??自动化控制领域一般可分为小型，中型，大型自动化控制系统。小型自动化控制系统的控制器可以采用西门子LOGO!全系列，西门子PLC S7-200系列，西门子PLC S7-200 SMART系列，西门子PLC S7-1200系列；中型自动化控制系统可以选择西门子PLC S7-300系列或西门子PLC S7-1500系列；大型自动化控制系统可以选择西门子PLC S7-400系列或西门子PLC S7-1500系列。


位置控制模式

  • S7-1500西门子PLC选型介绍
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S7-1500 选型介绍

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/0.5A ST

? DQ 32x24VDC/0.5A ST

? DQ 8x24VDC/2A HF

? DQ 8x230VAC/2A ST

? DQ 8x230VAD/5A ST

? …

型号简介，以第一个型号为例：

DQ： Digital Ouput, 数量输出

16x24VDC：共16个输出通道，输出电压为DC24V, 容量每个通道最大0.5A。

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

? …

以第一个型号为例，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

? …

同样以第一个型号为例，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.最后简单介绍一个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个点。


这里我们选型为：

序号 名称 型号 数量

1 导轨 DIN rail S7-1500, 482 mm 1

2 电源 PS 60W 120/230V AC/DC 1

3 CPU CPU 1511-1 PN 1

4 存储卡 Memory card, 4 MB 1

5 数字量输入模块 DI 16x24VDC HF 1

6 数字量输入模块 DI 32x24VDC HF 1

7 数字量输出模块 DQ 32x24VDC/0.5A ST 1

8 数字量输入模块 AI 8xU/I HS 1

9 模拟量输出模块 AQ 8xU/I HS 1

10 前连接器 螺钉型, 40针 1

11 编程软件 STEP 7 Professional V12 1




S7-1500 的运动控制功能支持轴的定位和移动，是 S7-1500 系列 CPU 众多集成功能中的重要组成部分。运动控制功能支持旋转轴、定位轴、同步轴和外部编码器等工艺对象。根据PLC-Open，具有 PROFIdrive 功能的驱动装置或带模拟量设定值接口的驱动装置将通过标准运动控制指令控制。轴控制面板以及全面的在线和诊断功能有助于轻松完成驱动装置的调试和优化工作。

集成的运动控制工艺功能

SIMATIC S7-1500 的所有 CPU 均支持运动控制工艺功能。STEP 7 提供根据 PLCopen

进行标准化的 Motion Control 指令，可用于组态驱动器并将其连接到 CPU。

S7-1500 Motion Control 支持以下工艺对象：

● 速度控制轴

● 定位轴

● 同步轴

● 外部编码器

● 输出凸轮

● 凸轮轨迹

● 测量输入

SIMATIC S7-1500 的运动控制 CPU 提供更强的 Motion Control 功能：

● 高级同步功能

– 同步位置的同步

– 实际值耦合

– 改变随动轴的主值

– 凸轮系统

● 多达 4 个编码器或测量系统提供用于位置控制的实际位置

SIMATIC S7-1500 的工艺 CPU 还支持以下工艺对象：- 凸轮 – 运动机构

● 凸轮

● 运动机构

● 运动机构的控制，例如

– 笛卡尔型

– 皮辊扦

– 并联型 (Delta)

– 平面关节型 (SCARA)

凭借对这些工艺功能的支持，S7-1500T CPU 可完美适用于控制包装机、薄膜加工应用和

安装自动化等。

附加的集成工艺功能

SIMATIC S7-1500 系列控制器的所有 CPU 变量都具有各种跟踪功能，从而实现驱动装置

和控件的高效调试、诊断和快速优化。

除驱动集成之外，SIMATIC S7-1500 还提供 PID 紧凑型闭环控制器；易于组态的块允许

对控制器参数进行自动优化，从而大幅提升控制质量。

其它工艺功能

工艺模块还可实现高速计数、位置检测与测量功能以及脉冲发生器（PTO、PWM 和频率

输出）。紧凑型 CPU 1511C-1 PN 和 CPU 1512C-1 PN CPU 中均集成有这些运动控制

功能，因而无需额外连接工艺模块。

SIWAREX 是用途广泛且灵活的称重模块，可将其用作静态秤。

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一??西门子PLC模块概述
接上篇，延续经典、舍我其谁—西门子PLC模块 S7-1500替代S7-300 全解析系列一硬件篇二

这一次为大家带来
S7-300/ET200M/ET200S?到S7-1500/ET200MP/ET200SP
硬件方面替代的第三部分：工艺功能。

二??西门子PLC模块工艺功能
S7-300/ET200M、ET200S系列有很多种工艺功能模块，包括高速计数模块、定位模块、脉冲输出模块等，在S7-1500系列中一般可以找到对应模块，或功能性替代。但是由于模块功能众多，这里只针对工艺模块的基本功能替代关系进行介绍，如果功能上希望完全替代，那么需要仔细检查所需功能。
由于工艺功能模块通常都会包含输入部分、输出部分以及工艺部分实现，所以替代表格也将按照这种方式展现。

高速计数模块：
S7-300/ET200M系列有三种模块或CPU：FM 350-1、FM 350-2、CPU 300C
● FM 350-1功能强大，主要支持1路zui高输入频率500kHz的5V差分编码器或1路zui高输入频率200kHz的24V单端增量、脉冲编码器，前者可以使用S7-1500/ET200MP系列的TM PosInput 2替代，而后者可以使用S7-1500/ET200MP系列的TM Count 2×24V替代。
● FM 350-2，主要支持8路zui高输入频率20kHz的24V单端增量、脉冲编码器，可以使用四个支持2路输入的S7-1500/ET200MP系列的TM Count 2×24V模块替代。
如果只是功能简单的计数，可以使用两个S7-1500/ET200MP系列的TM Timer DIDQ 16×24V模块替代，该模块支持zui多4路增量、脉冲编码器。也可以使用两个S7-1500/ET200MP系列的DI 16×24VDC HS模块替代，该模块支持zui多4路脉冲编码器，2路zui高频率20kHz，2路zui高频率10kHz。
● CPU 300C，不同CPU型号支持的个数与zui高频率不同，zui多支持4路zui高输入频率60kHz的24V单端增量、脉冲编码器。可以使用CPU 1500C替代，或者使用FM350-2的替代。
ET200S系列有两种模块：1 Count 5V/500kHz、1 Count 24V/100kHz
●?1 Count 5V/500kHz，主要支持1路zui高输入频率500kHz的5V差分编码器，可以使用ET200SP系列的TM PosInput 1模块替代。
●?1 Count 24V/100kHz，主要支持1路zui高输入频率100kHz的24V单端增量、脉冲编码器，可以使用ET200SP系列的TM Count 1×24V模块替代。

以上替代关系总结见表1和表2：

西门子PLC模块
西门子PLC模块

SSI模块：
S7-300/ET200M系列有一种模块，SM 338，支持3路zui大帧长度为25位zui大传输率1MHz的SSI绝 对值编码器，可以使用两个TM PosInput 2模块替代。
ET200S系列有一种模块，1SSI，支持1路zui大帧长度为25位zui大传输率2MHz的SSI绝 对值编码器，可以使用ET200SP系列的TM PosInput 1模块替代。

以上替代关系总结见表3和表4：

西门子PLC模块
西门子PLC模块

定位模块：
此定位模块的功能是通过数字量输出控制继电器或者线圈直接驱动电机高低速切换定位，使用编码器进行位置反馈。S7-1500/ET200MP系列与ET200SP系列目前没有替代模块，只能功能性替代。
S7-300/ET200M系列有两种模块或CPU：FM 351、CPU 314C。
●?FM 351支持2个轴，每个轴支持4个数字量输出，编码器支持5V差分编码器、24V单端增量编码器以及SSI编码器。S7-1500/ET200MP系列可以使用TM PosInput 2模块或者TM Count 2×24V模块连接编码器，普通DO连接输出。使用SIOS上的库实现软件功能，下载地址：https://support.industry.siemens.com/cs/cn/zh/view/109745386
●?CPU 314C支持1个轴，支持4个数字量输出或者模拟量输出，编码器支持24V单端增量编码器。可以使用CPU 1500C功能性替代，或者使用TM Count 2×24V模块连接编码器，普通AO连接输出，并配合SIOS上的库实现软件功能，下载地址同上。
●?ET200S系列有一种模块，1PosUniversal，支持1个轴，支持3个数字量输出，编码器支持5V差分编码器、24V单端增量编码器，SSI编码器。ET200SP可以使用TM PosInput 1模块或者TM Count 1×24V模块连接编码器，普通DO连接输出。使用SIOS上的库实现软件功能，下载地址同上。

以上替代关系总结见表5和表6：

西门子PLC模块
西门子PLC模块

伺服定位、脉冲模块：
S7-300/ET200M系列有三种模块或CPU：FM 353、FM 354以及CPU 300C。
●?FM 353是开环脉冲定位模块，支持1路zui高200kHz的5V差分信号输出控制步进电机。可以使用S7-1500/ET200MP系列的TM PTO4替代，TM PTO4 支持zui高4路输出。
●?FM 354是闭环模拟量控制定位模块，支持1路 ±10V输出以及5V差分编码器、24V单端增量编码器、SSI编码器输入。可以使用S7-1500/ET200MP系列的任意AO模块，以及TM PosInput 2模块或者TM Count 2×24V模块连接编码器，实现功能替代。
●?FM 353与FM 354支持的数控常用的G代码功能，目前S7-1500不支持。
●?CPU 300C，不同CPU型号支持的个数不同，zui多支持4路zui高输出频率2.5kHz的PWM输出。可以使用CPU 1500C替代，或者使用TM Timer DIDQ 16×24V实现该功能。

ET200S系列有两种模块：1 STEP 5V和2 Pulse。
●?1 STEP 5V是开环脉冲定位模块，支持1路zui高510kHz的5V差分信号输出控制步进电机。ET200SP有模块TM PTO 2×24V支持控制步进电机，但是该模块不支持5V差分信号输出，如果步进电机侧可以更改信号类型为DC24V输出，则可以替代。否则需要使用S7-1500/ET200MP系列的TM PTO4进行功能性替代。
●?2 Pulse是个多功能的脉冲输出模块，常用来实现PWM与脉冲串输出。可以使用ET200SP系列的TM Pulse 2×24V替代。

以上替代关系总结见表7和表8：

西门子PLC模块
西门子PLC模块

凸轮输出模块：
S7-300/ET200M系列有一种模块，FM 352，支持1路5V差分编码器、24V单端增量编码器、SSI编码器，以及zui多13路的凸轮输出。S7-1500/ET200MP系列没有直接替代的模块，目前可以使用TM PosInput 2模块或者TM Count 2×24V模块连接编码器，TM Timer DIDQ 16×24V或者普通DO实现凸轮输出，需要使用外部编码器与凸轮输出的运动控制工艺对象。如果使用TM Timer DIDQ 16×24V模块，需要所在主机架或站使用等时模式，例如使用接口模块IM155-5 PN ST/HF。
如果不希望使用以上需要运动控制工艺对象的方式，可以使用ET200SP系列的DQ 4×24VDC/2A HS配合TM PosInput 1模块或者TM Count 1×24V模块连接编码器，实现功能性替代。这种方法需要子站使用等时模式，例如使用接口模块IM155-6 PN HF。

以上替代关系总结见表9：

西门子PLC模块


PID 模块：
S7-300/ET200M系列有四种模块，FM 355 C/S、FM 355-2 C/S。这四种模块都是带4路PID的模块，支持各种模拟量输入，支持模拟输出（C）或者数字输出（S）。这种硬件PID模块在S7-1500/ET200MP系列没有替代产品，只能通过硬件输入输出模块以及软件PID功能实现功能替代。
可以使用支持TC/RTD的AI模块连接热电偶/PT100等的输入，或者使用支持模拟量电压/电流的AI模块连接相关信号仪表输入。通过普通AO输出作为PID的模拟输出，或者使用普通DO模块作为PID的数字输出。
软件功能取决于使用PID的具体功能。例如：加热制冷控制，使用PID_Temp指令，串级控制使用PID_Temp指令，多区控制使用PID_Temp指令，死区控制使用PID_Temp、PID_3Step指令，三步控制使用PID_3Step指令，常规PID使用PID_Compact指令等。
对于CPU停止情况下的PID调节，目前S7-1500无法实现，只能通过增加CPU数量提高可靠性，例如使用S7-1500 R/H。

以上替代关系总结见表10：

西门子PLC模块

高速布尔处理器：
S7-300/ET200M系列有两种模块：FM 352-5 源型输出/漏型输出。这是一种需要编程的独立处理器，可以实现极为高速的逻辑控制。模块支持1路5V差分编码器、24V单端增量编码器、SSI编码器，以及8个高速输入与输出。S7-1500/ET200MP系列目前没有替代产品，预计2023年将会出一款替代产品TM FAST模块，已经使用上TIA Portal V18的小伙伴有兴趣的话可以尝试去组态一下。
目前的临时替代方案是使用CPU 1518实现较短的时间周期，使用TM PosInput 2模块、TM Count 2×24V模块或者ET200SP系列的TM PosInput 1模块、TM Count 1×24V模块连接编码器，使用TM Timer DIDQ 16×24V模块或者ET200SP系列的TM Timer DIDQ 10×24V实现边沿检测，使用ET200SP系列的TM Pulse模块实现极短的脉冲输出，通常还配合着等时同步模式来实现程序和通信的实时同步。这里就不展开介绍了，替代前需要仔细检查，必要时联系西门子帮助确认功能能否替代。

三??西门子PLC模块尾声
看到这里，想必大家应该对S7-1500替代S7-300应该有了基本的认识了。剩下的就是针对模块和功能进行逐一判断选择替代，为生产线升级换代做好万全的准备。