西门子 代理西门子S7-1500可编程控制器CPU模块

代理西门子S7-1500可编程控制器CPU模块
   SIMATIC S7-1500 是对 SIMATIC S7-300 和 S7-400 进行进一步开发的自动化系统。
    通过集成大量的新性能特性，S7-1500 自动化系统具有的用户可操作性和极高的性能。

        【 ：余鑫（工程师）】                         
 
        【：】
                                               
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代理西门子S7-1500可编程控制器CPU模块

1.用户程序运行在CPU模块中，CPU模块内没有程序装载存储器，程序存储在专用的存储卡中里，概念同S7-300。存储卡需要单独订货。CPU目前有三种型号：

• CPU 1511-1 PN

• CPU 1513-2 PN

• CPU 1516-3 PN/DP

三个CPU型号从上至下性能由低到高排列，区别于指令执行速度，各种地址空间尺寸，内存大小，集成通讯口种类个数等等方面，具体请参考对应的CPU手册。

2.对于PLC系统，用户程序处理的是输入/输出(I/O)信号直接的逻辑关系。那么往往系统需配置I/O模块，S7-1500的CPU模块自身没有集成I/O，I/O信号输入通过拓展I/O模块进行输入输出。常见I/O信号有，

• 数字量输入(DI)：也就是开关量(还有称作离散量)信号输入

• 数字量输出(DQ)：开关量信号输出

• 模拟量输入(AI)：连续量输入，如电压-10V ～ +10V, 4 ～ 20mA等

• 模拟量输出(AQ)：连续量输出

• 还有脉冲输入(PI)， 脉冲输出(PQ)等

3.S7-1500的数字量输入模块

• DI 32x24VDC HF

• DI 16x24VDC HF

• DI 16x230VAC BA

• DI 16x24VDC SRC BA

• …

型号简介：

• DI： Digital input，数字量输入
• 32x24VDC：共32个输入通道 (点) ，电压规格为直流24V
• 16x230VDC：共16个输入通道 (点) ，电压规格为交流230V
• BA：Basic，基本型
• HF：High feature, 高性能型
• SRC： Source Input， 源型输入 ，未标识为漏型。

4.S7-1500的数字量输出模块

• DQ 16x24VDC/0. ST

• DQ 32x24VDC/0. ST

• DQ 8x24VDC/2A HF

• DQ 8x230VAC/2A ST

• DQ 8x230VAD/ ST

• …

型号简介，以*个型号为例：

• DQ： Digital Ouput, 数量输出
• 16x24VDC：共16个输出通道，输出电压为DC24V, 容量每个通道Z大0.。
• HF：High Feature, 高性能型，通常意味着模块带诊断功能。相对应的是ST(Standard，标准)型，无诊断功能。

5.S7-1500的模拟量输入模块

• AI 8xU/I HS

• AI 8xU/I/RTD/TC ST

• …

以*个型号为例，型号简介：

• AI： Analogue input，模拟量输入模块
• 8xU/I：8个通道，支持电压或电流型号输入

6.S7-1500的模拟量输出模块

• AQ 4xU/I ST

• AQ 8xU/I HS

• …

同样以*个型号为例，型号简介：

• AQ：Analogue Output，模拟量输出模块
• 4xU/I：共4个通道，支持电压，电流输出
• ST：标准型

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

S7-1500电源选型按模块消耗的功率选，TIA 博途软件提供电源计算：

根据软件提供的模块功率可以选电源模块， 需要提一下是上图的选项：

“Supply voltage L+ connected”选中，意思是CPU的电源端子有输入，CPU(也)提供背板的电源供电。

8.S7-1500安装需要专用导轨，导轨按长度分，有这么几种规格：

160mm，482mm，530mm，830mm，2000mm。

9.编程使用的工具是TIA博途软件，使用以太网网线直接连接计算机网卡与CPU1500就可以下载程序。

软件：SIMATIC STEP 7 Professional V12

10.Z后简单介绍一个S7-1500的选型配置。

假设需要选一个S7-1500本地站，包含24VDC DI 40点，24VDC DQ 28点，0～10V电压模拟量输入3个点，4～20mA电流输入3个点，4～20mA电流输出5个

接触技术

百家号17-12-2823:10

S7-1500

实验一 S7-1500硬件组态、上传、下载

1）实验内容

①了解S7-1500自动化系统的硬件知识，对其硬件结构、安装、接线等知识有直观了解；

②安装TIA Portal工程平台，熟悉TIA Portal下STEP 7的基本操作；

③在STEP 7（TIA Portal）中对S7-1500进行硬件组态，并实现从PG/PC对PLC进行下载和上传；

④了解S7-1500自动化系统中硬件检测功能的原理及使用；

⑤对比“在线/将设备作为新站上传（硬件和软件）”与“插入非指定的CPU”上载后的区别；

⑥在TIA Portal 中开启PLCSIM V13，将项目下载到PLCSIM V13中。

2）实验流程

①安装TIA Portal，并熟悉TIA Portal的界面和基本操作

先明确TIA（Totally Integrated Automation全集成自动化）的概念，TIA Portal只是平台，在该平台上运行STEP7和WINCC等软件。可在Start->Installed software中查看已安装软件信息，可扩展查看详细信息以及检查更新。TIA Portal做好软件定期的更新，可解决TIA Portal中的BUG并完善 TIA Portal功能。

参照S7 1500手册中的接线部分来将PM、CPU、DI、DO、AI和AO模块的接线与安装，这其中的安装导轨（尺寸区别与S7 300，且一侧可作为普通导轨用），需注意背板总线连接器和前连接器和屏蔽夹的安装和使用。

②新建项目

启动 TIA Portal V13，Portal提供了Portal view和Project view，在Portal view下可便捷的完成系统框架的搭建，而在Project view可进行项目详细的设置。创建一个新的项目，设置好项目名称、存储路径、作者和注释等信息，单击创建即完成一个项目的新建。新建项目如下图所示。

图1-新建项目

项目创建后切换至项目视图，如下图所示。

图2-项目视图

③硬件检测

项目新建后，需先完成硬件组态，硬件组态可手动按照现有的硬件配置逐一在TIA Portal中选择，也可以使用检测功能来自动完成硬件组态。选择添加新设备，在弹出的对话框中选择未指定的CPU 1500，可为其分配名称，需要特别注意的是版本的选择，在Portal中对硬件版本的要求较为严格，如果版本不匹配会出错。

添加新设备，选择未指定的CPU 1500，如下图所示。

图3-插入CPU

硬件检测界面如下图所示。

图4-硬件检测

后在弹出的device view界面中，单击检测，弹出选择PG/PC接口的窗口，选择PN/IE类型，根据是PC的网卡类型选择相应的选项，单击开始搜索，注意Online status information的消息提示，搜索完后，显示出检索出的可用设备，可查看device name、device type、IP address和MAC address信息。单击检测，可完成硬件检测。

设置PG/PC接口如下图所示。

图5-设置PG/PC接口

检测结果如下图所示。

图6-检测结果

Z终硬件上载成功。

下载

在程序块中的Mian(OB1)中使用LAD编写启保停程序，选中整个站点，先单击编译，编译后注意在窗口中compile栏中编译结果提示，警告可忽略，但是错误必须改正后才能下载。

编译通过后，单击下载，弹出选择PG/PC接口的窗口，配置相应选项，单击开始搜索，选中搜索出的CPU并单击下载，在弹出的对话框中选择在不同步的情况下继续，单击下载，等待下载完成后，勾选全部启动，单击完成，即完成S7 1500的下载。

在OB1编程编译如下图所示。

图7-编译下载

下载前选择PG/PC接口（如果已设置过就不需要），选择好CPU即可。

下载时的提示，选择在不同步的情况下继续，如下图所示。

图8-在不同步的情况下继续

单击下载，执行下载，如下图所示。

图9-执行下载

下载完成后，勾选全部启动来完成下载。如下图所示。

图10-完成下载

在线和监视

下载完成后，使CPU变为在线状态，单击OB1中的监视，可实时监视和修改变量值。如下图所示。

图11-在线监视

在线访问

当检索出的CPU的IP 地址出现红色背景时，表明IP地址有冲突，可通过在线访问功能，双击相应网卡下的更新可访问的设备，选中CPU下的在线与诊断，在功能中给CPU分配IP和分配名称。如下图所示。

图12-在线访问

上传

使CPU在线后，选中CPU，单击菜单栏中的从设备上传（软件），在弹出的对话框中勾选继续，单击从设备上传，上传成功后，在Portal右下角会提示从设备上传已完成。软件上传的前提是硬件组态已配置好，并且使CPU处于在线状态。

上传，勾选继续，单击从设备上传，如图所示：

图13-上传

上传完成后，如下图所示。

图14-上传成功实例

④在线/将设备作为新站上传（硬件和软件）

与选中未指定不同之处为：

图15-上传方式不同之处

出现连接界面：

图16-连接界面

Z终上传成功，与前一种方法一致。

⑤下载到PLCSIM V13

在OB1中编写完启保停程序后，单击启动仿真，待PLCSIM V13启动后，自动创建一个新的PLCSIM项目，选中CPU站点，单击编译，编译通过后，单击下载，会弹出设置PG/PC接口的窗口，选择PG/PC接口为PLCSIM S7 1200/S7 1500，单击开始搜索，选择检索出的CPU，单击下载，在弹出的后续对话框中选择相应项，完成下载到PLCSIM V13。如下图所示。

图17-下载到PLCSIM V13

Z终仿真监控：

图18-仿真监控

注意：如果遇到块不一致的问题，手动编译如下：

图19-手动编译方法

实验二S7-1500的固件升级

1）实验内容

①掌握S7-1500的固件升级方法；

②把CPU固件升级到Z新版本。

2）实验流程

升级固件

图20-技术资源库搜索

选取软件下载

图21-选取软件下载

建议选择英文，版本更多：

图22-英文版界面选择

图23-英文版界面

下载后解压拷贝出来，如图所示：

图24-升级包示意图

查看原版本号：

图25-查看原版本号

选中固件升级包如下：

图26-选择固件升级包

更新过程中：

图27-更新过程

升级成功：

图28-升级成功

查看升级成功：

图29-升级结果查看

面板也可以固件升级，如图所示：

图30-面板查看方式

实验三：在TIA Portal中的PLC程序设计

1）实验内容：

①了解在TIA Portal中程序编辑器的基本使用知识；

②了解优化的块的基础知识；

③通过简单程序设计进一步熟悉程序编辑器的使用；

④将程序下载到PLCSIM V13中执行；

⑤PLC变量表、监控表及强制表的使用。

2）实验流程

在变量表中建立变量如图所示：

图31-建立变量

编写程序如下：

图32-简单编程

下载到PLCSIM V13中执行，监控如图：

图33-监控程序

在仿真软件中仿真如图所示：

图34-仿真变量

修改变量方式如图所示：

其一位修改：

图35-位修改

其二一致修改：

图36-一致修改

变量表、监控表和强制表

在项目树中的监控与强制表中，双击添加新监控表，生成名为监控表_1的新的监控表，在表中可手动输入需监控的变量地址或符号名，也可从变量表中直接拖拽到监控表中。监控变量添加后，单击全部监视，标题栏变为橙色背景，可查看其监视值，也可以选中某变量，右键来修改其值。

在Force table中输入需要强制变量的地址和强制值，在线后，选中某变量单击右键的强制—>全部强制来实现强制，通过停止强制来终止强制。

在PLC变量中双击添加新变量表，生成名为变量表_1的新的变量表，可在其中定义变量的名称和地址。

变量表如图所示：

图37-变量表

监控表如下图所示。

图38-监控表

强制表如下图所示。

图39-强制表

监控表修改IQ区方法：

图40-修改IQ区

通过优化块访问

将在块的可用存储区域中自动排列已声明的数据元素，从而提高存储空间的使用率。 并根据所使用的 CPU 对数据进行结构化和保存。 系统将对存储空间进行处理。 数据元素在声明中仅分配了一个符号名称，对块中的变量可以按照符号名称进行寻址。 这样可提高 CPU 的性能。 例如，从 HMI 中进行数据访问时不再出错。

图41-区别表

优化修改方式如图所示：

图42-优化修改方式

实验四S7-1500的Trace功能

1）实验内容：

掌握在TIA Portal中配置Trace文件的基本方法；

掌握从TIA 导出，以及导入Trace文件到TIA的操作；

掌握安装Trace文件到PLC，以及激活Trace的基本方法；

掌握Trace的测量结果保存到离线项目的基本方法；

掌握Trace的测量结果导出和导入的基本方法；

了解Trace的预触发的使用方法。

2）实验流程

先离线设置一个时钟信号，激活时钟存储器位如图所示：

图43-激活时钟存储器位

添加Traces

在Traces—>添加新Trace双击新生成的Trace，首先为其做配置，输入需追踪的地址和所需的颜色，也可在记录条件中设置采样和触发器，需要注意的是触发模式的选择，可为立即触发和变量触发（需设置触发变量、事件和预触发参数）。

Trace的配置中信号设置如下图所示。

图44-信号设置

Trace的配置中记录条件设置如下图所示。

图45-记录条件设置

单击在设备上安装轨迹，选择是来启用该轨迹，并激活。如下图所示。

46-激活

可单击导出轨迹配置，将轨迹配置的参数导出到指定路径下，轨迹配置的格式为（.ttcfgx），可在Traces上右键来导入轨迹配置。导出轨迹配置如下图所示。

图47-导出轨迹配置

导入轨迹配置如下图所示。

图48-导入轨迹配置

单击添加到轨迹测量，会在Traces下显示出测量一项，在其子项中可查看到该轨迹记录，单击导出测量，可将测量结果导出到指定路径，格式为轨迹测量（.ttrecx），可在测量上右键选择导入轨迹来将该文件导入。

添加到轨迹测量如下图所示。

图49-添加到轨迹测量

添加后出现的测量项如下图所示。

图50-测量项

导出轨迹测量如下图所示。

图51-导出轨迹测量

导入测量结果轨迹如图所示：

图52-导入测量结果轨迹

S7-1500的Trace预触发

图53-Trace预触发

ZD难点

1）S7-1500的固件升级

2）PLC变量表、监控表及强制表的使用以及优化块的区分。

3）S7-1500的Trace功能

4. 心得与体会

安装Portal V13过程中会出现失败的原因主要在于2个方面：一是所安装的windows系统与软件冲突，二是用户安装的一些国内软件（360杀毒、驱动精灵等）与软件冲突。所以安装STEP的系统软件是64位的英文版windows 7系统，并且在安装STEP7之前应该将有可能导致冲突的软件全部卸载干净，重启计算机，再进行安装。如果软件安装仍然冲突，有可能需要重新安装windows系统，并且安装好相应的系统补丁。当提示需要重启时是删除注册表中的HKEY_LOCAL_MACHINESYSTEMCurrentControlSetControlSessionManager下的PendingFileRemameOperationgs。

固件升级包可在网上下载，不要向下降级，同时组态时一定注意可以组态更低版本的不能组态更高版本的。

修改IQ区除了使用强制修改方式以外还可以在监控表中选用触发器*修改方式来实现。

熟练运用在Portal中类似excel的拖拽和下拉操作。同时对于其符号地址寻址非常方便，且可以直接用地址，其自动附一个符号名。

在编程过程中，F1帮助能够很好地解决一些问题，要习惯多查阅F1以及手册。

优化块是将在块的可用存储区域中自动排列已声明的数据元素，从而提高存储空间的使用率。 并根据所使用的 CPU 对数据进行结构化和保存。 系统将对存储空间进行处理。 数据元素在声明中仅分配了一个符号名称，对块中的变量可以按照符号名称进行寻址。 这样可提高 CPU 的性能。