西門子S7-1500模塊介紹

本文初衷：為了能夠讓初次接觸S7-1500的讀者，或者是有意願學習S7-1500的讀者，能夠使他們對西門子S7-1500有個全方位的認識和了解。

新型的 SIMATIC S7-1500 控制器除了包含多種創新技術之外，還設定了新標準，最大程度提高生產效率。無論是小型設備還是對速度和準確性要求較高的複雜設備裝置，都一一適用。SIMATIC S7-1500 無縫集成到 TIA 博途中，極大提高了工程組態的效率。

SIMATIC S7-1500 是一個模塊化控制系統，適用於離散自動化領域內的各種自動化應用。

模塊化、無風扇設計、易於實現分佈式結構以及方便的操作,使得 SIMATIC S7-1500 成為中、低端應用中各種不同任務的經濟、用戶友好的解決方案。

SIMATIC S7-1500 的應用領域包括：

特殊機械

紡織機械

包裝機械

通用機械工程

控制器製造

機床製造

安裝系統

電氣與電子工業及相關產業。

汽車

水/汙水

食品與飲料

提供了具有不同性能水平的多種 CPU 以及一個包含許多便利功能的全面模塊系列。故障安全 CPU 便於在故障安全應用中使用。由於具有模塊化的設計，用戶可以僅採用其應用所需的模塊。任務擴展時，可通過使用附加模塊隨時對控制器進行升級。

SIMATIC S7-1500 具有較高的電磁兼容性、抗衝擊性及抗振性，工業強度高，可實現通用。

概述

S7-1500 自動化系統具有模塊化的結構，可包含最多 32 個模塊。 它擁有豐富的模塊，且這些模塊均可以獨立地組合使用。S7-1500 自動化系統支持單層配置，其中的所有模塊均安裝在一個安裝導軌上（請參見手冊以瞭解前提條件）。

一個系統包含下列組件：

控制器：

CPU 具有不同性能等級，並具有集成 PROFINET 接口或 PROFINET 和 PROFIBUS 接口，用於連接分佈式 I/O 或用於編程設備、操作裝置、其它 SIMATIC 控制器或第三方設備間的通信。

用於數字量和模擬量輸入/輸出的信號模塊。

工藝模塊用於高速計數、位置檢測或測量等功能。

通信模塊和通信處理器可通過通信接口將控制器進行擴展

根據要求，也可使用下列模塊：

在 CPU 向背板總線的輸出對於所有連接的模塊來說不夠充分的情況下，電源模塊 (PS) 通過背板總線為 S7-1500 模塊的內部電路供電。

用於將 SIMATIC S7-1500 連接到 120/230 VAC 電源的負載電源模塊 (PM)。

接口模塊用於連接基於 S7-1500 的分佈式 I/O。

設計

簡單的設計使得 SIMATIC S7-1500 十分靈活，便於維護。

集成背板總線：

集成的背板總線；背板總線集成在模塊上。 模塊通過 U 形連接器相連，總線連接器插在外殼的背面。 可以節省安裝時間。 不久將會提供具有"無響應熱插拔"功能的有源背板。

模塊組裝在 S7-1500 安裝導軌上：

具有各種長度，包括切割至定長的型號。 由於具有集成式 DIN 導軌，可以卡裝廣泛的標準部件，如附加端子、小型斷路器或小型繼電器。

性能可靠，接線方便：

I/O 信號是通過統一的 40 針前連接器來連接的。 信號模塊和前連接器之間具有機械編碼，可防止因意外的錯誤插入而對電路造成破壞。

為了對前連接器進行簡單接線，可將該連接器置於"預接線位置"。 在此位置上，插頭尚未與模塊電路接觸。 此位置還可用於在運行過程中進行改動。 用戶可藉助於前蓋內側的一個印製電纜連接圖進行連接。

前連接器作為帶螺釘型端子或推入式端子的型號提供。 兩個型號都可以連接線芯截面積為 0.252 ~ 1.5 mm2（AWG 24 ~ AWG 16）的導線。

另外，數字量信號模塊可通過 TOP Connect 進行系統接線。 通過 TOP Connect，可以快速而清晰地連接到現場的傳感器和執行器，並可在控制櫃中進行簡便接線。

對於模擬量模塊，可以直接在模塊上進行屏蔽；隨模塊提供了一個屏蔽連接套件，無需工具即可進行安裝。

工廠標籤：

針對 S7-1500 的信號模塊提供了標籤條。可使用一臺標準激光打印機來打印這些 DIN A4 標籤紙上的標籤。 可以從 TIA Portal 進行自動打印，而無需重新輸入符號或地址。 通過這些標籤條的設計形式，可為通道或診斷顯示 1:1 分配標籤。 如果前蓋打開，則診斷顯示到端子的這種 1:1 分配會保留。

可變和可擴展的站配置：

信號模塊和通信處理器可以不受限制地以任何方式連接。 系統可自行組態。

最大配置包括帶有 31 個模塊（30 個模塊 + 1 個電源）的 CPU。 在 CPU 向背板總線的輸出對於所有連接的模塊來說不夠充分的情況下，需要由電源 (PS) 通過背板總線為 S7-1500 模塊的內部電路供電。

尺寸緊湊：

SIMATIC S7-1500 的尺寸使其能夠順利安裝到 SIMATIC S7-300 或 ET 200M 的可用安裝空間中。

移動敷設：

SIMATIC S7-1500 及其模塊可以垂直和水平安裝，從而可以最佳方式安裝到可用空間內。

I/O 模塊

以下模塊類型可用於 SIMATIC S7-1500/ET 200MP：

數字量輸入模塊

數字量輸出模塊

數字量輸入/輸出模塊

模擬量輸入模塊

模擬 I/O 模塊

模擬量輸出模塊

包括高速 (HS) 模擬量模塊，無論激活的通道數如何，基本執行時間都是 62.5 µs

用於計數和定位的工藝模塊

用於點到點通信和總線連接的通信模塊

不久將可供貨 用於面向安全的應用的故障安全模塊

提供了各種模塊等級，可使用戶在其應用中實現最佳擴展。 模塊本身通過標籤進行相應標記：

BA（基本型）： 簡易低成本模塊，無診斷功能，沒有參數

ST（標準型）： 具有與模塊或負載組相關的診斷的模塊，如果適用，帶有參數；模擬量模塊： 準確度等級 0.3%

HF（高性能型）： 具有與通道相關的診斷和參數設置的模塊；對於模擬量模塊： 準確度等級 0.1%，抗擾度和電流隔離程度提高

HS（高速型）：具有極端濾波和轉換時間的模塊適用於超高速應用；例如 8 通道模擬量模塊，無論激活的通道數如何，基本執行時間都是 62.5 µs。

I/O 模塊的附件：

標籤紙：

可插入到 I/O 模塊中（10 張 DIN A4 標籤紙，每張標籤紙帶有 10 個標籤，預穿孔，可使用標準激光打印機進行打印；可用顏色： Al 灰）

屏蔽連接：

SIMATIC S7-1500 系統（模擬量模塊和工藝模塊）提供了一個簡易屏蔽連接套件，無需使用工具即可安裝。 此套件包含一個 24 V DC 饋電元件、一個屏蔽夾和一個通用屏蔽端子。 該屏蔽端子可用於單根細幹線電纜、多根細幹線電纜或一根粗幹線電纜。 由於對 24 V DC 電源和測量信號進行分離，並且在屏蔽和信號電纜之間具有低阻抗連接，因此可確保較高的 EMC 穩定性和抗干擾性。

統一的 40 針前連接器

I/O 模塊的前門或自組裝背板總線的 U 型連接器等其它附件

通信

S7-1500 具有不同的通信接口：

PROFINET IO IRT 接口（2 端口交換機），集成在 CPU 中；

用於獲得確定的響應時間和高設備精度。

用於連接到 PROFIBUS 和工業以太網總線系統的通信模塊（不久提供 PROFINET）

用於點到點連接的通訊模塊。

CPU 1515 PN 具有一個附加的集成 PROFINET 接口，其具有單獨的 IP 地址，例如，用於網絡分離。 對於 CPU 1516-3 PN/DP，可通過該集成 PROFIBUS 接口來連接 PROFIBUS 節點。 通過一個 PROFIBUS CM，可方便地對不帶集成 PROFIBUS 接口的 CPU 進行擴展。

通過 PROFINET IO 進行過程通信

SIMATIC S7-1500 通過集成的 PROFINET 接口連接到 PROFINET IO 總線系統，可實現具有確定響應時間和高精度設備性能的分佈式自動化配置。

從用戶的角度來看，PROFINET IO 上的分佈式 I/O 處理與集中式 I/O 處理沒有區別（相同的組態，編址及編程）。

可將下列設備作為 IO 控制器進行連接：

SIMATIC S7-1500

SIMATIC S7-1200

SIMATIC S7-300（使用配備 PROFINET 接口或 PROFINET CP 的 CPU）

SIMATIC S7-400（使用配備 PROFINET 接口或 PROFINET CP 的 CPU）

SIMATIC ET 200（通過帶有 PROFINET 接口的 CPU）

以下設備可作為普通設備或智能設備來連接：

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（使用配備 PROFINET 接口或 PROFINET CP 的 CPU）

SIMATIC S7-400（使用配備 PROFINET 接口或 PROFINET CP 的 CPU）

ET 200 分佈式 I/O 設備

作為直接按鍵模塊運行的人機界面設備

現場設備

PROFIBUS DP 進行過程通信

SIMATIC S7-1500 通過通信處理器或通過配備集成 PROFIBUS DP 接口的 CPU 連接到 PROFIBUS DP 總線系統。 通過帶有 PROFIBUS DP 接口的 CPU 或通訊模塊,可構建一個高速的分佈式自動化系統，並且使得操作大大簡化。

從用戶的角度來看，PROFIBUS DP 上的分佈式I/O處理與集中式I/O處理沒有區別（相同的組態，編址及編程）。

以下設備可作為主站連接：

SIMATIC S7-1500

（通過帶 PROFIBUS DP 接口或 PROFIBUS DP 通信模塊的 CPU）

SIMATIC S7-300

(使用帶 PROFIBUS DP 接口的 CPU 或 PROFIBUS DP CP)

SIMATIC S7-400

(使用帶 PROFIBUS DP 接口的 CPU 或 PROFIBUS DP CP)

SIMATIC S5-115U/H、S5-135U 和 S5-155U/H，帶IM 308

SIMATIC 505

以下設備可作為普通從站或智能從站來連接：

分佈式 I/O 設備，例如 ET 200

現場設備

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 (只有通過 CP 443-5)

SIMATIC S7-1500（只能通過 CP/CM 1542-5）

不過，安裝有 STEP 7 的編程器/PC 或 SIMATIC HMI 面板僅使用部分通過 PROFIBUS DP 運行的 PG 和 OP 功能。

通過以太網的數據通信

S7-1500 可通過集成 PROFINET 接口或通過通信模塊連接到工業以太網總線系統。 可以連接以下設備：

SIMATIC S7-1200

SIMATIC S7-1500

SIMATIC S7-300

SIMATIC S7-400

SIMATIC S5-115U/H、S5-135U 和 S5-155U/H

編程器

PC、工業 PC

SIMATIC HMI 操作員控制和監視系統

數控

機器人控制

驅動控制器

其它廠商設備

支持的協議：

TCP/IP

ISO-on-TCP (RFC1006)

UDP

SNMP

DCP

LLDP

HTTP

HTTPS

MODBUS TCP

工業以太網通信處理器 CP 1543-1 提供了以下附加功能：

1 Gbit 接口

支持 IPv6

安全性： 通過硬件識別、IP/MAC 訪問列表、防火牆、VPN 隧道進行訪問保護

通過 ISO 協議與 S5 系統通信

FTP（客戶端/服務器）、電子郵件、SNMPv1/v3

通過 PROFIBUS 的數據通信

SIMATIC S7-1500 通過通信處理器或通過配備集成 PROFIBUS DP 接口的 CPU 可連接到 PROFIBUS DP 總線系統。可以連接以下設備：

SIMATIC S7-1200

SIMATIC S7-1500

SIMATIC S7-300

SIMATIC S7-400

SIMATIC S5-115U/H、S5-135U 和 S5-155U/H

編程器

PC、工業 PC

SIMATIC HMI 操作員控制和監視系統

數控

機器人控制

驅動控制器

其它廠商設備

通過點到點通信模塊進行數據通信

通過點到點通信模塊，可實現功能強大的點到點連接。 例如，可以連接以下設備：

SIMATIC S7、SIMATIC S5 自動化系統和其他公司的系統

掃描儀、條形碼閱讀器、識別系統

機器人控制

打印機

支持的協議：

Freeport： 適用於通用通信的用戶可設置報文格式

3964(R) 可提高傳輸可靠性

Modbus RTU 主站

Modbus RTU 從站

USS，通過指令實現

接口性質：

RS 232 帶輔助信號

RS 422 用於全雙工連接

RS 485 用於半雙工和多點連接

傳輸速率為 300 - 115 200 bit/s

通過 Sub D 連接器進行連接

一般信息

中央處理單元 (CPU) 是 SIMATIC S7-1500 的核心組件。它們除了可以執行用戶程序，還可用於連接控制器和其它自動化組件。

首次發佈的產品中包含以下三種 CPU：

CPU-1511-1 PN 適用於中小型應用

CPU-1513-1 PN 適用於大中型應用

CPU-1516-3 PN/DP 適用於要求較高的大型應用和其它通信任務

目前，CPU的種類已經日益完善，包括用於熱備的冗餘CPU等

特性和客戶收益

憑藉各種創新技術，SIMATIC S7-1500 的 CPU 極大地提升了生產力和生產效率。該系列 CPU 的硬件設計緊湊。組件和模塊高度集成、通用性強，不僅節省了機櫃空間，同時還降低了備件的庫存費用。