西门子6ES7531-7QD00-0AB0
性能 SIMATIC S7-1500 控制器的用户利益和亮点
集成技术
集成了安全功能
设计与操作
集成系统诊断功能
性能
SIMATIC S7-1500控制器提供了更高性能，位指令的处理时间低至 1ns，浮点运算的指令处理时间低至 10ns （取决于 CPU 类型，不在次上市发布范围内）。背板总线的速度是 S7-400 PLC 的 40 倍；由于代码生成得到优化，CPU 的响应速度与现有控制器的 CPU 相比更快。
每个 CPU 都配有一个 PROFINET IO （2 端交换机）标准接口。CPU 1516-3PN/DP 另外还具有一个集成 PROFINET 基本接口，例如，可用于网络隔离。通过集成的 PROFIBUS 的接口，可以将 PROFIBUS 节点连接至 CPU 1516-3 PN/DP。
通过一个 PROFIBUS CM，可方便地对不带 PROFIBUS 接口的 CPU 进行扩展
集成技术
通过 PROFINET、PROFIBU 或模拟量接口，可灵活地将变频器连接至 S7-1500 CPU。运动控制序列的编程可借助于 PLCopen 运动控制软件块方便地完成。用户可通过易于使用的诊断和调试工具对变频器进行调试。自动发送到工程组态系统和人机界面的报警消息可以简化用户调试，节省调试时间，降低工作量。
集成了安全功能
与 STEP 7 结合使用时，每个 CPU 都会提供基于密码的知识保护，可防止未经授权而读出并更改程序块的内容。
复制保护加强了安全防护，防止未经授权而复制程序块。可以将具体程序块链接至存储卡的序列号，以便只有在将组态的存储卡插到 CPU 中之后，才会执行该程序块。
并且，控制器具有四个不同的安全访问级别，以便向不同用户组分配不同的访问权限。
由于操作保护得到改进，因此，控制器可以检测到数据更改或未经授权的组态数据传输。
设计与操作
每个 SIMATIC S7-1500 CPU 都配有一个显示屏。通过此显示屏，用户可方便地分析中央模块以及分布式模块的状态，或者无需编程器而设置和更改 IP 地址。系统诊断信息和用户诊断以普通文本形式显示在显示屏上，从而有助于快速而高效地响应到来的出错消息。
显示屏上可用多种语言显示菜单文本和信号文本。该系统还允许在运行期间卸下和重新安装模块。
在 S7-1500 控制器的一个集中组态中，可以将多 32 个模块（CPU + 31 个模块）插到一层上，而无需使用接口模块。系统的主干是自动建立式背板总线。每个 I/O 模块都配有所需的 U 型连接器。一种有源背板总线正在准备中，供需要“在运行期间无响应地拆卸和重新安装部件”功能的客户使用。
集成系统诊断功能
集成系统诊断功能已针对 S7-1500系列的 CPU 预先激活；系统诊断信息以普通文本形式统一显示在显示屏、TIA Portal、HMI 和 Web 服务器上，甚至可显示来自变频器的消息；现在，在 CPU 停止运行期间也将提供这种诊断。若配置了新的硬件组件，则自动对诊断信息进行更新。
SIMATIC STEP 7 Professional V12 工程组态软件
新的 SIMATIC S7-1500控制器系列只能在 Totally Integrated Automation Portal 中使用 STEP 7 Professional V12 及更高版本进行组态。SIMATIC STEP 7 Professional V12 是用于对 SIMATIC S7-1500 进行直观处理的工程组态系统，除了对 S7-1500进行组态外，还可对 S7-300/400 和 S7-1200 控制器进行组态。
兼容性
SIMATIC STEP 7 Professional V12 中集成的移植工具提供了以下支持：
从 S7-300/S7-400 切换到 S7-1500 控制器并自动转换程序代码。将会记录无法自动转换的程序代码部分并可以手动进行修改。STEP 7 V11 项目可继续在兼容模式下用于 STEP 7 V12。并且，可通过粘贴/复制功能将 S7-1200 程序转换到 S7-1500。
SIMATIC 存储卡（用来运行 CPU）
SIMATIC S7-1500 CPU 采用了一个 SIMATIC 存储卡。该存储卡用作插入式装载存储器，或用于执行固件更新。
此 SIMATIC 存储卡也可用于存储 STEP 7 项目，包括注释和符号、其它文档或 csv 文件（用于配方和归档）。使用系统函数（SFC）和用户程序，可以创建数据块，并将数据存储在 SIMATIC 存储卡上。
SIMATIC 设备 PROFINET 接口的每个端口都有一个 LED 指示灯。借助于 PROFINET 设备的 LED 的状态和错误指示灯，可以诊断出通讯中的错误或 PROFINET 模块的错误状态。
下表汇总了 S7-1500、ET 200MP、ET 200SP 和 ET 200AL 系统中这些 LED 指示灯的含义：
表 1 PROFINET 接口端口LED 指示灯含义1
下表汇总了 S7-300、400、ET 200M、ET 200S 、ET200ECO PN和 ET 200PRO 系统中这些 LED 指示灯的含义：
系统上电，在HW Config界面中，点击图标。然后选择菜单PLC中，点击Assign Device Name...。弹出设置ET200S等IO Device的命名界面。
从图中看到两个ET200S站的一些信息。IP地址，由于没有下载PLC的硬件组态，故没有IP地址。MAC地址，是ET200S的PN接口模块在出厂时固化的硬件地址，不能修改。设备类型，此时指示在Ethernet(1)上的PN IO的类型均为ET200S。设备名，目前在ET200S的MMC卡中没有存储任何信息。通过下拉菜单指示硬件组态的ET200S的设备名称为ET200S1，根据不同的MAC地址，通过鼠标选择不同ET200S设备。选择MAC地址为08-00-06-6B-F7-A6的ET200S，通过按钮，给其命名ET200S1。
例如在使用TCP通讯建立连接时采用客户端服务器模式，这种模式又常常被称为主从式架构，简称为C/S结构，属于一种网络通讯架构，将通讯的双方以客户端（Client ）与服务器 (Server) 的身份区分开来。使用C/S结构的通信常见的还有S7通信， ISO-on-TCP通信。
服务器的特征：被动角色，等待来自客户端的连接请求，处理请求并回传结果。
客户端的特征：主动角色，发送连接请求，等待服务器的响应。
端口：是指用于区分不同服务的逻辑编号，端口号的范围从0到65535，SIEMENS设备的开放式以太网通信通常使用编号为2000~5000范围内端口。
客户端侧在配置TCP连接时，必须设置服务器IP地址及端口号，自身使用的端口号如果没有明确，则由设备自动分配。
服务器侧在配置TCP连接时，必须设置服务器使用的端口号，客户端IP地址及端口号为可选项。
图 1在TIA软件中TCP服务器侧连接参数设置
图 2 在STEP7 V5.x 软件中TCP客户端侧连接参数设置
SINAMICS S120的GSD文件，可用于DP主站设备通过PROFIBUS-DP通讯控制S120。
SINAMICS S120的控制单元有CU320和CU320-2两种型号。CU320的Firmware版本常见的有V2.5，V2.6，而CU320-2的Firmware版本有V4.3，V4.4。Firmware版本不同，对应的GSD文件也不同，可根据实际情况选择合适的GSD文件。
S120的GSD文件可从西门子技术支持网站上下载，链接为 49216293 。除此之外，在控制单元CU320上的CF卡中也有此文件，文件路径为 Siemenssinamicsdatacfg。如图1所示。
图1 CF卡中的GSD文件
得到GSD文件后，就可以安装了。首先打开STEP7调试软件，创建一个新项目，并插入PLC。然后双击“Hardware”打开硬件组态。如图2所示。
图2 打开硬件组态界面
在硬件组态界面下，点击菜单 Options---- Install GSD File，开始安装GSD文件。
图3 安装GSD文件
弹出窗口中，在安装GSD文件选项下选择“from the directory”。然后点击“Browse”选择选择GSD文件所在路径，点击“OK”确定
在PLC系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是PLC工程设计选型。工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。PLC及有关设备应是集成的、标准的，按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则选型。所选用PLC应是在相关工业领域有投运业绩、成熟可靠的系统，PLC的系统硬件、软件配置及功能应与装置规模和控制要求相适应。熟悉可编程序控制器、功能表图及有关的编程语言有利于缩短编程时间，因此，工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围确定所需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确定PLC的功能、外部设备特性等，zui后选择有较高性能价格比的PLC和设计相应的控制系统。
一、输入输出（I/O）点数的估算
I/O点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加10%～20%的可扩展余量后，作为输入输出点数估算数据。实际订货时，还需根据制造厂商PLC的产品特点，对输入输出点数进行圆整。
二、存储器容量的估算
存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量。设计阶段，由于用户应用程序还未编制，因此，程序容量在设计阶段是未知的，需在程序调试之后才知道。为了设计选型时能对程序容量有一定估算，通常采用存储器容量的估算来替代。
存储器内存容量的估算没有固定的公式，许多文献资料中给出了不同公式，大体上都是按数字量I/O点数的10～15倍，加上模拟I/O点数的100倍，以此数为内存的总字数（16位为一个字），另外再按此数的25%考虑余量。
三、控制功能的选择
该选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择。
(一)运算功能
简单PLC的运算功能包括逻辑运算、计时和计数功能；普通PLC的运算功能还包括数据移位、比较等运算功能；较复杂运算功能有代数运算、数据传送等；大型PLC中还有模拟量的PID运算和其他高级运算功能。随着开放系统的出现，目前在PLC中都已具有通信功能，有些产品具有与下位机的通信，有些产品具有与同位机或上位机的通信，有些产品还具有与工厂或企业网进行数据通信的功能。设计选型时应从实际应用的要求出发，合理选用所需的运算功能。大多数应用场合，只需要逻辑运算和计时计数功能，有些应用需要数据传送和比较，当用于模拟量检测和控制时，才使用代数运算，数值转换和PID运算等。要显示数据时需要译码和编码等运算。
(二)控制功能
控制功能包括PID控制运算、前馈补偿控制运算、比值控制运算等，应根据控制要求确定。PLC主要用于顺序逻辑控制，因此，大多数场合常采用单回路或多回路控制器解决模拟量的控制，有时也采用的智能输入输出单元完成所需的控制功能，提高PLC的处理速度和节省存储器容量。例如采用PID控制单元、高速计数器、带速度补偿的模拟单元、ASC码转换单元等。
(三)通信功能
大中型PLC系统应支持多种现场总线和标准通信协议（如TCP/IP），需要时应能与工厂管理网（TCP/IP）相连接。通信协议应符合ISO/IEEE通信标准，应是开放的通信网络。
PLC系统的通信接口应包括串行和并行通信接口（RS2232C/422A/423/485）、RIO通信口、工业以太网、常用DCS接口等；大中型PLC通信总线（含接口设备和电缆）应1：1冗余配置，通信总线应符合标准，通信距离应满足装置实际要求。
PLC系统的通信网络中，上级的网络通信速率应大于1Mbps，通信负荷不大于60%。PLC系统的通信网络主要形式有下列几种形式：1）PC为主站，多台同型号PLC为从站，组成简易PLC网络；2）1台PLC为主站，其他同型号PLC为从站，构成主从式PLC网络；3）PLC网络通过特定网络接口连接到大型DCS中作为DCS的子网；4）PLC网络（各厂商的PLC通信网络）。
为减轻CPU通信任务，根据网络组成的实际需要，应选择具有不同通信功能的（如点对点、现场总线、工业以太网）通信处理器。
(四)编程功能
离线编程方式：PLC和编程器公用一个CPU，编程器在编程模式时，CPU只为编程器提供服务，不对现场设备进行控制。完成编程后，编程器切换到运行模式，CPU对现场设备进行控制，不能进行编程。离线编程方式可降低系统成本，但使用和调试不方便。在线编程方式：CPU和编程器有各自的CPU，主机CPU负责现场控制，并在一个扫描周期内与编程器进行数据交换，编程器把在线编制的程序或数据发送到主机，下一扫描周期，主机就根据新收到的程序运行。这种方式成本较高，但系统调试和操作方便，在大中型PLC中常采用。
五种标准化编程语言：顺序功能图（SFC）、梯形图（LD）、功能模块图（FBD）三种图形化语言和语句表（IL）、结构文本（ST）两种文本语言。选用的编程语言应遵守其标准（IEC6113123），同时，还应支持多种语言编程形式，如C，Basic等，以满足特殊控制场合的控制要求。
(五)诊断功能
PLC的诊断功能包括硬件和软件的诊断。硬件诊断通过硬件的逻辑判断确定硬件的故障位置，软件诊断分内诊断和外诊断。通过软件对PLC内部的性能和功能进行诊断是内诊断，通过软件对PLC的CPU与外部输入输出等部件信息交换功能进行诊断是外诊断。
PLC的诊断功能的强弱，直接影响对操作和维护人员技术能力的要求，并影响平均维修时间。
(六)处理速度
PLC采用扫描方式工作。从实时性要求来看，处理速度应越快越好，如果信号持续时间小于扫描时间，则PLC将扫描不到该信号，造成信号数据的丢失。
处理速度与用户程序的长度、CPU处理速度、软件质量等有关。目前，PLC接点的响应快、速度高，每条二进制指令执行时间约0.2～0.4Ls，因此能适应控制要求高、相应要求快的应用需要。扫描周期（处理器扫描周期）应满足：小型PLC的扫描时间不大于0.5ms/K；大中型PLC的扫描时间不大于0.2ms/K。
四、机型的选择
(一)PLC的类型
PLC按结构分为整体型和模块型两类，按应用环境分为现场安装和控制室安装两类；按CPU字长分为1位、4位、8位、16位、32位、64位等。从应用角度出发，通常可按控制功能或输入输出点数选型。
整体型PLC的I/O点数固定，因此用户选择的余地较小，用于小型控制系统；模块型PLC提供多种I/O卡件或插卡，因此用户可较合理地选择和配置控制系统的I/O点数，功能扩展方便灵活，一般用于大中型控制系统。
(二)输入输出模块的选择
输入输出模块的选择应考虑与应用要求的统一。例如对输入模块，应考虑信号电平、信号传输距离、信号隔离、信号供电方式等应用要求。对输出模块，应考虑选用的输出模块类型，通常继电器输出模块具有价格低、使用电压范围广、寿命短、响应时间较长等特点；可控硅输出模块适用于开关频繁，电感性低功率因数负荷场合，但价格较贵，过载能力较差。输出模块还有直流输出、交流输出和模拟量输出等，与应用要求应*。
可根据应用要求，合理选用智能型输入输出模块，以便提高控制水平和降低应用成本。
考虑是否需要扩展机架或远程I/O机架等。
(三)电源的选择
PLC的供电电源，除了引进设备时同时引进PLC应根据产品说明书要求设计和选用外，一般PLC的供电电源应设计选用220VAC电源，与国内电网电压*。重要的应用场合，应采用不间断电源或稳压电源供电。
如果PLC本身带有可使用电源时，应核对提供的电流是否满足应用要求，否则应设计外接供电电源。为防止外部高压电源因误操作而引入PLC，对输入和输出信号的隔离是必要的，有时也可采用简单的二极管或熔丝管隔离。
(四)存储器的选择
由于计算机集成芯片技术的发展，存储器的价格已下降，因此，为保证应用项目的正常投运，一般要求PLC的存储器容量，按256个I/O点至少选8K存储器选择。需要复杂控制功能时，应选择容量更大，档次更高的存储器。
(五)冗余功能的选择
1．控制单元的冗余
(1)重要的过程单元：CPU（包括存储器）及电源均应1B1冗余。
(2)在需要时也可选用PLC硬件与热备软件构成的热备冗余系统、2重化或3重化冗余容错系统等。
2．I/O接口单元的冗余
(1)控制回路的多点I/O卡应冗余配置。
(2)重要检测点的多点I/O卡可冗余配置。（3）根据需要对重要的I/O信号，可选用2重化或3重化的I/O接口单元。
(六)经济性的考虑
选择PLC时，应考虑性能价格比。考虑经济性时，应同时考虑应用的可扩展性、可操作性、投入产出比等因素，进行比较和兼顾，zui终选出较满意的产品
