西门子将电气化、自动化、数字化的力量融入各行各业,以前所未见的高度、速度、精度和深度,让关键所在,逐一实现。
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SIMATIC S7-1500 CPUs 性能

没有最快,只有更快!SIMATIC S7-1500 卓越的系统性能极大缩短了系统响应时间,进而优化了控制质量并提高了系统性能。
处理速度
SIMATIC S7-1500 的信号处理速度更为快速,极大缩短系统响应时间,进而提高了生产效率。
SIMATIC S7-1500 带有多达 3 个 PROFINET 接口。
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其中,两个端口具有相同的 IP 地址,适用于现场级通信;第三个端口具有独立的 IP 地址,可集成到公司网络中。
通过 PROFINET IRT,可定义响应时间并确保高度精准的设备性能。
一般信息
中央处理单元 (CPU) 是 SIMATIC S7-1500 的核心组件。它们除了可以执行用户程序,还可用于连接控制器和其它自动化组件。
首次发布的产品中包含以下三种 CPU:
CPU-1511-1 PN 适用于中小型应用
CPU-1513-1 PN 适用于大中型应用
CPU-1516-3 PN/DP 适用于要求较高的大型应用和其它通信任务
特性和客户收益
凭借各种创新技术,SIMATIC S7-1500 的 CPU 极大地提升了生产力和生产效率。该系列 CPU 的硬件设计紧凑。组件和模块高度集成、通用性强,不仅节省了机柜空间,同时还降低了备件的库存费用。
最优性能
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机器的响应时间降至最低,极大提升了生产效率(控制质量)
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缩短了循环时间,提高了生产效率
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相同的循环时间内可执行更多程序

显示调试和诊断信息
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主机架模块和分布式模块中统一使用纯文本诊断信息,缩短了停机时间
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可直接使用用户特定的网络设置,无需进行现场编程
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支持在操作过程中对显示屏进行热插拔操作
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可通过 TIA 博途设置显示屏操作密码
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使用寿命更长,运行时间长达 50,000 小时

每个 CPU 上都支持 PROFINET 标准
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PN IRT (V2.2) 可确保精准的响应时间以及工厂设备的高精度操作
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高端 CPU 上附带的以太网接口,便于集成到工厂网络中
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Web server,可快速浏览服务和诊断信息

创新的存储机制
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充足的存储空间,可用于各行业的所有应用
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灵活的存储卡机制,适合各种项目规模
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较大的存储空间:支持高达 2 GB 的存储卡,可存储项目数据、归档、配方和相关文档
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优化后的数据模块,可精确选择剩余存储空间中的数据。

优化的诊断机制
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通过对 STEP 7、HMI、Web server、CPU 显示屏中数据的统一显示,实现了高效的故障分析
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统一集成的系统诊断功能,即便增加机器设备数量,也无需额外进行项目规划
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即便 CPU 处于 STOP 模式,也不会丢失系统错误消息

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全符号编程,极大提高了程序的可读性
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提高了编译器性能,缩短了程序循环时间
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在所有 IEC 语言中支持64 位数据类型,编程工艺更为精准
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统一下载所有程序变更
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LD 和功能设备中集成计算功能块,简化了复杂的数学运算过程

信息安全集成
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通过控制器安全级别的保护机制,提高了系统安全,防止通过 HMI 进行未经授权的访问
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通过对组件和程序进行信息安全保护,增强投资保护力度
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对项目规划数据、固件文件以及安全通信进行完整性和机密性保护,提高了设备的可用性
兼容性 / 即插即用
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在现有 S7 项目中,通过重复使用所有 S7-1500 CPU 上的程序以及集成的移植工具,实现对现有专有知识的投资保护
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通过将硬件数据上传到工程组态,实现各种硬件的快速准确识别
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使用符号上传整个项目,进行维修操作时无需打开当前项目

技术集成
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集成标准运动控制功能,灵活连接支持 PROFIdrive 的所有驱动装置
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集成标准 PLCopen 组件,实现项目快速实施
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TRACE 功能:可循环记录多达 16 个变量,实现控制程序和驱动装置的精确优化
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记录CPU 不同存储区的数据,便于查找偶发错误
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集成的 PID 控制器,可简化闭环控制任务:控制参数的优化实现了最佳控制质量(PID 控制器),从而节省了操作时间
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PID Compact/PID 3-Step:带有模拟量或脉冲宽度调制输出的连续控制器,以及适用于带有自整定功能的外部执行器(如阀门)的特殊步进控制器

有没有比较简单的实现PID闭环控制的方法呢?
在控制理论中,用传递函数来描述被控对象、检测元件、执行机构和PID控制器。
被控对象一般是串联的惯性环节和积分环节的组合。在实验室可以用以运算放大器为核心的模拟电路来模拟广义的被控对象(包括检测元件和执行机构)的传递函数。我曾将这种运放电路用于S7-200和S7-1200的PID参数自动调节实验。
用运算放大器模拟被控对象一般需要做印刷电路板,还是比较麻烦。有没有更简单的方法呢?
除了用运算放大器来模拟被控对象的传递函数,也可以用PLC的程序来模拟。为此我编写了用来模拟被控对象的S7-200的子程序,它也可以用于S7-200 SMART。使用模拟的被控对象的PID闭环示意图如下图所示,虚线右边是被控对象,DISV是系统的扰动输入值。虚线左边是PLC的PID控制程序。

被控对象的数学模型为3个串联的惯性环节,其增益为GAIN,3个惯性环节的时间常数分别为TIM1~TIM3。其传递函数为

分母中的“s”为自动控制理论中拉普拉斯变换的拉普拉斯算子。将某一时间常数设为0,可以减少惯性环节的个数。图中被控对象的输入值INV是PID控制器的输出值。被控对象的输出值OUTV作为PID控制器的过程变量(反馈值)PV。
下图是模拟被控对象的子程序,实际上只用了两个惯性环节,其时间常数分别为5000ms和2000ms。用与PID的采样周期相同的定时中断时间间隔来调用这个子程序。

下图是用来监视PID回路运行情况的STEP 7-Micro/WIN的PID调节控制面板,可以用它进行PID参数自整定或手动调节PID参数的实验。标有PV(即被控量)的是过程变量的阶跃响应曲线。

将上图中的积分时间由0.03min(分钟)增大到0.12min,下图的超调量有明显的减小。通过修改PID的参数,观察被控量阶跃响应曲线给出的超调量和调节时间等特征量的变化情况,可以形象直观、快速地学习和掌握PID参数的整定方法。

S7-200系列PLC适用于各行各业,各种场合中的检测、监测及控制的自动化。S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中,或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此S7-200系列具有极高的性能/价格比。

S7-200系列出色表现在以下几个方面:
1、极高的可靠性
2、极丰富的指令集
3、易于掌握
4、便捷的操作
5、丰富的内置集成功能
6、实时特性
7、强劲的通讯能力
8、丰富的扩展模块
S7-200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为广泛,覆盖所有与自动检测,自动化控制有关的工业及民用领域,包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。如:冲压机床,磨床,印刷机械,橡胶化工机械,中央空调,电梯控制,运动系统。S7-200系列PLC可提供4个不同的基本型号的8种CPU供您使用。
功能与设计
CPU单元设计
集成的24V负载电源:可直接连接到传感器和变送器(执行器),CPU 221,222具有180mA输出, CPU 224,CPU 224XP,CPU 226分别输出280,400mA。可用作负载电源。
不同的设备类型
CPU 221~226各有2种类型CPU,具有不同的电源电压和控制电压。
本机数字量输入/输出点
CPU 221具有6个输入点和4个输出点,CPU 222具有8个输入点和6个输出点,CPU 224具有14个输入点和10个输出点,CPU 224XP具有14个输入点和10个输出点,CPU 226具有24个输入点和16个输出点。
本机模拟量输入/输出点
CPU 224XP具有2个输入点,1个输出点。
中断输入
允许以极快的速度对过程信号的上升沿作出响应。
高速计数器
-CPU 221/222
4个高速计数器(30KHz),可编程并具有复位输入,2个独立的输入端可同时作加、减计数,可连接两个相位差为90°的A/B相增量编码器
-CPU 224/224XP/226
6个高速计数器(30KHz),具有CPU 221/222相同的功能。
模拟电位器
CPU 221/222 1个
CPU 224/224XP/226 2个
2路高频率脉冲输出(最大20KHz),用于控制步进电机或伺服电机实现定位任务。
实时时钟
例如为信息加注时间标记,记录机器运行时间或对过程进行时间控制。
EEPROM存储器模块(选件)
可作为修改与拷贝程序的快速工具(无需编程器),并可进行辅助软件归档工作。
电池模块
用于长时间数据后备。用户数据(如标志位状态,数据块,定时器,计数器)可通过内部的超级电容存贮大约5天。选用电池模块能延长存贮时间到200天(10年寿命)。电池模块插在存储器模块的卡槽中。
编程
STEP 7-Micro/WIN32 V3.1编程软件可以对所有的CPU 221/222/224/224XP/226功能进行编程。同时也可以使用STEP 7-Micro/WIN16 V2.1软件包,但是它只支持对S7-21x同样具有的功能进行编程。
STEP 7-Micro/DOS不能对CPU 221/222/224/224XP/226编程。如果使用PG/PC的串口编程,则需要使用PC/PPI电缆。
如果使用STEP 7-Micro/WIN32 V3.1编程软件,则也可以通过SIMATIC CP 5511或CP 5611编程。在这种情况下,通讯速率可高达187.5kbit/s。 可以利用PC/PPI 电缆和自由口通讯功能把 S7-200 CPU 连接到许多和RS-232标准兼容的设备。
有两种不同型号的 PC/PPI 电缆:
带有RS-232口的隔离型 PC/PPI 电缆,用5个DIP开关设置波特率和其它配置项 (见下图)。
带有RS-232口的非隔离型 PC/PPI 电缆,用4个DIP开关设置波特率。 有关非隔离型PC/PPI电缆的技术规范,请参阅S7-200 可编程控制器系统手册。
标准型 | 6ES7288-1SR20-0AA0 | S7-200 SMART,CPU SR20,标准型 CPU 模块,继电器输出,220 V AC 供电,12 输入/8 输出 |
6ES7288-1ST20-0AA0 | S7-200 SMART,CPU ST20,标准型 CPU 模块,晶体管输出,24 V DC 供电,12 输入/8 输出 | |
6ES7288-1SR30-0AA0 | S7-200 SMART,CPU SR30,标准型 CPU 模块,继电器输出,220 V AC 供电,18 输入/12 输出 | |
6ES7288-1ST30-0AA0 | S7-200 SMART,CPU ST30,标准型 CPU 模块,晶体管输出,24 V DC 供电,18 输入/12 输出 | |
6ES7288-1SR40-0AA0 | S7-200 SMART,CPU SR40,标准型 CPU 模块,继电器输出,220 V AC 供电,24 输入/16 输出 | |
6ES7288-1ST40-0AA0 | S7-200 SMART,CPU ST40,标准型 CPU 模块,晶体管输出,24 V DC 供电,24 输入/16 输出 | |
6ES7288-1SR60-0AA0 | S7-200 SMART,CPU SR60,标准型 CPU 模块,继电器输出,220 V AC 供电,36 输入/24 输出 | |
6ES7288-1ST60-0AA0 | S7-200 SMART,CPU ST60,标准型 CPU 模块,晶体管输出,24 V DC 供电,36 输入/24 输出 | |
经济型 | 6ES7288-1CR40-0AA0 | S7-200 SMART,CPU CR40,经济型 CPU 模块,继电器输出,220 V AC 供电,24 输入/16 输出 |
6ES7288-1CR60-0AA0 | S7-200 SMART,CPU CR60,经济型 CPU 模块,继电器输出,220 V AC 供电,36 输入/24 输出 |
CU310 PN
CU310 PN 控制单元为功率模块提供了通讯和开环/闭环控制功能。
设计
CU310 PN控制单元提供有以下标准接口
· 1个DRIVE-CLIQ插槽,可实现与其他DRIVE-CLIQ设备的通讯,例如传感器接口模块、端子扩展模块等
· 1个PM340接口(PM-IF)
· 1个基本操作面板BOP20接口
· 1个符合PROFIdrive V4行规的2个PROFINET接口
· 1个编码器接口
可以连接以下类型的编码器
-TTL/HTL—增量式编码器
-非增量信号的SSI编码器
· 4路可参数化数字量输入
· 4路可参数化双向数字量输入输出
· 1个RS232串行接口
· 1个CF插槽
· 1个24VDC接口
· 1个安全停车功能端子输入接口
· 1个温度传感器接口
CU310 控制器的状态通过多色的LED显示
由于固件和参数设置保存在CF卡上,因此无需调试工具就可更换控制器
集成
CU310 PN控制单元通过PM-IF接口连接到PM340。其他DRIVE-CLIQ组件比如传感器接口模块或端子扩展模块通过DRIVE-CLIQ连接。
CU310 PN控制单元通过DRIVE-CLIQ接口连接装机装柜型PM340。使用该组件时,必须将传感器接口模块和端子扩展模块连接到装机装柜型PM340上未被占用的DRIVE-CLIQ口。
可使用BOP20基本操作面板更改参数设置。在操作过程中,还可将BOP20面板安装到CU310 DP上进行诊断。
CU310 PN使用PROFINET IO和profidrive V4 配置文件与上位控制系统通讯。
带有CU310 PN的SINAMICS S120变频器可执行下列功能:
· PROFINET IO 设备
· 100Mbit/s全双工
· 支持PROFINET IO的实时等级:
-RT(实时)
-IRT(等时同步),最小发送循环为500μs
· 按照PROFIdrive V4行规,作为PROFINET IO 与控制器连接
· 使用STARTER软件和标准的TCP/IP协议进行调试。
· 集成2个RJ45接口,基于ERTEC ASIC,因此,不需要外部交换机即可配置最佳拓扑。