西门子S7-1500 PLC技术及应用 课件 第2章 S7-1500 PLC的系统配置与开发环境

点击此处结束放映电子教案《西门子S7-1500PLC技术及应用》第2章S7-1500PLC的系统配置与开发环点击此处结束放映《西门子S7-1500PLC技术及应用》

S7-1500PLC2.1S7-1500PLC功能模块2.2《西门子S7-1500PLC技术及应用》点击此处结束放映S7-1500PLC开发环境2.3

S7-1500PLC2.1点击此处结束放映《西门子S7-1500PLC技术及应用》点击此处结束放映

SIMATICS7-1500是对SIMATICS7-300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自动化系统具有卓越的用户可操作性和极高的性能。SIMATICS7-1500PLC是SIMATICPLC产品家族的旗舰产品，为中高端工厂自动化控制任务而量身定制，目前，SIMATICS7-1500PLC产品家族的CPU（所谓主机）种类齐全，有6款标准型CPU、2款分布CPU、以及2款紧凑型CPU。

S7-1500系列PLC使用完全集成的新工程组态SIMATICSTEP7，并借助其对SIMATICS7-1500进行编程。《西门子S7-1500PLC技术及应用》点击此处结束放映

S7-1500系统为大家提供了很多可以参考和学习的手册，这些手册数目和种类众多，总的来说，S7-1500自动化系统提供的手册分为以下三类：（1）系统手册：描述某个产品系列的整体信息，包括该产品系列的组件，硬件配置、安装、接线规则，调试和维护以及相关技术规范和尺寸图。（2）功能手册：介绍了各种产品使用时需要了解的概念，背景知识和各种功能的实现方法。（3）设备手册：详细介绍产品组件的特性，技术参数，使用及诊断方法。

《西门子S7-1500PLC技术及应用》2.1.1S7-1500概述点击此处结束放映《西门子S7-1500PLC技术及应用》

S7-1500PLC的特点主要体现在高新能、开放性、高效的工程组态、集成运动控制功能、可靠诊断和创新设计等方面。

凭借集成的通信和工艺功能，SIMATICS7-1200基本型控制器尤其适用于小型自动化解决方案。而SIMATICS7-1500自动化系统，则是高复杂性和高系统性能要求的工厂最佳选择。SIMATICS7-1500控制器中包含有SIMATICS7-1200基本型控制器的诸多简单功能，可完美满足系统性能、灵活性和网络功能等各种严格要求。

SIMATIC控制器集成在TIA博图（TotallyIntegratedAutomationPortal）软件中，用于确保数据的高度一致以及全系统统一的操作方式。正是基于这些集成的功能，在TIAPortal进行工程组态可确保所有功能数据的高度一致。点击此处结束放映《西门子S7-1500PLC技术及应用》

如图2-1所示，基于SIMATICS7-1500PLC的典型的自动化系统，系统的核心是S7-1500PLC，通过现场层、控制层和管理层分别部署S7-1500PLC的硬件产品和TIA博图软件，实现管理控制一体化。

如图2-2所示，SIMATICS7-1500PLC与SIMATICS7-1200PLC的区别。图2-2

S7-1500PLC与S7-1200PLC的区别图2-1基于S7-1500的典型自动化系统点击此处结束放映《西门子S7-1500PLC技术及应用》2.1.2可S7-1500PLC简介S7-1500PLC是一种模块化的控制系统，采用模块化与无风扇设计，很容易实现分布式结构，主要应用在纺织机械、包装机器、通用机械、机床、汽车工程、水处理、食品饮料等行业中。S7-1500PLC主要由电源模块、中央处理器（CPU）、导轨、信号模块、通信模块和工艺模块等部件组成。图2-3为S7-1500PLC中标准型CPU（CPU1511-1PN）的安装示意图，系统将安装在安装导轨上，最多可以包含32个模块。这些模块将通过U型连接器进行互相连接。表2-1为S7-1500PLC系列CPU指标。点击此处结束放映《西门子S7-1500PLC技术及应用》①系统电源模块；②CPU；③I/O模块；④带有集成顶帽翼型导轨的安装导轨图2-3

S7-1500PLC实物图点击此处结束放映《西门子S7-1500PLC技术及应用》CPU类型适用领域FROFIBUS接口PROFINETIORT/IRT接口PROFINETIORT接口PROFINET基本功能程序存储容量数据存储容量位操作时间CPU1511-1PN适用于中小型设备的标准型CPU无1个无无150KB1.15MB60nsCPU1513-1PN适用于中等型设备的标准型CPU无1个1个无300KB1.8MB40nsCPU1515-2PN适用于大中型设备的标准型CPU无1个1个无500KB3.5MB30nsCPU1516-3PN/DP适用于高端设备和通讯任务的标准型CPU1个1个1个无1MB6MB10nsCPU1517-3PN/DP适用于高端设备和通讯任务的标准型CPU1个1个1个无2MB10MB2nsCPU1518-4PN/DP适用于高性能设备、高性能通讯任务和超短响应时间的标准型CPU1个1个1个1个4MB24MB1nsCPU1511C-1PN适用于中小型设备的紧凑型CPU无1个1个无175KB1.17MB60nsCPU1512C-1PN适用于中小型设备的紧凑型CPU无1个无无250KB1.25MB48ns表2-1

S7-1500PLC系列标准型和紧凑型CPU指标点击此处结束放映《西门子S7-1500PLC技术及应用》1.1.3电源选型

根据工程规模，确定所需的自动化系统电源。SIMATICS7-1500CPU通过负载电源（PM）或系统电源（PS）进行供电，为背板总线供电的系统电源集成在CPU中。根据具体系统组态，最多可添加使用两个附加系统电源模块，对集成的系统电源进行扩展。如果工厂具有较高的电力要求（如，I/O负载组），则可额外连接负载电源。点击此处结束放映《西门子S7-1500PLC技术及应用》表2-2表列出了SIMATICS7-1500自动化系统的两个电源的主要差异。为系统和模块供电可以有3种配置方式：（1）只通过负载电源给背板总线供电。位于CPU左侧0号槽的负载电源给CPU供电，集成于CPU内部的系统电源给背板总线供电。（2）只通过系统电源给背板总线供电。位于CPU左侧0号槽的系统电源通过背板总线给CPU供电。（3）通过负载电源和系统电源给背板总线供电。负载电源给CPU供电，同时向系统电源提供允许的电源电压。点击此处结束放映《西门子S7-1500PLC技术及应用》电

源说

明负载电源（PM）为

S7-1500系统组件提供24VDC电压，如CPU、系统电源(PS)、I/O模块的I/O电路以及各种传感器和执行器，负载电源可直接安装在

CPU的左边（不连接背板总线）；如果通过系统电源为背板总线供电，则可选择通过

DC24V为CPU或接口模块供电。系统电源（PS）仅提供内部所需的系统电压；为部分模块电子元件和

LED指示灯供电。图2-5带有负载电源和附加系统电源时的系统组态表2-2

S7-1500PLC的两种电源选型

可S7-1500PLC功能模块2.2《西门子S7-1500PLC技术及应用》点击此处结束放映点击此处结束放映《西门子S7-1500PLC技术及应用》2.2.1信号模块

信号模块（SignalModule，SM）也称I/O模块，S7-1500PLC支持各种品种繁多的I/O模块，I/O模块CPU与控制设备之间的接口。通过输入模块将输入信号送到CPU进行计算和逻辑处理，然后将逻辑结果和控制命令通过输出模块输出以达到控制设备的目的。表2-3列出了不同功能类别输入/输出模块的特性和技术规范。

外部的信号主要分数字量信号和模拟量信号。所以I/O模块包括数字量输入模块、数字量输出模块、数字量输入输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块、模拟量输入输出模块等类型。以下介绍常用的部分模块特点，详细数据可参考设备手册。点击此处结束放映《西门子S7-1500PLC技术及应用》表2-3

S7-1500PLC选配的I/O模块类

型适用领域是否带有模拟量模块高速型

(HS)适用于超高速应用的专用模块输入延时时间极短转换时间极短等时同步模式否高性能型

(HF)应用极为灵活尤其适用于复杂应用支持按通道进行参数设置支持按通道进行诊断支持附加功能带有模拟量模块

•最高精度(<0.1%)•高共模电压（如，60VDC/30VAC），需要时可进行单通道电气隔离标准型

(ST)价格适中支持按负载组/模块进行参数设置支持按负载组/模块进行诊断带有模拟量模块

•通用模块•精度=0.3%•共模电压约为10V~20V基本型

(BA)经济实用型基本模块无参数设置无诊断功能否点击此处结束放映《西门子S7-1500PLC技术及应用》1.数字量输入模块

S7-1500PLC/ET200MP的部分常用数字量输入模块类型和技术参数如表2-4所示。数字量输入模块DI16×24VDCBADI32×24VDCBADI16×24VDCHFDI32×24VDCHF输入点数16321632通道间电气隔离—√（通道组）—√（通道组）电位组的数量1212额定输入电压DC24V等时同步模式—√诊断中断—√沿触发硬件中断—√通道诊断LED—√（红色LED）模块诊断LED√（红色LED）输入延时1.2~4.8ms（不可设置）0.05~20ms（可设置）集成计数功能—前2个通道可作为计数器，最高1kHZ表2-4

数字量输入模块类型和技术参数点击此处结束放映《西门子S7-1500PLC技术及应用》2.数字量输出模块

S7-1500PLC/ET200MP的部分常用数字量输出模块类型和技术参数如表2-5所示。表2-5

数字量输出模块类型和技术参数数字量输出模块DQ16×24VDC/0.5ABADQ32×24VDC/0.5ABADQ16×24VDC/0.5AHFDQ32×24VDC/0.5AHF输入点数16321632通道间电气隔离—输出类型晶体管晶体管

电位组的数量2412额定输出电压DC24V等时同步模式—√诊断中断—√断路诊断—√通道诊断LED—√（红色LED）模块诊断LED√（红色LED）替换值输出—√开关循环计数器—√脉宽调制—点击此处结束放映《西门子S7-1500PLC技术及应用》3.模拟量输入模块

S7-1500PLC/ET200MP的部分常用模拟量输入模块类型和技术参数如表2-6所示。表2-6

模拟量输入模块类型和技术参数模拟量输入模块AI8×U/R/RTD/TCHFAI8×U/I/RTD/TCSTAI8×U/I/RTDBAAI8×U/IHFAI8×U/IHSAI4×U/R/RTD/TCST输入数量8AI4AI分辨率16位（含符号位）测量类型电压（HS最高-1V~1V）电流（HS除外）电阻热敏电阻热电偶（BA除外）电压电流

电压电流电阻热敏电阻热电偶通道间电气隔离√（HF）√（HF）—额定电源电压24VDC过采样—√（HS）—等时同步模式—√（HS）—诊断中断√包含积分时间的每通道转换时间快速模式4/18/22/102ms（HF）标准模式9/52/62/302ms（HF）9/23/27/107ms（ST）10/24/27/107ms（BA）62.5μs（每个模块，与激活的通道数无关）9/23/27/107ms点击此处结束放映《西门子S7-1500PLC技术及应用》4.模拟量输出模块

S7-1500PLC/ET200MP的部分常用模拟量输出模块类型和技术参数如表2-7所示。表2-7

模拟量输出模块类型和技术参数模拟量输出模块AQ2×U/ISTAQ4×U/IHFAQ4×U/ISTAQ8×U/IHS输出数量2AO4AO8AO分辨率16位（含符号位）输出方式电压（1~5V、0~10V、±10V）电流（0~20mA、4~20mA、±20mA）通道间电气隔离—√（HF）—额定电源电压24VDC过采样—√（HF）√替代值输出√等时同步模式—√（HF）—诊断中断√转换时间0.5mA（备注）125μA（备注）50μA（备注）备注如果需要得到通道的响应时间，除转换时间外，还需要考虑模块的循环时间和稳定时间（与负载类型有关）点击此处结束放映《西门子S7-1500PLC技术及应用》5.模拟量输入/输出模块

S7-1500PLC/ET200MP的部分常用模拟量输入模块类型和技术参数如表2-8所示。表2-8

模拟量输入输出模块类型和技术参数模拟量输入输出模块AI4×U/R/RTD/TC/AQ2×U/IST输入参数输入数量4AI分辨率16位（含符号位）测量类型电压、电流、电阻、热敏电阻、热电偶通道间电气隔离—额定电源电压24VDC过采样—等时同步模式—诊断中断√转换时间（每通道）9/23/27/107ms输出参数输入数量2AO分辨率16位（含符号位）输出方式电压（1~5V、0~10V、±10V）电流（0~20mA、4~20mA、±20mA）通道间电气隔离—电位组的数量

额定电源电压24VDC过采样—等时同步模式—诊断中断√替代值输出√转换时间（每通道）0.5ms（备注）备注如果需要得到通道的响应时间，除转换时间外，还需要考虑模块的循环时间和稳定时间（与负载类型有关）点击此处结束放映《西门子S7-1500PLC技术及应用》2.2.2通信模块

通信模块（CommunicationModule，CM），用于多个相对独立的站点连成网络并建立通信关系。每一个SIMATICS7-1500CPU都集成有PN接口，可进行主站间、主从站间以及编程调试的通信。

SIMATICS7-1500PLC系统的通信模块分为三大类，分别为点对点通信模块、PROFIBUS通信模块和PROFINET/ETHERNET通信模块。1.点对点通信模块点对点通信模块也就是串口模块，部分常用模块类型和技术参数如表2-9所示。点击此处结束放映《西门子S7-1500PLC技术及应用》表2-9

点对点通信模块参数点对点通信模块CMPtPRS232BACMPtPRS422/485BACMPtPRS232HFCMPtPRS422/485HF接口RS232RS422/485RS232RS422/485数据传输速率300~19200bit/s300~115200bit/s最大帧长度1KB4KB诊断中断√硬件中断—等时同步模式—所支持的协议Freeport协议3964（R）Freeport协议3964（R）ModbusRTU主站ModbusRTU从站点击此处结束放映《西门子S7-1500PLC技术及应用》2.PROFIBUS通信模块PROFIBUS通信模块的部分常用类型和技术参数如表2-10所示。表2-10PROFIBUS通信模块参数PROFIBUS通信模块CM1542-5CP1542-5CPU集成的DP接口接口RS485数据传输速率9600bit/s~12Mbit/s诊断中断√硬件中断—等时同步模式—所支持的协议DPV1主站/从站S7通信PG/OP通信开放式用户通信可连接DP从站个数12532

备注目前只有CPU1516、CPU1517、CPU1518带有DP接口，切只能作为主站点击此处结束放映《西门子S7-1500PLC技术及应用》3.PROFIBUS/ETHERNET通信模块PROFINET/ETHERNET通信模块的部分常用类型和技术参数如表2-11所示。表2-11PROFINET/ETHERNET通信模块参数PROFINET通信模块CP1543-1CM1542-1CPU集成的PN接口接口RJ45数据传输速率10/100/1000Mbit/s10/100Mbit/s诊断中断√硬件中断—√等时同步模式—所支持的协议TCP/IP、ISO、UDP、MODBUSTCP、S7通信、IP广播/组播、信息安全、诊断SNMPV1/V3、DHCP、FTP客户端/服务器、E-Mail、IPv4/IPv6TCP/IP、ISO-on-TCP、UDP、MODBUSTCP、S7通信、IP广播/组播（集成接口除外）、SNMPV1支持PROFINET—√PROFINETI0控制器—√PROFINETI0设备—√可连接PN设备个数—128，其中最多64台IRT设备与CPU类型有关，最大512，其中最多64台IRT设备备注不包括CPU1515/1516/1517/1518第二个以太网接口参数点击此处结束放映《西门子S7-1500PLC技术及应用》2.2.3工艺模块

工艺模块（ThreadModule，TM）也称线程模块。工艺模块通常实现单一或特殊功能，而这些特殊功能往往单靠CPU自身无法实现。目前，工艺模块有高速计数器模块、位置检测模块、基于时间的I/O模块和PTO脉冲输出模块。1.高速计数器模块

高速计数器部分常用模块类型和技术参数如表2-12所示。高速计数器模块TMCount2x24VTMPosInput2支持的编码器信号增量编码器，24V非对称，带有/不带方向信号的脉冲编码器，向上/向下脉冲编码器RS422的信号增量编码器（5V差分信号），带有/不带方向信号的脉冲编码器，向上/向下脉冲编码器，绝对值编码器(SSI)最大计数频率200kHz800kHz，具有四倍频脉冲1MHz4MHz，具有四倍频脉冲集成

DI每个计数器通道

3个DI，用于启动、停止、捕获、同步每个计数器通道

2个

DI，用于启动、停止、捕获、同步集成

DQ2个

DQ，用于比较器和限值

2个

DQ，用于比较器和限值

测量功能频率，周期，速度频率，周期，速度诊断中断√硬件中断√等时同步模式√表2-12

高速计数器模块参数点击此处结束放映《西门子S7-1500PLC技术及应用》2.基于时间的I/O模块许多控制系统对响应都有严格的精确性和确定性要求。基于时间的IO模块可达到最高的精度和速度，而无需考虑控制器和现场总线性能。基于时间的IO模块可在精确定义的响应时间内输出信号，在既定时间内完成I/O信号的处理。

使用等时同步（PROFINETIRT）技术，可以将最多8个这样的模块进行时钟同步，各站点接收到的时钟同步信号相差在1μs以内（1500时基模块精度可达1微秒）。模块在检测到输入触发信时开始计时，计时20ms后输出，由于I/O都具有定时功能，这样使得输出与各个循环周期无关，因此大大提高了控制精度。点击此处结束放映《西门子S7-1500PLC技术及应用》

表2-13列出了基于时间的IO工艺模块的基本特性。与工艺对象“Outputcam”和“Camtrack”一同使用时，TM定时器DIDQ基于时间的I/O模块TMTimerDIDQ16x24V可连接的编码器24V增量式编码器，信号A和B24V脉冲编码器，带信号最大计数频率200kHz，四倍频检测功能集成

DI多达

8个数字量输入，具有以下功能：•每个循环最多2个时间戳（精度1µs）•32x过采样•计数功能，高达50kHz•增量式编码器采集，二相移跟踪•可组态输入滤波器进行干扰抑制集成

DQ多达16个数字量输出，具有以下功能：•每个循环最多2个时间戳（精度1µs）•32x过采样•脉宽调制输出•可组态替换值（按DQ）诊断中断√硬件中断—等时同步模式√（时间戳和细分采用功能所必需）表2-13

基于时间的I/O模块参数16x24V可确保高精准的凸轮输出；与工艺对象“Measuringinput”一同使用时，TM定时器DIDQ16x24V可确保高精准的产品传输检测。点击此处结束放映《西门子S7-1500PLC技术及应用》3.POT脉冲模块

PTO（PulseTrainOutput）也称为脉冲/方向接口，是SIMATIC控制器与驱动装置间的一种简单的通用接口。PTO支持大多数步进电机和伺服驱动器，并且大量应用于定位应用中，如调整轴和进给轴等。

PTO脉冲/方向接口由两个信号组成。脉冲输出的频率代表速度，输出的脉冲数量代表行进距离，方向输出用于定义行进的方向。因此位置数据精确到一个增量之内。脉冲/方向接口特别适合于对工艺对象TO_SpeedAxis、TO_PositioningAxis和TO_SynchronousAxis的操作。模块的技术特征如表2-14所示。点击此处结束放映《西门子S7-1500PLC技术及应用》表2-14

TMPTO4脉冲输出模块参数TMPTO4脉冲输出模块TMTimerDIDQ16x24V通道数4通道，数量可组态，分通道参数分配最大计数频率200kHz，四倍频检测功能接口•RS422/TTL(5V)或24V输出信号P/A以及用于PTO功能的D/B（每个通道，对于RS422最大1MHz，对于24V/TTL（5V）最大200kHz）•面向参考开关、测量输入、就绪输入功能的数字量输入信号DI0和DI1（每个通道）•用于PTO或驱动器使能功能的数字量输出信号DQ0（每个通道）•用于PTO功能的数字输出信号DQ1（每个通道）•用于驱动器使能或就绪输入功能的数字量输入/输出信号DIQ2（每个通道）电源电压L+可组态的诊断（每个通道）√可组态自动反转脉冲周期√可组态的输入延时无，0.05ms...20ms脉冲输出的信号类型•具有方向信号的脉冲编码器•使用正向和反向信号的脉冲编码器•双信号增量编码器带，信号之间相位偏移为90°支持的系统功能•等时模式•固件更新•标识数据I&M

《西门子S7-1500PLC技术及应用》点击此处结束放映S7-1500PLC开发环境2.3

点击此处结束放映《西门子S7-1500PLC技术及应用》TIA博途是全集成自动化软件（TotallyIntegratedAutomationPortal）的简称，是西门子工业自动化集团发布的一款全新的全集成自动化软件。它是业内首个采用统一的工程组态和软件项目环境的自动化软件，几乎适用于所有自动化任务。借助该全新的工程技术软件平台，用户能够快速、直观地开发和调试自动化系统。点击此处结束放映《西门子S7-1500PLC技术及应用》2.3.1博图软件概述

TIAPortal作为首个用于集成工程组态的共享工作环境，在单一的框架中提供了各种SIMATIC系统。因此，TIAPortal还首次支持可靠且方便的跨系统协作。所有必需的软件包，包括从硬件组态和编程到过程可视化，都集成在一个综合的工程组态框架中。

如图2-6所示，使用TIA博途不仅可以组态应用于控制器及外部设备程序编辑的STEP7、可以组态应用于安全控制器的Safety，也可以组态应用于设备可视化的WinCC，同时TIA博途还集成了应用于驱动装置的Startdrive、应用于运动控制的SCOUT等，还可在单一界面中执行多用户管理和能源管理等新的功能，为全集成自动化的实现提供了统一的工程平台。点击此处结束放映《西门子S7-1500PLC技术及应用》图2-6

TIA博图平台点击此处结束放映《西门子S7-1500PLC技术及应用》1.SIMATIC

STEP7TIA博途STEP7是用于组态SIMATICS7-1200、SIMATICS7-1500、SIMATICS7-300/400、WinAC和软件控制器的工程组态软件。TIA博途STEP7包含两个版本：•TIA博途STEP7基本版，用于组态SIMATICS7-1200控制器。•TIA博途STEP7专业版，用于组态SIMATICS7-1200、SIMATICS7-1500、SIMATICS7-300/400和WinAC。点击此处结束放映《西门子S7-1500PLC技术及应用》2.SIMATICWinCC

TIA博途WinCC包含4种版本，具体使用取决于可组态的操作员控制系统：

•WinCCBasic，用于组态精简系列面板，在博途Step7中已包含此版本。

•WinCCComfort，用于组态所有面板（包括精简面板、精致面板和移动面板）。

•WinCCAdvanced，用于组态所有面板以及运行TIA博途WinCCRuntimeAdvanced的PC。

•WinCCProfessional/WinCCUnified，用于组态所有面板以及运行TIA博途WinCCRuntime高级版或SCADA系统TIA博途WinCCRuntimeProfessional/WinCCRuntimeUnified的PC。点击此处结束放映《西门子S7-15