巴中西门子S7-300代理商专业技术团队

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浔之漫 智控技术有限公司  上海诗慕自动化设备有限公司
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应用

CPU 1511C-1 PN 是入门级 CPU，用于非连续生产技术中对处理速度和响应速度要求不高的应用。

CPU 1511C-1 PN 具有 5 点模拟量输入；通过这些输入，可以获得压力或温度等模拟过程信号。其中 4 点个输入可用于电流或电压测量，1 点输入可用于电阻测量。
CPU 上的集成模拟量输出将 16 位数字值转换为电流或电压并输出到过程。例如，它们适合控制比例阀。
借助于 16 点集成式数字量输入，可在控制器上直接记录来自设备的 24 V DC 信号。
16 点集成式数字量输出可以切换 24 V DC 电压，从而将内部信号从控制器传送到设备。
集成的计数器可记录速度高达 100 kHz 的信号并直接在控制器中分析计数器状态或当前速度，无需使用附加模块。速度可以频率或周期的形式输出，或以用户归一化速度的形式输出。
CPU 的运动控制功能可将计数器用作实际位置值，将模拟量输出用作速度设定值输出。4 – 100 kHz 输出可用于：

• 直接控制步进电机
• 输出频率

或通过 PWM 功能进行控制：

• 直接控制阀门或
• 通过数字方式发送模拟信号

另外，CPU 通过易组态的块提供全面控制功能，以及通过标准化 PLC-open 块 提供连接至驱动器的能力。

CPU 1511C-1 PN 可被用作 PROFINET IO 控制器或分布智能系统（PROFINET 智能设备）。集成式 PROFINET IO IRT 接口设计为双端换机以便在系统中设立总线型拓扑。

设计

CPU 1511C-1 PN 的特点：

• 功能强大的处理器：
  该 CPU 的单条二进制命令的命令执行时间可低至 60 ns。
• 大容量工作存储器：
  175 KB 用于程序，1 MB 用于数据
• 集成输入/输出；
  16 点数字量输入和 16 点数字量输出以及 5 点模拟量输入和 2 点模拟量输出（用于电流/电压信号），并具有一个用于测量 CPU 温度的附加输入。
• SIMATIC 存储卡作为装载存储器：
  具有数据记录和归档等附加功能
• 灵活的扩展功能：
  单层组态多可支持 32 个模块（CPU + 31 个模块）
• 具有以下功能的屏幕画面：
  • 显示概览信息，如集成接口的 IP 地址、站名称、设备名称、位置标识符等。
  • 显示器以及诊断确认和用户消息
  • 模块信息显示
  • 显示可由用户定义的徽标
  • 显示设置
  • 设置 IP 地址
  • 设置日期和时间
  • 选择运行模式
  • 将 CPU 复位为出厂设置
  • 项目的备份与恢复
  • 禁用/启用显示
  • 启用保护级别
• PROFINET IO IRT 接口：
  具有通过 PROFINET 连接分布式 I/O 的选件。

功能

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
• 由于背板总线速度显着提高，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 端换机）标准接口。
• 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

    
    PLC 硬件系统设计

    1 ． PLC 型号的选择

    在作出系统控制方案的决策之前，要详细了解被控对象的控制要求，从而决定是否选用 PLC 进行控制。

    在控制系统逻辑关系较复杂（需要大量中间继电器、时间继电器、计数器等）、工艺流程和产品改型较频繁、需要进行数据处理和信息管理（有数据运算、模拟量的控制、 PID 调节等）、系统要求有较高的可靠性和稳定性、准备实现工厂自动化联网等情况下，使用 PLC 控制是很必要的。

    目前，国内外众多的生产厂家提供了多种系列功能各异的 PLC 产品，使用户眼花缭乱、无所适从。所以全面权衡利弊、合理地选择机型才能达到经济实用的目的。一般选择机型要以满足系统功能需要为宗旨，不要盲目贪大求全，以免造成投资和设备资源的浪费。机型的选择可从以下几个方面来考虑。

    （ 1 ）对输入 / 输出点的选择

    盲目选择点数多的机型会造成一定浪费。

    要先弄清除控制系统的 I/O 总点数，再按实际所需总点数的 15 ～ 20 ％留出备用量（为系统的改造等留有余地）后确定所需 PLC 的点数。

    另外要注意，一些高密度输入点的模块对同时接通的输入点数有限制，一般同时接通的输入点不得超过总输入点的 60 ％； PLC 每个输出点的驱动能力（ A/ 点）也是有限的，有的 PLC 其每点输出电流的大小还随所加负载电压的不同而异；一般 PLC 的允许输出电流随环境温度的升高而有所降低等。在选型时要考虑这些问题。

    PLC 的输出点可分为共点式、分组式和隔离式几种接法。隔离式的各组输出点之间可以采用不同的电压种类和电压等级，但这种 PLC 平均每点的价格较高。如果输出信号之间不需要隔离，则应选择前两种输出方式的 PLC 。

    （ 2 ）对存储容量的选择

    对用户存储容量只能作粗略的估算。在仅对开关量进行控制的系统中，可以用输入总点数乘 10 字 / 点＋输出总点数乘 5 字 / 点来估算；计数器/ 定时器按（ 3 ～ 5 ）字 / 个估算；有运算处理时按（ 5 ～ 10 ）字 / 量估算；在有模拟量输入 / 输出的系统中，可以按每输入 / （或输出）一路模拟量约需（ 80 ～ 100 ）字左右的存储容量来估算；有通信处理时按每个接口 200 字以上的数量粗略估算。后，一般按估算容量的50 ～ 100 ％留有裕量。对缺乏经验的设计者，选择容量时留有裕量要大些。

    （ 3 ）对 I/O 响应时间的选择

    PLC 的 I/O 响应时间包括输入电路延迟、输出电路延迟和扫描工作方式引起的时间延迟（一般在 2 ～ 3 个扫描周期）等。对开关量控制的系统，PLC 和 I/O 响应时间一般都能满足实际工程的要求，可不必考虑 I/O 响应问题。但对模拟量控制的系统、特别是闭环系统就要考虑这个问题。

    （ 4 ）根据输出负载的特点选型

    不同的负载对 PLC 的输出方式有相应的要求。例如，频繁通断的感性负载，应选择晶体管或晶闸管输出型的，而不应选用继电器输出型的。但继电器输出型的 PLC 有许多优点，如导通压降小，有隔离作用，价格相对较便宜，承受瞬时过电压和过电流的能力较强，其负载电压灵活（可交流、可直流）且电压等级范围大等。所以动作不频繁的交、直流负载可以选择继电器输出型的 PLC 。

    （ 5 ）对在线和离线编程的选择

    离线编程示指主机和编程器共用一个 CPU ，通过编程器的方式选择开关来选择 PLC 的编程、监控和运行工作状态。编程状态时， CPU 只为编程器服务，而不对现场进行控制。编程器编程属于这种情况。在线编程是指主机和编程器各有一个 CPU ，主机的 CPU 完成对现场的控制，在每一个扫描周期末尾与编程器通信，编程器把修改的程序发给主机，在下一个扫描周期主机将按新的程序对现场进行控制。计算机辅助编程既能实现离线编程，也能实现在线编程。在线编程需购置计算机，并配置编程软件。采用哪种编程方法应根据需要决定。

    （ 6 ）据是否联网通信选型

    若 PLC 控制的系统需要联入工厂自动化网络，则 PLC 需要有通信联网功能，即要求 PLC 应具有连接其他 PLC 、上位计算机及 CRT 等的接口。大、中型机都有通信功能，目前大部分小型机也具有通信功能。

    （ 7 ）对 PLC 结构形式的选择

    在相同功能和相同 I/O 点数据的情况下，整体式比模块式价格低。但模块式具有功能扩展灵活，维修方便（换模块），容易判断故障等优点，要按实际需要选择 PLC 的结构形式。

    2 ．分配输入 / 输出点

    一般输入点和输入信号、输出点和输出控制是一一对应的。

    分配好后，按系统配置的通道与接点号，分配给每一个输入信号和输出信号，即进行编号。

    在个别情况下，也有两个信号用一个输入点的，那样就应在接入输入点前，按逻辑关系接好线（如两个触点先串联或并联），然后再接到输入点。

    （ 1 ）确定 I/O 通道范围

    不同型号的 PLC ，其输入 / 输出通道的范围是不一样的，应根据所选 PLC 型号，查阅相应的编程手册，决不可“张冠李戴”。必须参阅有关操作手册。

    （ 2 ）部辅助继电器

    内部辅助继电器不对外输出，不能直接连接外部器件，而是在控制其他继电器、定时器 / 计数器时作数据存储或数据处理用。

  • 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
  • 集成式 I/O，例如，用于直接操作步进电机和模拟轴或直接记录HTL编码器。
  • 组态与编程中的计数器功能设计与 TM Count 2x24V 模块兼容。
  • 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的网页服务器进行调用。
  • 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，防止未经授权读取和修改程序块
  • 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：
    控制器识别已改变的或未经授权的工程组态数据的传输
• 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。
  • 显示屏上的操作员控制选项：
    设置 CPU 或所连接以太网通信处理器的地址、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
  • 显示屏上、TIA 博途中、HMI 设备上以及 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更新。
  • 集成在 CPU 的固件中，无须进行特殊组态。
• SIMATIC 存储卡(用来运行 CPU)
  • 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创建数据块实现数据存储/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 SP 1 UPD 4 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。
  • 通过复制与粘贴操作，可将 S7-1200 基本程序传送到 S7-1500