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西门子S7-1500PLC产品应用

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，这在次上市发布的产品中是不可能的)。背板总线的速度是S7-400PLC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端口交换机)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。

除集成接口外，每个SIMATIC S7-1500控制器还可通过通信模块或通信处理器进行扩展。这样就提供了很多其它连接方法，例如，通过PROFIBUS进行连接，通过以太网进行连接，或通过采用专用协议USS或Modbus RTU的串行接口进行连接。

集成技术

SIMATIC S7-1500可以不使用任何附加模块而在PLC中集成运动控制功能。通过PLCopen，该控制器提供了标准化的块，可用来连接模拟驱动器和PROFIdrive驱动器。运动控制功能支持转速轴和定位轴以及外部编码器。

为了有效调试和快速优化驱动器和闭环控制器，SIMATIC S7-1500还针对所有CPU变量提供了广泛的跟踪功能，既可用于实时诊断，又可用于不定时故障检测。

除驱动器功能外，S7-1500还提供了丰富的闭环控制功能，例如，可通过便于组态的块来自动优化控制参数以获得控制质量。

此外，还可利用工艺模块来执行高速计数、位置捕获等功能，或针对24V直至200kHz的信号执行测量。

集成了安全功能

与STEP7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。

以太网通信处理器(CP 1543-1)通过防火墙为用户提供了附加访问保护，并可建立安全连接(V12SP1及更高版本)。

设计与操作

所有SIMATIC S7-1500 CPU都配有一个显示屏。通过该显示屏，用户可以读取所连接的任何模块的订货号、固件版本和序列号等信息;另外，无需使用编程设备，即可在本地调整CPU的IP地址以及其它网络设置。

错误消息以普通文本形式显示在显示屏上，从而有助于缩短停机时间。

所有模块采用统一的前连接器，集成式电压跳线可形成灵活的电压组，简化了库存。

由于S7-1500安装导轨中集成了标准安装导轨，可方便地安装自动熔断器、继电器等附加组件。

在集中配置中，可通过信号模块对SIMATIC S7-1500控制器进行扩展。这样，通过节省空间的扩展，就可以灵活适应每种应用。在将此款控制器推向市场时，市场上已有各种不同的模拟量和数字量模块。

使用用于数字量信号模块的系统电缆套件，可以快速、清晰地连接现场传感器和执行器(完全模块化连接，包括前连接器模块、连接线和连接模块以及在开关柜内进行简便接线(灵活连接，包括带有预组装的单线芯的前连接器。

另外，还为S7-1500提供了用于为模块提供24V电压的电源模块以及为内部模块电路供电的系统电源。

通过用于ET 200MP I/O系统的IM 155-5 PROFINET接口模块，可以使用多达30个信号、通信和工艺模块。这样，S7-1500的组件和系统优点也适用于分布式配置。无论模块是在S7-1500控制器旁的一个集中配置中运行，还是在通过ET 200MP实现的分布式配置中运行，在操作和系统功能方面，用户都看不到任何差别。在这两种系统中采用的高性能背板总线都可缩短总线循环时间和响应时间，即使对于大型站配置以及很高的数量结构，也是如此。

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、TIAPortal、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 ProfessionalV12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。STEP7V11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。

S7系列PLC分为S7-200小型机、 S7-300中型机、S7-400大型机。S7-200系列PLC是西门子公司20世纪90年代推出的整体式小型机，其结构紧凑、功能强，具有很高的性能价格比，在中小规模控制系统中应用广泛。

一、标准触点 LD、A、O、LDN、AN、ON、 

LD，取指令。表示一个与输入母线相连的常开接点指令，即常开接点逻辑运算起始。

LDN，取反指令。表示一个与输入母线相连的常闭接点指令，即常闭接点逻辑运算起始。

A，与指令。用于单个常开接点的串联。

AN，与非指令。用于单个常闭接点的串联。

O，或指令。用于单个常开接点的并联。

ON，或非指令。用于单个常闭接点的并联。 

       二、正、负跳变 ED、EU 

ED，在检测到一个正跳变（从OFF到ON）之后，让能流接通一个扫描周期。

EU，在检测到一个负跳变（从ON到OFF）之后，让能流接通一个扫描周期。 

三、输出 = 

=，在执行输出指令时，映像寄存器中的指定参数位被接通。 

四、置位与复位指令S、R 

S，执行置位(置1)指令时，从bit或OUT指定的地址参数开始的N个点都被置位。

R，执行复位(置0)指令时，从bit或OUT指定的地址参数开始的N个点都被复位。

置位与复位的点数可以是1-255，当用复位指令时，如果bit或OUT指定的是T或C时，那么定时器或计数器被复位，同时当前值将被清零。 

五、空操作指令NOP   

NOP指令不影响程序的执行，执行数N（1-255）。

西门子PLC系统数学函数变换指令介绍

数学函数变换指令包括平方根、自然对数、指数、三角函数等。

（1）平方根（SQRT）指令：对32位实数（IN）取平方根，并产生一个32位实数结果，从OUT指定的存储单元输出。

（2）自然对数（LN）指令：对IN中的数值进行自然对数计算，并将结果置于OUT指定的存储单元中。

求以10为底数的对数时，用自然对数除以2.302585（约等于10的自然对数）。

（3）自然指数（EXP）指令：将IN取以e为底的指数，并将结果置于OUT指定的存储单元中。

将“自然指数”指令与“自然对数”指令相结合，可以实现以任意数为底，任意数为指数的计算。求y^x，输入以下指令：EXP (x * LN (y))。

例如：求2³=EXP（3*LN（2））=8；27的3次方根=27^1/3=EXP（1/3*LN（27））=3。

（4）三角函数指令：将一个实数的弧度值IN分别求SIN、COS、TAN，得到实数运算结果，从OUT指定的存储单元输出。

函数变换指令格式及功能如表1所示。

表1 函数变换指令格式及功能

使ENO = 0的错误条件：0006（间接地址），SM1.1（溢出）SM4.3（运行时间）

对标志位的影响：SM1.0（零），SM1.1（溢出），SM1.2（负数） 

西门于S7-300系列PLC控制电机分批启动

 一、电机分批自启动技术在石油化工等连续生产企业中有着广泛的用途。以PLC为核心控制单元的电机分批自启动系统具有以下功能及特点：
1、能够实时地监控电机的运行状态；

2、记忆电网波动前电机的运行状态，只有在电网波动前处于运行状态而且在电网波动时停机的电机才具备电机自启动条件；


3、准确及时地捕获电网电压信息。

4、分批自启动的电机按照工艺流程需要，在PLC中预先设置，同时为避免多台电机在自启动中对电网的影响、电机分批自启动中采用分批延时处理方式；

5、具有多路输入和多路输出功能，实现多台电机自启动集中控制；

6、具备远程通信接口，实现与上位机或DCS系统的通信，在上位机或DCS系统中方便地对该系统进行监控和维护。

洛阳石油化工总厂的2套PLC电机分批自启动设备，采用西门于S7-300系列PLC，它以CPU313为ZY处理单元，每执行1000条二进制指令约需 0.7ms。S7—300同时具备128点数字量输入/输出和32路模拟量输入/输出，12KB的RAM，20KB的负载存储器；完全能够满足电机状态和 系统电压的实时监控和及时实现电机分批自启动的要求。
二、系统组成

2套PLC电机分批自启动系统根据变电所供电方式，每一段低压母线采用l台PLC。系统硬件主要分为外围电路和核心单元2部分。外围电路主要完成母线电 压、电机运行状态等信号的采集、处理和转换以及电机启动指令的驱动等。核心单元(即PLC)主要完成信号处理，发出电机驱动指令。

2.1外围电路
外围电路主要包括以下几个部分：

1、母线电压采样监测。它通过1个电流型电压变送器将0—380V交流母线电压转换为4*20mA直流信号。

2、电机运行状态信号监控。电机运行状态信号通过电机控制回路中的1个干接点输入到PLC的输入模块。所有信号的输入都经过光藕隔离，以提高抗干扰能力。

3、电机驱动单元。电机启动信号由PLC发出，输出单元不直接驱动电机，而是通过1个220V、10A AC的中间继电器带动电机操作回路。这样一方面提高了驱动能力，另一方面使得电气操作回路和PLC控制回路分隔，提高了系统的安全可靠性。

2.2核心单元
根据系统的要求，其核心PLC主要有以下几部分：

1、CPU313及系统软件。它完成电压和电机运行状态监测，实时进行逻辑判断，发出电机分批自启动指令。CPU313有4种操作选择：RUN—P、RUN、STOP和MRES运行方式。

2、模拟量输入模块SM331(8路输入)。它把电压变送器输入的4-20mA的模拟量转换为数字信号，并将数字信号送到PI，C的控制单元，以供PLC做出电压判断。

3、数字量输入模块SM321。16路输入2个，32路输入1个，完成62台电机运行状态监测和PLC电机分批自启动系统运行、调试状态监侧，电机运行状态信号通过电机操作回路中的接触器辅助接点接至该模块。

4、数字量输出模块SM322(输出8路)。接受PLC控制单元的指令，完成电机驱动信号输出，通过出口中间继电器，驱动电机操作回路，完成电机分批自启动。

三、系统软件设计

电机分批自启动系统软件主要任务为：

1、完成系统初始化；

2、正常状态下的数据监测；
3、电网电压出现波动后，即电网电压降至70%，所有电机都会因为电气保护装置而强制退出运行，在此之前，程序已经做出判断并锁存电机状态信号；

4、当电力系统恢复正常（3s内，母线电压恢复至95%）时，程序依据故障前保存的电机状态信号、对具备白启动条件的电机。按照顺序分批发出启动信号，使其恢复运行；

5、无论在正常状态下或是在电机自启动过程中，PLC均实时监侧母线电压；

6、通信接口程序。包括系统监测数据和故障信息，PLC将采集的母线电压信息、电机启动状态信息传输到上位机或DCS系统，便于维护人员实时了解设备运行状况。

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