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西門子S7-1200的硬件結構各模塊介紹

西門子產品S7-1200主要由CPU模塊(簡稱為CPU)、信號板、信號模塊、通信模塊和編程軟件組成，各種模塊安裝在標準導軌上。S7-1200的硬件組成具有高度的靈活性，用戶可以根據自身需求確定plc的結構，系統(tǒng)擴展十分方便。

　　1、CPU模塊

　　S7-1200的CPU模塊將微處理器、電源、數字量輸入/輸出電路、模擬量輸入/輸出電路、PROFINET以太網接口、高速運動控制功能組合到一個設計緊湊的外殼中。每塊CPU內可以安裝一塊信號板(見圖2)，安裝以后不會改變CPU的外形和體積。

　　S7-1200集成的PROFINET接口用于與編程計算機、hmi人機界面)、其他PLC或其他設備通信。此外它還通過開放的以太網協(xié)議支持與第三方設備的通信。

　　2、信號模塊

　　輸入(Input)模塊和輸出(Output)模塊簡稱為I/O模塊，數字量(又稱為開關量)輸入模塊和數字量輸出模塊簡稱為DI模塊和DO模塊，模擬量輸入模塊和模擬量輸出模塊簡稱為AI模塊和AO模塊，它們統(tǒng)稱為信號模塊，簡稱為SM。

　　信號模塊安裝在CPU模塊的右邊，擴展能力的CPU可以擴展8個信號模塊，以增加數字量和模擬量輸入、輸出點。

　　信號模塊是系統(tǒng)的眼、耳、手、腳，是聯(lián)系外部現(xiàn)場設備和CPU的橋梁。輸入模塊用來接收和采集輸入信號，數字量輸入模塊用來接收從按鈕、選擇開關、數字撥碼開關、限位開關、接近開關、光電開關、壓力繼電器等來的數字量輸入信號。模擬量輸入模塊用來接收電位器、測速發(fā)電機和各種變送器提供的連續(xù)變化的模擬量電流、電壓信號，或者直接接收熱電阻、熱電偶提供的溫度信號。

　　數字量輸出模塊用來控制接觸器、電磁閥、電磁鐵、指示燈、數字顯示裝置和報警裝置等輸出設備，模擬量輸出模塊用來控制電動調節(jié)閥、變頻器等執(zhí)行器。

　　CPU模塊內部的工作電壓一般是DC5V，而PLC的外部輸入/輸出信號電壓一般較高，例如DC24V或AC220V。從外部引入的尖峰電壓和干擾噪聲可能損壞CPU中的元器件，或使PLC不能正常工作。在信號模塊中，用光耦合器、光敏晶閘管、小型繼電器等器件來隔離PLC的內部電路和外部的輸入、輸出電路。信號模塊除了傳遞信號外，還有電平轉換與隔離的作用。

　　3、通信模塊

　　通信模塊安裝在CPU模塊的左邊，最多可以添加3塊通信模塊，可以使用點對點通信模塊、PROFIBUS模塊、工業(yè)遠程通信模塊、AS-i接口模塊和IO-Link模塊。與S7-1200配套的第二代精簡面板的64K色高分辨率寬屏顯示器的尺寸有4.3in、7in、9in和12in這4種，支持垂直安裝，用TIA博途中的WinCC組態(tài)。它們有一個RS-422/RS-485接口或一個RJ45以太網接口，還有一個USB 2.0接口。USB接口可連接鍵盤、鼠標或條形碼掃描儀，可用優(yōu)盤實現(xiàn)數據記錄。

　　4、SIMATIC HMI精簡系列面板

　　與S7-1200配套的第二代精簡面板的64K色高分辨率寬屏顯示器的尺寸有4.3in、7in、9in和12in這4種，支持垂直安裝，用TIA博途中的WinCC組態(tài)。它們有一個RS-422/RS-485接口或一個RJ45以太網接口，還有一個USB 2.0接口。USB接口可連接鍵盤、鼠標或條形碼掃描儀，可用優(yōu)盤實現(xiàn)數據記錄。

　　5、編程軟件

　　TIA是Totally Integrated Automation(全集成自動化)的簡稱，TIA博途(TIA Portal)是西門子自動化的全新工程設計軟件平臺。S7-1200用TIA博途中的STEP 7 Basic(基本版)或STEP 7 Professional(專業(yè)版)編程。

PLC的選型要點

目前市場上的PLC產品眾多，除國產品牌以外，國外的品牌有：日本OMRON、MITSUBISHI、FUJI、IDEC、HITACHI、松下，德國的西門子，韓國的LG等，如何選購PLC產品呢？

　　1. 系統(tǒng)首先應確定系統(tǒng)用PLC單機控制還是用PLC形成網絡，由此計算輸入、輸出（I/O）點數，并且在選購PLC時要在實際需要點數的基礎上預留10%的余量。

　　2. 確定負載類型根據PLC輸出端所帶負載是直流型還是交流型，是大電流還是小電流，以及PLC輸出點動作的頻率等，從而確定輸出端采用繼電器輸出還是晶體管輸出，或是晶閘管輸出。不同的負載選用不同的輸出方式對系統(tǒng)的穩(wěn)定運行是很重要的。

　　3. 存儲容量與指令的執(zhí)行速度是PLC選型的重要指標，一般存儲量越大、速度越快的PLC價格就越高，盡管國外各廠家產品大體相同，但也有一定區(qū)別。

　　4. “COM”點的選擇，

　　不同的PLC產品，其“COM”點的數量是不一樣的，有的一個“COM”點帶8個輸出點，有的帶4個輸出點，也有帶1個或2個輸出點。當負載的種類多且電流大時，采用一個“COM”點帶1-2個輸出點的產品，當負載種類少數量多時，采用一個“COM”點帶4-8個輸出點產品。

　　5. 因為各生產廠家的開發(fā)軟件不同，系統(tǒng)地兼容性也是選購時的重點，目前還沒有發(fā)現(xiàn)*兼容的產品，應根據系統(tǒng)合理選用PLC產品。

　　6. 編程器的選購：

　　PLC 編程可采取三種方式：一是用一般的手持式編程器，它只能用廠家規(guī)定的語句表中的語句編程。正中方式易于現(xiàn)場調試并且體積小成本低，但它的效率低適應機種類型少，比較適用于系統(tǒng)容量小、用量少的系統(tǒng)中。二是圖形編程器編程，這種方式采用圖形方式編程，方便直觀，一般電氣人員短期就可以應用自如，但編程器價格較高。三是用IBM及其兼容個人計算機+PLC軟件包編程，這種方式是效率最高的一種方式，也是較常用的一種方式，但大部分軟件包價格昂貴。

　　7.盡量選用大公司的產品，因為其產品質量有保障，且技術支持好，一般售后服務也較好，有利于以后產品的擴展與軟、硬件升級。

PLC的選型注意事項

1．用戶存儲器容量

　　PLC中用戶存儲器一般由用戶程序存儲器和數據存儲器組成，小型PLC的用戶存儲器容量多為幾K字節(jié)，而大型PLC可達到幾M字節(jié)。

　　2．輸入輸出點數

　　輸入輸出的點數決定了PLC可控制的輸入開關信號和輸出開關信號的總體數量。

　　3．掃描速度

　　掃描速度通常指PLC掃描1 K字節(jié)用戶程序所需的時間，一般以ms/K為單位。

　　4．編程指令的種類和功能

　　某種程度上用戶程序所完成的控制功能受限于PLC指令的種類和功能。PLC指令的種類和功能越多，用戶編程則越方便簡單。

　　5．內部寄存器的配置和容量

　　用戶編制PLC程序時，需要大量使用PLC內部的寄存器存放變量、中間結果、定時計數及各種標志位等數據信息。因此內部寄存器的數量直接關系到用戶程序的編制。

　　6．PLC的擴展能力

　　在進行PLC選型時，其擴展性是一個非常重要的因素。一般來說可擴展性包括存儲容量的擴展、輸入輸出點數的擴展、模塊的擴展、通信聯(lián)網功能的擴展等。

西門子S7-1500系列PLC的功能特點

系統(tǒng)性能：高水平的系統(tǒng)性能和快速信號處理能夠極大地縮短響應時間，加強控制能力。為達到這一目的，S7-1500西門子plc設計有高速背板總線，具有高波特率和高效的傳輸協(xié)議。點到點的反應時間不到500微秒，位指令的運算時間較快可達10納秒之內（因CPU而異）。CPU1511和CPU1513 控制器設置有兩個Profinet端口，CPU 1516控制器設置有三個端口：其中兩個與現(xiàn)場級通訊，第三個用于整合至企業(yè)網絡。Profinet IO IRT可以保證確定的反應時間和高精度的系統(tǒng)響應。此外，集成Web服務器支持非本地系統(tǒng)和過程數據查詢，以實現(xiàn)診斷的目的。

　　工藝：在現(xiàn)場工藝方面，SIMATIC S7-1500西門子plc標準化的運動控制功能使其與眾不同。這使得模擬量和Profidrive 兼容驅動不需要其它模塊就可以實現(xiàn)直接連接，支持速度和定位軸，以及編碼器。按照PLCopen進行標準化的塊簡化了Profidrive 兼容驅動的連接。為使驅動和控制器實現(xiàn)高效快速調試，用戶可以執(zhí)行Trace功能，對程序和動作應用進行實時診斷，從而優(yōu)化驅動。另一個集成工藝功能是 PID控制，可用方便配置的塊確?？刂瀑|量?？刂茀悼梢宰哉?。

　　工業(yè)信息安全：SIMATIC S7-1500西門子plc工業(yè)信息安全集成的概念從塊保護延伸至通訊完整性，幫助用戶確保應用安全。集成的專有知識保護功能，如防止機器拷貝，能夠幫助防止未*的訪問和修改。SIMATIC存儲卡用于防拷貝保護，將單個塊關綁定至原存儲卡的序列號，從而確保程序僅能通過配置過的存儲卡運行，而不能被復制。訪問保護功能防止對應用進行未經*的配置修改，可以通過給不同的用戶組分配不同的*級別來實現(xiàn)這一功能。專有的數據校驗機制可識別修改過的工程數據，從而實現(xiàn)例如保護通過未*操作傳輸到控制器的數據等功能。

　　故障安全：SIMATIC S7-1500西門子plc集成了故障安全功能。為實現(xiàn)故障安全自動化，用戶配置了F型 （故障安全型）的控制器，對標準和故障安全程序使用同樣的工程設計和操作理念。用戶在定義、修改安全參數的時候可以借助安全管理編輯器。例如，當使用到故障安全型驅動技術提供服務的時候，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了EN 61508，符合IEC62061中SIL 3級安全應用標準，以及ISO 13849中PL e級安全應用標準。

　　設計處理：SIMATIC S7-1500西門子plc的設計和處理以方便操作為前提，最大限度地實現(xiàn)用戶友好性（對許多細節(jié)都進行了創(chuàng)新，例如，SIMATIC控制器*次安裝了顯示裝置），并能顯示普通文本信息，從而實現(xiàn)全工廠透明化。標準化的前連接器節(jié)省了用戶接線時間，簡化了配件存儲。集成短接片使電位組的橋接更加簡單靈活。輔助配件，如自動斷路器或繼電器迅速便捷地安裝到集成DIN導軌。可擴展的電纜存儲空間能夠方便地關閉前蓋板，即便使用帶有絕緣的電纜，也可以通過兩個預定義的閉鎖位輕松關閉前蓋板。預接線位置的設計簡化了初始接線過程以及端子的重新連接的復雜性。集成屏蔽保證了模擬信號能夠屏蔽良好，從而獲得良好的信號接收質量，以及抗外部電磁干擾的魯棒性。該款產品的另一個優(yōu)點是擴展性：SIMATIC S7-1500 CPU可以擴展至每個底板32個模塊，用戶可以根據自動化任務需要選擇模塊。

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