程组态数据的更改和未授权传输。
设计与操作
显示概览信息：
例如，站名称，工厂标识符，位置名称，诊断信息，模块信息，显示设置。
显示屏上的可能操作员控制选项：
设置 CPU 或所连接以太信处理器的地址、设置日期和时间、选择 CPU 的操作模式、复位 CPU 至默认设置、禁用/启用显示器、激活保护等级，确认消息，备份和恢复项目。
集成系统诊断
系统诊断信息以纯文本形式*显示在显示画面中、TIA Portal 中、人机界面设备上和 Web 浏览器中，甚至可以显示来自变频器的消息。即使 CPU 处于停止状态，也会更新消息。
集成在 CPU 的固件中，无须进行组态。

控制器 (CPU) 可执行各种用户程序。控制器中集成有系统电源，可通过背板总线为所连模块进行供电。
所有 SIMATIC S7-1500 控制器都提供有故障安全型。要在 TIA Portal 中使用安全功能时，需要安装选件包“STEP
7 Safety Advanced”。
在工厂调试过程中，可直接在显示屏上更改 CPU 的 IP地址，大幅节省了时间和成本。维修时，通过快速访问
诊断报警，显著减少工厂停工时间。
SIMATIC S7-1500 的所有 CPU 变量都具有强大跟踪功能，可实现驱动装置和控件的调试和快速优化。
SIMATIC S7-1500 控制器还支持以下功能：
• 通过以太网/PROFINET 进行数据通信
• 通过 PROFIBUS 进行数据通信
• HMI 通信
• Web 服务器，工艺功能，系统诊断，集成保护功能
• 使用 F-CPU 时，还支持安全模式
SIMATIC S7-1500 可集成各种不同类型的 CPU，可通过 I/O、通信和工艺功能模块进行扩展。例如，如果 CPU 1511-1 PN 的存储器和性能可满足要求，亦可通过
西门子PLC S7-1500系列的信号模块具有多种特点，下面介绍如下：
1. 扩展性能强
（1）模块可以具有不同的通道数量和功能
（2）集成更多功能，实现紧凑设计，减少了变量的使用
（3）U 型连接器，可自行连接背板总线
（4）节省了安装空间，安装导轨上可安装更多组件
2. 系统性能优异
（1）采用PROFINET IRT 进行循环同步操作，短循环时间降至 250 μs
（2）数字量输入模块，具有 50 μs 的超短输入延时
（3）模拟量模块，8 通道转换时间低至 125 μs
（4）多功能模拟量输入模块，具有自动线性化特性，适用于温度测量和限值监测
3. 设计简洁
（1）所有模块都可以在 ET200MP I/O 系统中集中和分布使用
（2）统一采用 40 针前连接器，适用于所有模块
（3）同一引脚上的信号相同。即，电路图中宏指令创建后，即可无限次重复使用，从而避免了接线错误
（4）集成短接片，简化了接线操作
（5）可扩展的电缆存放机制，为使用厚绝缘层的导线节省了更多空间
（6）预先设计的电缆定位槽可在进行电气连接之前实现直接预接线
（7）采用机械式插头连接器编码模式，可防止插入错误和模块连接错误
4. 诊断
（1）通道级诊断消息，支持快速故障修复
（2）可读取电子识别码，快速识别所有组件
5. 固件更新方便
（1）可以在安装状态下实现固件更新
（1）、西门子S7-1500的PLC输出公共端标1L、2L等，工作电脑为ACL1N表示，+24V电源为L+M表示对初学者或经验不足者容易搞错。如果错把L+M当作220V电源端子，送电瞬间即将烧坏PLC24V电源。
（2）、一次系统电源变压器零线排因腐蚀而中断，导致接入PLC220V电源升到380V，烧坏了PLC底部的电源模块，后整改时增加了380/220V的隔离控制变压器。
（3）、一只工作电源为220V的接近开关，其输入PLC信号触点两根引线与接近开关的220V的电源线共用一根4芯电缆，一次该接近开关损坏，电工更换时，错把电源的零线与输入的PLC的公共线调错，导致送电时烧坏了3路PLC输入点。
设置 CPU 或所连接以太信处理器的地址、设置日期和时间、选择 CPU 的操作模式、复位 CPU 至默认设置、禁用/启用显示器、保护等级，确认消息，备份和恢复项目。
集成系统诊断
集成在 CPU 的固件中，无须进行组态。
SIMATIC 存储卡(用来运行 CPU)西门子CPU1517-3PN/DP模块
用作插入式装载存储器，或用于更新固件。
还可用于存储附加文档或 csv 文件（用于配方和归档）
通过用户程序的系统函数，实现数据存储/读取
数据记录（归档）和配方
配方和归档以 csv 文件保存在 SIMATIC 存储卡中；
便于使用 Office 工具或通过 web 服务器，访问工厂运行数据
通过 Web 浏览器或 SD 读卡器，可方便地访问机器的组态数据（与控制器之间的双向数据交换）
编程
使用 STEP 7 Professional V13 UPD3 或更高版本进行编程
用于从 SIMATIC S7-300/S7-400 移植到 S7-1500 的移植工具；可基本上自动转换程序代码。记录不可转换的代码，并可以手动进行调整。
如果往一个格式化过的 SIMATIC 存储卡中下载一个组态好的 S7-1500 SIPLUS（6AG1*）设备，并将 CPU 调整为“ 运行 ”模式，那么 CPU 会无错误运行。但当电源关闭再打开，或者执行存储器复位（MRES）后，CPU S7-1500 SIPLUS 将会报如下错误信息并进入停止模式。

1 处理单元
处理器单元即CPU，一般由控制器、运算器和寄存器组成。CPU 通过地址总线、数据总线、控制总线与储存单元、输入输出单元、通信接口、扩展接口相连。CPU 是 PLC 的核心，输入单元将采集的输入信号传送到CPU，CPU执行用户程序并将运算结果传送到输出单元，用以驱动现场设备。选择CPU通常需要考虑一下几个方面：
·运算速度：不同的控制系统对控制的响应速度需求不同，对于要求响应时间较快的系统，则要求CPU的运算速度快，并尽快地将运算结果传送到输出单元。
运算速度性能指标可参考CPU指令执行时间。
·工作存储器：根据控制方案的复杂程度预估需要的工作存储器大小，考虑适当的余量。
·I/O带载能力： CPU通常使用I/O地址空间来描述其允许访问输入输出的能力，8个数字量通道占用1个字节地址空间，1个模拟量通道占用2字节地址空间。在具体选型时还需要根据实际情况考虑I/O余量占用的地址空间。此外有些CPU还有允许连接模块大数量限制。
·集成的通信接口：CPU通过通信接口进行编程组态，还可与人机界面、其他PLC系统、分布式I/O等实现数据交换。CPU集成的通信接口通常有MPI接口、PROFIBUS接口、PROFINET（PN）接口，根据通信对象（通信对象可以为编程设备、仪表、HMI、其他PLC系统等等）支持的电气接口标准以及所使用的通信协议选择集成通信接口。
2 储存器
PLC 的存储器包括系统存储器，装载存储器和工作存储器。系统存储器用于存放 PLC 的系统程序和内部寄存器， 装载存储器则用于存放 PLC 的用户程序，用户程序编译后被存放在工作存储器中执行。装载存储器通常为MC卡，支持外部扩展，而工作存储器是集成在CPU中并且无法扩展的，在选择CPU时需根据控制方案的复杂程度预估可能使用的工作存储器大小并留有适当余量。选择装载存储器通常只需选择不小于工作存储器大小的存储卡即可。
3 通信接口
通信接口的功能是通过这些通信接口可以和监视器、 打印机、 其他的 PLC 或是计算机相连， 从而实现“PLC与上位机”或“PLC与PLC”之间的通信。通信接口可以集成在CPU模块上使用内部总线与CPU通信，也可以使用单的通信接口模块通过外部总线与CPU通信。通信接口的选择首先确定通信对象接口的电气标准例如RS232、RS485、RJ45等，还需要确定使用的协议，常见的例如PROFINET，PROFIBUS总线协议，通过PROFINET和PROFIBUS总线，CPU可与分散在远端现场的输入输出单元进行数据交换，使PLC系统规模更易于扩充。
4 输入输出单元（I/O）
输入单元的作用是将按钮、行程开关或传感器等产生的信号输入 CPU，根据信号类型，输出单元的作用则是将 CPU 向外输出的信号转换成可以驱动外部执行元件的信号，以便控制接触器线圈等电器的通、断电。
输入输出单元主要分为模拟量输入模块，模拟量输出模块、数字量输入模块和数字量输出模块。模拟量输入模块测量电流、电压、电阻、热电偶等连续信号，模拟量输出模块输出电流、电压信号驱动现场执行器，模拟量输入输出模块需考虑处理信号的分辨率，响应时间以及信号测量范围。数字量输入模块应考虑信号电平、传输距离、隔离、供电方式，响应时间等应用要求。数字量输出模块应考虑不同的负载对PLC的输出方式的要求。
继电器输出模块具有使用电压范围广、导通压降小、有隔离作用等许多优点，但响应时间较长，所以动作不频繁的交、直流负载可以选择继电器输出
概述
• 模块化、可扩展通用系统，IP20 防护等级
• 适用于离散自动化领域中各种自动化应用的系统解决方案
• 具有极高性能和可用性
• 可通过 Totally Integrated Automation Portal 平台中的 STEP 7 Professional V12 及更高的型号进行组态
性能
• 提高性能
o 高速指令执行:
o 语言扩展
o 新数据类型
o 更快速的背板总线
o 经过优化的代码生成
• 功能强大的通信：
o PROFINET IO（2 端口 交换机）标准接口；
从 CPU 1515-2 PN 起，具有一个更多额外的集成 PROFINET 接口，例如，用于网络分离
o 可针对总线系统和点到点连接，通过通信模块进行扩展
集成技术
• *附加模块就可集成运动控制功能：
o 通过标准化的块 (PLCopen) 来连接模拟驱动器和 PROFIdrive 驱动器
o 运动控制功能支持转速控制轴和定位轴以及外部编码器
o 轴之间实现位置的齿轮传动
• 全面跟踪所有 CPU 标签，以进行实时诊断和间歇错误检测；
拥有有效调试和快速优化驱动器和控制装置
• 广泛的控制功能：
例如，可轻松组态的块可进行控制参数的自动优化以实现更优控制质量
• 通过提供的工艺模块获得附加功能：
例如，高速计数、位置检测或高达 1 MHz 信号的测量
西门子PLC CPU1516-3PN/DP，6ES7516-3AN01-0AB0，CPU1516-3PN/DP，1MB程序，5MB数据；10ns ；集成X1: 2xPN接口 ,X2: 1x PN接口，X3:1x DP接口
可靠
PLC不需要大量的活动元件和连线电子元件。它的连线大大减少。与此同时，系统的维修简单，维修时间短。Plc采用了一系列可靠性设计的方法进行设计。例如：冗余的设计。断电保护，故障诊断和信息保护及恢复。PLC是为工业生产过程控制而设计的控制装置，它具有比通用计算机控制更简单的编程语言和更可靠的硬件。采用了精简化的编程语言。编程出错率大大降低。
易操作
PLC有较高的易操作性。它具有编程简单，操作方便，维修容易等特点，一般不容易发生操作的错误。对PLC的操作包括程序输入和程序更改的操作。程序的输入直接可接显示，更改程序的操作也可以直接根据所需要的地址编号或接点号进行搜索或程序寻找，然后进行更改。PLC有多种程序设计语言可供使用。用于梯形图与电气原理图较为接近。容易掌握和理解。PLC具有的自诊断功能对维修人员维修技能的要求降低。当系统发生故障时，通过硬件和软件的自诊断，维修人员可以很快找到故障的部位。
灵活
PLC采用的编程语言有梯形图、布尔助记符、功能表图、功能模块和语句描述编程语言。编程方法的多样性使编程简单、应用面拓展。操作十分灵活方便，监视和控制变量十分容易。
西门子PLC S7-300系列PLC安装及注意事项：
一、电源功率较小，只能带动小功率的设备(光电传感器等);
二、 一般PLC均有一定数量的占有点数(即空地址接线端子)，不要将线接上;
三、 PLC存在I/O响应延迟问题，尤其在快速响应设备中应加以注意。
四、输出有继电器型，晶体管型(高速输出时宜选用)，输出可直接带轻负载(LED指示灯等);
五、输入/断开的时间要大于PLC扫描时间;
六、PLC输出电路中没有保护，因此应在外部电路中串联使用熔断器等保护装置，防止负载短路造成损坏PLC;
七、 不要将交流电源线接到输入端子上，以免烧坏PLC;
八、接地端子应立接地，不与其它设备接地端串联，接地线裁面不小于2mm2;
九、 输入、输出信号线尽量分开走线，不要与动力线在同一管路内或捆扎在一起，以免出现干扰信号，产生误动作;信号传输线采用屏蔽线，并且将屏蔽线接地;为保证 信号可靠，输入、输出线一般控制在20米以内;扩展电缆易受噪声电干扰，应远离动力线、高压设备等。
西门子PLC CPU1516-3PN/DP，6ES7516-3AN01-0AB0，CPU1516-3PN/DP，1MB程序，5MB数据；10ns ；集成X1: 2xPN接口 ,X2: 1x PN接口，X3:1x DP接口
7.选定CPU和I/O模块之后，要确定系统的供电，选择电源模块，电源模块选型需要注意S7-1500有两种背板供电方式：
• PM模块： 不提供机架的背板工作电源，由CPU提供
PM 70 W 120/230 VAC
PM 190 W 120/230 VAC
• PS模块：连接到机架背板，提供背板工作电压，有诊断功能
PS 25W 24VDC
PS 60W 120/230V AC/DC