西門(mén)子CPU 1515F-2 PN

S7-1500 自動(dòng)化系統(tǒng)具有模塊化的結(jié)構(gòu)，可包含zui多 32 個(gè)模塊。 它擁有豐富的模塊，且這些模塊均可以獨(dú)立地組合使用。S7-1500 自動(dòng)化系統(tǒng)支持單層配置，其中的所有模塊均安裝在一個(gè)安裝導(dǎo)軌上（請(qǐng)參見(jiàn)手冊(cè)以了解前提條件）。

一個(gè)系統(tǒng)包含下列組件：

• 控制器：
  CPU 具有不同性能等級(jí)，并具有集成 PROFINET 接口或 PROFINET 和 PROFIBUS 接口，用于連接分布式 I/O 或用于編程設(shè)備、操作裝置、其它 SIMATIC 控制器或第三方設(shè)備間的通信。

• 
  

• 65年來(lái)，位于密西根州史特吉斯的BurrOakToolInc.已在70多個(gè)國(guó)家安裝了熱轉(zhuǎn)換和傳管加工設(shè)備。該公司zui近的計(jì)劃是為HVAC行業(yè)制造物美價(jià)廉的翅片沖床，旨在面向其海外市場(chǎng)的新客戶，如亞洲。如今，BurrOakTools采用西門(mén)子新型S7-1500PLC和TIAPortal軟件，改進(jìn)了專為海外市場(chǎng)定制的新型翅片沖床的生產(chǎn)模式。

  　　翅片沖床是為HVAC設(shè)備壓制翅片材料的一種機(jī)器。翅片用來(lái)給壓縮機(jī)的工作流體散熱。BurrOak希望通過(guò)研發(fā)這種低成本的新型翅片沖床來(lái)打開(kāi)海外市場(chǎng)，公司的工程師也意識(shí)到必須得全力以赴加緊工作了。

  西門(mén)子CPU 1515F-2 PN

  BurrOak控制和軟件工程EricLund表示，“公司正全力以赴研發(fā)名為FP400的新型翅片沖床，西門(mén)子也利用其新型S7-1500PLC和較新版本TIAPortalv12軟件助我們一臂之力。PLC/software結(jié)合之所以引起我的注意，是因?yàn)樗梢蕴峁└玫奶幚砥餍阅懿⑶覂r(jià)格低廉，這對(duì)于實(shí)現(xiàn)我們的目標(biāo)非常有利。"

  

  　　BurrOak之前已采用過(guò)低版本的TIAPortal軟件，該軟件與PLC、基于PC的控制器、HMI以及網(wǎng)絡(luò)配置在同一個(gè)工程環(huán)境中協(xié)同工作。TIAPortal一些特性對(duì)BurrOak新型翅片沖床的研發(fā)有很高的利用價(jià)值。

  　　追蹤功能 電 話：（同號(hào)）

  　　采用追蹤功能，BurrOak工程師可以添加自己編寫(xiě)的邏輯以驗(yàn)證機(jī)器是否達(dá)到預(yù)期性能?！癋P400翅片沖床內(nèi)含一個(gè)編碼器，可顯示材料在沖床上的位置。"BurrOak研究設(shè)計(jì)師AdamBroadwater表示，“在機(jī)器運(yùn)行過(guò)程中我們可以追蹤編碼器的位置，輸入二進(jìn)制操作類型（開(kāi)關(guān)或值）并且檢驗(yàn)操作狀態(tài)。"

  　　BurrOak在機(jī)器中采用了極其昂貴的級(jí)進(jìn)沖模?！肮ぞ咦鳂I(yè)過(guò)程中，保護(hù)這些昂貴的沖模極為重要。"Lund稱，“材料位置放置錯(cuò)誤可能損毀沖模。在工具作業(yè)過(guò)程中收集位置數(shù)據(jù)可確保安全運(yùn)行。因此，TIAPortal的追蹤功能可以通過(guò)調(diào)整準(zhǔn)確計(jì)時(shí)幫助我們保護(hù)沖模。"

  TIAPortal支持五種IEC編程語(yǔ)言：梯形邏輯、功能塊圖、語(yǔ)句表、按順序圖形編程編輯器以及結(jié)構(gòu)化控制語(yǔ)言（SCL）。Broadwater表示，“新型SCL編輯器提高了編寫(xiě)軟件的速度。它可以縮減模塊使你簡(jiǎn)化編碼，自動(dòng)錄入變量名稱，還可以建立功能庫(kù)并應(yīng)用到其它項(xiàng)目中。"

  　　跨引用特性

  　　跨引用特性使得普通編碼處理可以跨所有IEC編程語(yǔ)言進(jìn)行。用戶可以瀏覽PLC所有模塊的標(biāo)簽以及連接到PLC的HMI所引用的標(biāo)簽。

  　　項(xiàng)目組織

  　　“因?yàn)镻LC控制多個(gè)設(shè)備，TIAPortal檔案樹(shù)允許我將功能模塊和數(shù)據(jù)分類建成一個(gè)邏輯文件夾結(jié)構(gòu)。"Broadwater稱，“在處理某個(gè)問(wèn)題時(shí)，我不用打開(kāi)所有其它功能模塊顯示項(xiàng)目樹(shù)。這大大縮減了我的工作量。但該功能不適用于其它編輯器。"

  　　相同功能在TIAPortal的PLCHMI界面上也可以使用?！皕ui近，我在HMI上建立了不同元素的子文件夾。"Broadwater繼續(xù)說(shuō)道，“模型數(shù)據(jù)選項(xiàng)界面有三個(gè)子界面。我建立了一個(gè)簡(jiǎn)單的文件夾并把這些界面都放進(jìn)去，這樣當(dāng)我想修改某個(gè)HMI界面的時(shí)候就不需要打開(kāi)包含50或60個(gè)HMI界面的文件夾樹(shù)。我只需要進(jìn)入文件夾結(jié)構(gòu)然后快速找到特定的界面。"

  　　除錯(cuò)和I/O受益

  　　BurrOak工程師在設(shè)計(jì)FP400過(guò)程中面臨的一個(gè)挑戰(zhàn)是用一種核心編碼編寫(xiě)軟件，該核心編碼可以兼容所有BurrOak機(jī)器，這樣他們就不必不斷地編寫(xiě)特殊編碼。

  　　“核心編碼用于運(yùn)行基礎(chǔ)設(shè)備。"Lund稱，“但每個(gè)自定義的模塊都有不同的輸出選項(xiàng)。因此，我們創(chuàng)造了功能模塊以運(yùn)行有共同點(diǎn)的各種類型機(jī)制。這表示我們現(xiàn)在可以將這些選項(xiàng)與核心編碼進(jìn)行混合和匹配，省去了自定義不同模塊時(shí)不斷除錯(cuò)和重復(fù)驗(yàn)證所有編碼的過(guò)程。"

  　　S7-1500采用的標(biāo)準(zhǔn)終端模塊適用于所有I/O模塊，這對(duì)BurrOak十分有利。Broadwater表示，“我們?cè)僖膊恍枰惭b三個(gè)終端模塊分別為編碼卡、32位輸出卡和16位輸入卡服務(wù)?，F(xiàn)在只需要一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的模塊就可兼容所有應(yīng)用。"

  　　Lund和Broadwater估測(cè)，采用S7-1500和TIAPortal節(jié)省了30%的工程時(shí)間，主要源于其省去了軟件工程師除錯(cuò)的過(guò)程?！斑@是因?yàn)榧紟焸儸F(xiàn)在可以自己修復(fù)這些組件。"

  　　FP400的適用性可以幫助BurrOak拓展亞洲市場(chǎng)。Lund表示，在zui近一次銷售峰會(huì)上，某個(gè)公司代表對(duì)該機(jī)器的設(shè)計(jì)非常滿意并表示這款機(jī)器好像就是為其印度客戶量身定做的。

  SIMATICS7-1500工業(yè)信息安全集成的概念從塊保護(hù)延伸至通訊完整性，幫助用戶確保應(yīng)用安全。集成的專有知識(shí)保護(hù)功能，如防止機(jī)器拷貝，能夠幫助防止未*的訪問(wèn)和修改。SIMATIC存儲(chǔ)卡用于防拷貝保護(hù)，將單個(gè)塊關(guān)綁定至原存儲(chǔ)卡的序列號(hào)，從而確保程序僅能通過(guò)配置過(guò)的存儲(chǔ)卡運(yùn)行，而不能被復(fù)制。訪問(wèn)保護(hù)功能防止對(duì)應(yīng)用進(jìn)行未經(jīng)*的配置修改，可以通過(guò)給不同的用戶組分配不同的*級(jí)別來(lái)實(shí)現(xiàn)這一功能。專有的數(shù)據(jù)校驗(yàn)機(jī)制可識(shí)別修改過(guò)的工程數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)例如保護(hù)通過(guò)未*操作傳輸?shù)娇刂破鞯臄?shù)據(jù)等功能。

  　　故障安全：SIMATICS7-1500集成了故障安全功能。為實(shí)現(xiàn)故障安全自動(dòng)化，用戶配置了F型（故障安全型）的控制器，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)和故障安全程序使用同樣的工程設(shè)計(jì)和操作理念。用戶在定義、修改安全參數(shù)的時(shí)候可以借助安全管理編輯器。例如，當(dāng)使用到故障安全型驅(qū)動(dòng)技術(shù)提供服務(wù)的時(shí)候，用戶可以得到圖形化支持。新控制器在功能安全性方面通過(guò)了EN61508，符合IEC62061中SIL3級(jí)安全應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，以及ISO13849中PLe級(jí)安全應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。

  

  　　設(shè)計(jì)處理：SIMATICS7-1500的設(shè)計(jì)和處理以方便操作為前提，較大限度地實(shí)現(xiàn)用戶友好性（對(duì)許多細(xì)節(jié)都進(jìn)行了創(chuàng)新，例如，SIMATIC控制器*一次安裝了顯示裝置），并能顯示普通文本信息，從而實(shí)現(xiàn)全工廠透明化。標(biāo)準(zhǔn)化的前連接器節(jié)省了用戶接線時(shí)間，簡(jiǎn)化了配件存儲(chǔ)。集成短接片使電位組的橋接更加簡(jiǎn)單靈活。輔助配件，如自動(dòng)斷路器或繼電器迅速便捷地安裝到集成DIN導(dǎo)軌。可擴(kuò)展的電纜存儲(chǔ)空間能夠方便地關(guān)閉前蓋板，即便使用帶有絕緣的電纜，也可以通過(guò)兩個(gè)預(yù)定義的閉鎖位輕松關(guān)閉前蓋板。預(yù)接線位置的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化了初始接線過(guò)程以及端子的重新連接的復(fù)雜性。集成屏蔽保證了模擬信號(hào)能夠屏蔽良好，從而獲得良好的信號(hào)接收質(zhì)量，以及抗外部電磁干擾的魯棒性。該款產(chǎn)品的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是擴(kuò)展性：SIMATICS7-1500CPU可以擴(kuò)展至每個(gè)底板32個(gè)模塊，用戶可以根據(jù)自動(dòng)化任務(wù)需要選擇模塊。

  　　系統(tǒng)診斷：SIMATICS7-1500的集成系統(tǒng)診斷具有強(qiáng)大的診斷功能，不需要額外編程。只需配置，無(wú)需編程即可實(shí)現(xiàn)診斷。另外，顯示功能實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化。各種信息，比如來(lái)自于驅(qū)動(dòng)器的信息或者相關(guān)的錯(cuò)誤信息，都以普通文本信息的形式在CPU顯示器上顯示出來(lái)，在各種設(shè)備上，諸如TIA博途、人機(jī)界面（HMI）、Web服務(wù)器看到的信息都是*的。接線端子和標(biāo)簽1:1的分配以及LED指示燈的使用幫助用戶在調(diào)試、測(cè)試、診斷以及操作過(guò)程中節(jié)省時(shí)間。另外，通過(guò)離散通道單獨(dú)顯示，用戶可以快速檢測(cè)到并分配相應(yīng)的通道，對(duì)解決故障十分有益。

  　　使用TIA博途進(jìn)行工程設(shè)計(jì)：西門(mén)子新的自動(dòng)化設(shè)備都要集成到TIA博途工程設(shè)計(jì)軟件平臺(tái)中，新品SIMATICS7-1500控制器也不例外。該設(shè)計(jì)為控制器、HMI和驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品在整個(gè)項(xiàng)目中共享數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和自動(dòng)保持?jǐn)?shù)據(jù)*性提供了標(biāo)準(zhǔn)操作的概念，同時(shí)提供了涵蓋所有自動(dòng)化對(duì)象的強(qiáng)大的庫(kù)。新版TIA博途V12不僅有更強(qiáng)的性能、還涵蓋自動(dòng)系統(tǒng)診斷功能、集成故障安全功能性，強(qiáng)大的Profinet通信，集成工業(yè)信息安全和優(yōu)化的編程語(yǔ)言。編輯器以任務(wù)為導(dǎo)向且操作直觀，使得新軟件產(chǎn)品易學(xué)易用。此外，產(chǎn)品對(duì)快速編程、調(diào)試、維修具有很強(qiáng)的性能。產(chǎn)品在設(shè)計(jì)過(guò)程中特別重視對(duì)目前項(xiàng)目和軟件的再利用和兼容性：例如，從S7-300/400轉(zhuǎn)向S7-1500，項(xiàng)目可以重復(fù)利用，S7-1200的程序可以通過(guò)復(fù)制的功能將程序轉(zhuǎn)換到S7-1500。

  作為新一代大中型PLC，S7-1500比S7-300/400的各項(xiàng)指標(biāo)有很大的提高。CPU1516-3PN編程用的塊的總數(shù)zui多為6000個(gè)，數(shù)據(jù)塊較大5MB，F(xiàn)B、FC、OB較大512KB。用于程序的工作存儲(chǔ)器5MB，用于數(shù)據(jù)的工作存儲(chǔ)器1MB。

  　　插槽式裝載存儲(chǔ)器（SIMATIC存儲(chǔ)卡）較大2GB，可存儲(chǔ)項(xiàng)目數(shù)據(jù)、歸檔、配方和有關(guān)的文檔。

  　　S7定時(shí)器、計(jì)數(shù)器分別有2048個(gè)，IEC定時(shí)器、計(jì)數(shù)器的數(shù)量不受限制。位存儲(chǔ)器（M）16KB。

  　　I/O模塊zui多8192個(gè)，過(guò)程映像分區(qū)zui多32個(gè)，過(guò)程映像輸入、輸出分別為32KB。每個(gè)機(jī)架zui多32個(gè)模塊。

  　　運(yùn)動(dòng)控制功能zui多支持20個(gè)速度控制軸、定位軸和外部編碼器，有高速計(jì)數(shù)和測(cè)量功能。

  

  　　2.超高速的運(yùn)算處理速度

  　　位操作指令的處理時(shí)間典型值為10ns，換句話說(shuō)，每一微秒可處理10萬(wàn)條位操作指令。浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算指令的處理時(shí)間典型值為64ns。

  　　S7-1500采用當(dāng)前zui快的背板總線和高的傳輸協(xié)議，保證了快速信號(hào)處理。點(diǎn)到點(diǎn)的反應(yīng)時(shí)間不到500μs。

  　　AI、AO模塊的分辨率均為16位，8點(diǎn)AI模塊每個(gè)模塊的轉(zhuǎn)換時(shí)間為125μs。數(shù)字量輸入模塊具有50μs的超短輸入延時(shí)。

  　　用于計(jì)數(shù)、測(cè)量和定位輸入的工藝模塊TMPosInput的較高信號(hào)頻率為1MHz，4倍速時(shí)為4MHz?？捎肦S-422接口連接脈沖編碼器，支持等式模式、診斷中斷和硬件中斷。

• 集成運(yùn)動(dòng)控制功能，用于控制速度控制軸和定位軸，支持外部編碼器，凸輪/凸輪軌道和探頭

• 用于診斷集成 Web 服務(wù)器，帶有創(chuàng)建用戶定義的 Web 站點(diǎn)的選項(xiàng)

• Professional V12 是 SIMATIC S7-1500 的直觀組態(tài)系統(tǒng)。

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• 　　西門(mén)子DP總線電纜產(chǎn)品注意事項(xiàng)：

• 　?、?硬件配置必須和實(shí)際PLC 上掛的模塊*，具體的設(shè)置參數(shù)要看模塊左下方的訂貨號(hào)。

• 　?、?CPU 地址設(shè)為2,其余模塊地址從4 開(kāi)始，且不能重復(fù)[8].

• 　?、?設(shè)置ProfiBus網(wǎng)絡(luò)參數(shù)為1.5 Mb/s（DP）。

• 　?、?模塊地址需記住，因?yàn)榫幊痰臅r(shí)候要用到。尤其是AI/AO模塊地址要記住，以保證數(shù)據(jù)的正確通信。

• 　　⑤ AI/AO模擬量模塊的輸入和輸出通道信號(hào)類型此處設(shè)為兩線制4~20 mA.

• 　?、?硬件配置好后可選擇保存編譯。

• 　?。?）程序編寫(xiě)PLC 程序是用于實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集、處理，及Wincc監(jiān)控頁(yè)面和PLC之間的互聯(lián)通信。

• 　　PLC 程序主要包含主程序塊，故障診斷***塊，功能函數(shù)塊FB41（連續(xù)控制PID），DB數(shù)據(jù)塊。FB41函數(shù)塊的參數(shù)設(shè)置是程序編寫(xiě)的***，主要針對(duì)MAN_ON、PVPER_ON、PV_FAC、PV_OFF、LMN_FAC、LMN_OFF、SP_INT、LMN_PER 等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。具體的定義和設(shè)置要求可通過(guò)查閱幫助文件來(lái)獲取。

• 　　3.2 通信組態(tài)

• 　　在Step7 軟件的option 選項(xiàng)里選擇Set PG/PC Inter-face,把通信協(xié)議改為CP5611（MPI），點(diǎn)擊“Diagnostics"

• 　　按鈕進(jìn)入測(cè)試頁(yè)面。點(diǎn)擊“Test"按鈕顯示正常，然后點(diǎn)擊“Read"按鈕讀到PLC地址為2表示通信成功。

• 　　軟硬件均編譯通過(guò)后，即可***進(jìn)PLC.

• 西門(mén)子DP總線電纜產(chǎn)品功能介紹：

• 　　3.3 監(jiān)控頁(yè)面組態(tài)

• 　　本例中用Wincc 軟件來(lái)驅(qū)動(dòng)Step7 的變量，實(shí)現(xiàn)對(duì)程序的監(jiān)控。

• 　?。?）新建項(xiàng)目和添加驅(qū)動(dòng)程序

• 　　新建項(xiàng)目時(shí)需設(shè)置項(xiàng)目類型、名稱和路徑。

• 　　選擇變量管理--新建驅(qū)動(dòng)程序--插入SIMAT-IC S7 PROTOCOL SUITE.此通信驅(qū)動(dòng)程序支持多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和類型，此處選擇MPI（和PLC 的通信協(xié)議*），并設(shè)置站地址為2.

• 　?。?）組態(tài)變量

• 　　Wincc 變量類型主要有過(guò)程變量和內(nèi)部變量。其中過(guò)程變量是真實(shí)值，位于PLC的存儲(chǔ)器中。內(nèi)部變量表示在Wincc中用來(lái)計(jì)算或模擬的內(nèi)部值，不與PLC之間進(jìn)行通信。每個(gè)變量在組態(tài)時(shí)需定義變量名稱和類型。過(guò)程變量還需選擇PLC中地址和數(shù)據(jù)格式變換。

• 　?。?）創(chuàng)建過(guò)程畫(huà)面

• 　　過(guò)程畫(huà)面是由圖形編輯器來(lái)完成的。在該界面中可添加全部欲在運(yùn)行狀態(tài)下顯示的內(nèi)容。Wincc 的圖庫(kù)中提供了豐富的圖形，只需選擇拖入畫(huà)面即可。“對(duì)象選項(xiàng)板"的“標(biāo)準(zhǔn)板"中列出了線、靜態(tài)文本、輸入輸出域等對(duì)象；“控件板"中列出了時(shí)鐘、報(bào)警控件、在線表格控件、在線趨勢(shì)控件等。圖3 是組態(tài)完成后的一個(gè)監(jiān)控畫(huà)面。

• 　　注意事項(xiàng)：

• 　?、?畫(huà)面中需動(dòng)態(tài)顯示的文本框、圖形、按鈕、輸入/輸出域、滾動(dòng)條等一定要設(shè)置好連接的變量名，同時(shí)亦可在屬性選項(xiàng)中更改顯示方式等參數(shù)。

• 　　② 運(yùn)行系統(tǒng)中如需采集、處理和歸檔工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的過(guò)程數(shù)據(jù)，并創(chuàng)建過(guò)程數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)曲線時(shí)，需先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸檔處理，將其存儲(chǔ)在歸檔數(shù)據(jù)庫(kù)中，并用表格或趨勢(shì)曲線的形式輸出當(dāng)前過(guò)程值或已歸檔過(guò)程值。

• 　　歸檔中要設(shè)置歸檔變量名、歸檔周期。圖3 使用了Wincc Online Trend Control這個(gè)ActiveX 控件來(lái)顯示過(guò)程數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)。

• 　?。?）創(chuàng)建腳本

• 　　Wincc 可以通過(guò)使用函數(shù)和動(dòng)作使項(xiàng)目中的過(guò)程動(dòng)態(tài)化，可自行建立項(xiàng)目函數(shù)，也可建立全局動(dòng)作腳本來(lái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示要求。

• 　?。?）設(shè)置系統(tǒng)運(yùn)行屬性和***項(xiàng)目

• 　　在Wincc 資源管理器的左邊子窗口中點(diǎn)擊“計(jì)算機(jī)"進(jìn)行設(shè)置。設(shè)置內(nèi)容包括計(jì)算機(jī)的名稱、運(yùn)行畫(huà)面的外觀、起始畫(huà)面、標(biāo)題、畫(huà)面大小等。

• 　　全部組態(tài)結(jié)束后，即可點(diǎn)擊***按鈕，觀看項(xiàng)目的動(dòng)態(tài)可視化監(jiān)控畫(huà)面了。

• 　　注意事項(xiàng)：

• 　?、?若運(yùn)行項(xiàng)目是從其他計(jì)算機(jī)上拷過(guò)來(lái)的，必須更改計(jì)算機(jī)名為當(dāng)前計(jì)算機(jī)名。

• 　?、?選擇在運(yùn)行時(shí)需啟動(dòng)的組件，可選擇圖形運(yùn)行系統(tǒng)、報(bào)警記錄運(yùn)行系統(tǒng)、變量記錄運(yùn)行系統(tǒng)等。

• 　?、?熱鍵在組態(tài)階段不需屏蔽，當(dāng)組態(tài)結(jié)束進(jìn)入使用階段，則須將所有熱鍵屏蔽。

• 　　4 結(jié)語(yǔ)

• 　　通過(guò)這一過(guò)程控制系統(tǒng)的軟硬件組態(tài)，可掌握PLC技術(shù)、組態(tài)技術(shù)和PID控制技術(shù)，具有一定的實(shí)用價(jià)值。本文是基于西門(mén)子DP總線、Siemens PLC和Wincc組態(tài)軟件，構(gòu)建了一個(gè)典型的工業(yè)過(guò)程運(yùn)行和監(jiān)控系統(tǒng)。在具體構(gòu)建過(guò)程中，因項(xiàng)目的差異，可靈活選擇不同的組網(wǎng)和通信方式。本文提供的僅是一個(gè)范例，只要掌握了基本方法，還可以將其進(jìn)一步推廣到其他控制領(lǐng)域。