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S7-1500是西门子新一代的PLC，其软件平台为TIA博途。本文全面介绍了S7-1500和TIA博途的特点，指出S7-1500符合“下一代PLC发展趋势”大讨论中网友畅想的*六代PLC的趋势，还有很多追赶网友想象的亮点。

关键词 PLC, S7-1500，趋势，TIA博途，PROFINET

　　2013年3月1日落幕的“*六代PLC新纪元——下一代PLC发展趋势大讨论”大型网络互动活动，揭开了用户期望的下一代PLC的神秘面纱：性能越来越强，功能越来越多；以太网通信成为标准配置；设计软件趋向平台化；安装、调试、维护、诊断更为便捷……活动总结帖见/archive.aspx?id=355845。

　　西门子公司的S7-1500是专为中高端设备和工厂自动化设计的新一代PLC。该控制器集成了运动控制、工业信息安全和故障安全功能。通过阅读S7-1500的资料（见//www..cn/download/SearchResult.aspx?pid=7863）和观看S7-1500和TIA博途的视频讲座（见//www..cn/service/elearning/cn/SerialVideo.aspx?vsid=151），不难发现S7-1500和TIA博途与上述大讨论中网友畅想的*六代PLC的趋势基本一致，还有很多追赶网友想象的亮点。

　　本文在此抛砖引玉，比较全面地介绍S7-1500的特点。

1 性能大幅提升

1.1 功能强大的CPU模块

1.1.1 可供用户使用的充足的资源

　　CPU 1516-3PN编程用的块的总数较多为6000个，数据块较大5 MB，FB、FC、OB较大512 KB。用于程序的工作存储器5MB，用于数据的工作存储器1MB。

　　插槽式装载存储器（SIMATIC 存储卡）较大2GB，可存储项目数据、归档、配方和有关的文档。

S7定时器、计数器分别有2048个，IEC定时器、计数器的数量不受限制。位存储器（M）16 KB。

I/O模块较多8192个，过程映像分区较多32个，过程映像输入、输出分别为32KB。每个机架较多32个模块。

运动控制功能较多支持20个速度控制轴、定位轴和外部编码器，有高速计数和测量功能。

1.1.2 **高速的运算处理速度

　　位操作指令的处理时间典型值为10ns，换句话说，每一微秒可处理100条位操作指令。浮点数运算指令的处理时间典型值为64ns。

　　S7-1500采用当前较快的背板总线和高效的传输协议，保证了快速信号处理。点到点的反应时间不到500 μs。

AI、AO模块的分辨率均为16位，8点AI模块每个模块的转换时间为125μs。数字量输入模块具有50 μs的**短输入延时。

　　用于计数、测量和定位输入的工艺模块TM PosInput的较高信号频率为1 MHz，4倍速时为4MHz。可用RS-422接口连接脉冲编码器，支持等式模式、诊断中断和硬件中断。

　　采用 PROFINET IRT通信可以保证确定的反应时间和高精度的系统响应，较短循环时间为250 μs。

1.2 CPU集成的工艺功能

1.2.1 运动控制功能

　　S7-1500的运动控制功能集成在CPU模块中，不需要附加的运动控制模块。用TIA Portal创建项目和组态工艺对象，用博途提供的符合PLCopen标准的运动控制指令控制工艺对象。运动控制可以使用具有PROFINET IO IRT和PROFIdrive接口的驱动器（见图1），或使用模拟量设定值的驱动器。

　　运动控制功能支持速度控制轴、定位轴和外部编码器工艺对象。

附件

图1 运动控制组态实例

1.2.2 跟踪功能

　　S7-1500所有CPU都有集成的跟踪（TRACE）和逻辑分析器功能，跟踪功能可循环记录较多16个变量，便于查找偶发错误，对程序和动作进行实时诊断，用于调试和优化用户程序，尤其适用于运动控制和优化驱动器。

　　记录数据保存在设备上，在需要时可以用编程设备读出和*保存。可以用曲线图和信号表来评估测量的结果，也可以将测量结果作为一个文件导出和导入。

1.2.3 闭环控制功能

　　S7-1500 CPU集成的PID控制器有PID参数自整定功能。PID 3步（3-Step）控制器是脉冲宽度调制输出的控制器，此外还有适用于带积分功能的外部执行器（如阀门）的PI步进控制器。

1.2.4 故障安全

　　使用F型控制器，可实现故障安全自动化，故障安全程序和标准程序使用同样的工程设计和操作理念。用户可以用安全管理编辑器定义和修改安全参数。

1.3 硬件方面的特点

1.3.1 减少了模块种类

　　相比之前的产品，I/O模块的种类有大幅减少，订货、布线和维护都更方便了。模块种类由原来的60种减少到26种。

1.3.2 小型化

　　S7-1500的模块高度为155mm，用U形连接器连接模块。外形、体积缩小意味着便于安装维护，系统集成时占用的柜体空间更少。

1.3.3 方便的显示屏操作

　　CPU内置6.1cm对角线的显示屏，可快速访问各种文本信息和详细的诊断信息，便于全面了解工厂的所有信息，从而实现全工厂透明化。支持在运行过程中对显示屏进行热插拔操作，可用博途设置显示屏的操作密码。

1.3.4 模块的创新设计

　　标准的统一的40针前置连接器节省了用户接线时间，简化了配件存储。

　　集成的短接片使得电压分组的构成简单灵活。

　　集成式导轨能够快速便捷地安装断路器、继电器之类的其它组件。

　　由于有两个预先设计好的电缆定位槽，使用大直径电缆也可以轻松关闭前盖板。

　　由于预接线位置的设计（带有定位装置的转向布线系统），可以简单快速的进行初次布线和重新连接。

　　用模块集成的屏蔽夹对模拟量信号进行适当屏蔽，确保了高质量的信号采集，可有效防止外部电磁干扰。模拟量模块没有量程选项卡，可以单独设置每个通道的信号类型，也可以整体设置所有通道的信号类型。

1.1.5 兼容性与即插即用

　　通过集成的移植工具，S7-300/400的项目可以移植到S7-1500，实现对现有专有知识的投资保护。可以通过复制功能将S7-1200的程序转换到S7-1500。

　　通过将硬件数据上传到工程组态，可实现各种硬件的快速准确识别。

　　可上传包括符号和注释的整个项目，维修操作时*打开当前项目。可通过Web浏览器或SD卡读卡器，快速访问设备组态数据，与控制器进行双向数据交换。

1.3.6 存储卡

　　S7-1500的存储卡SMC（SIMATIC Memory Card）功能强，使用方便。可以用普通的SD读卡器读写SMC卡，实现对PLC程序的下载。SMC较大2GB，可以装载除程序以外的其它文件，例如项目的备份、说明书、各种pdf或excel文件等。此外也可以用作固件升级卡和程序传输卡。

1.4 全面的安全保护机制

1.4.1 专有技术保护

　　S7-1500提供全面的安全保护机制，加密算法可以有效防范未经授权的访问和修改，可以避免设备被仿造。

1.4.2 防拷贝保护

　　可通过绑定SIMATIC存储卡或CPU的序列号，确保程序无法在其它设备中运行。这样的程序不能拷贝，只能在*的存储卡或CPU上运行。

1.4.3 访问保护

　　访问保护功能提供一种全面的安全保护功能，可防止未经授权的项目计划更改，专有的数据校验机制可识别修改过的工程数据。可为各用户组分别设置访问密码，确保具有不同级别的访问权限。使用带有安全功能的工业以太网模块CP 1543-1，加强了集成防火墙的访问保护。

1.4.4 操作保护

　　系统对传输到控制器的数据进行保护，防止通过 HMI 进行未经授权的访问。控制器可以识别发生变更的工程组态数据或者来自陌生设备的工程组态数据。

SIEMENS 湖南环辰泰瑞电气设备有限公司

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3 全新的软件平台TIA Portal

3.1 TIA Portal 实现了真正的全集成

　　西门子上一代的软件（例如WinCC和WinCC flexible）可以集成在SIMATIC管理器（即STEP 7）中。集成后各软件可以共享后台的公共数据库中的数据。但是这是一种比较“松散”的集成，各软件基本上是相互独立的，没有一个统一的软件操作平台。

　　西门子的TIA Portal (TIA博途)是一个全新的软件平台， S7-1500无缝集成在TIA博途中，该平台是适用于所有自动化任务的创新型工程设计框架。博途现在集成了STEP 7、WinCC和Startdrive。今后还会有新的软件集成到TIA　Portal。

　　STEP 7 V12可用于S7-1200、S7-300/400和S7-1500，WinCC V12包含了WinCC flexible（HMI的组态软件）和WinCC（上位机组态软件）的全部功能，Startdrive V12用于驱动设备的组态和监控。

　　TIA博途可以对控制器、HMI和驱动设备进行同步组态，并提供统一的操作方案。它将所有面向未来的硬件组件集成到框架中，实现统一的数据保存，确保了整个项目中的数据稳定性。

　　用TIA博途软件平台对故障安全功能进行工程设计时，相同的编程组态环境能够节约时间，提高安全性。

3.2 结构统一的软件界面

　　由于当时计算机硬件的限制，WinCC和STEP 7一般采用单窗口或少窗口的界面。很多操作需要用右键或其他方法临时打开窗口，操作结束后再关闭它。各种操作没有统一的规范，初学者要花很长的时间才能熟悉软件的使用方法。

附件

　　　　　　　　　　　图3 设备组态的项目视图

　　TIA博途的界面风格是从WinCC flexible 2004开始使用的，由于大屏幕、高分辨率显示器的出现，TIA博途使用的是多窗口标准化的界面。界面的左边是项目树和详细视图（见图3和图4），中间是工作区，工作区可以同时打开几个编辑器，一般只能在工作区同时显示一个当前打开的编辑器。工作区的下面是巡视窗口，巡视窗口有属性、信息和诊断3个选项卡。界面的右边是任务卡，任务卡的功能与编辑器有关。可以通过任务卡进行进一步的或附加的操作。例如从指令列表、库或硬件目录中选择对象，搜索与替代项目中的对象，将预定义的对象拖放到工作区。可以用较右边的竖条上的按钮来切换任务卡显示的内容。

　　由于TIA博途具有统一风格的界面，并且可以大量使用拖拽功能，有其他软件使用基础的用户很*入门和掌握TIA博途的使用方法。

　　可以随意调节窗口分界线的位置，关闭和打开某些窗口，以扩展工作区的面积。

附件

　　　　　　　　　　　　　　图4 程序编辑器

　　TIA博途中的STEP 7语言采用全符号编程，提高了程序的可读性和编译器的性能，缩短了程序循环时间，增加了很多数据类型，所有的IEC语言支持64位数据类型，使编程的工艺更为精准。CALCULATE(计算)指令可以用很简单的方法实现复杂的数学运算过程。

　　可以下载S7-1200和S7-1500的程序注释。通过在线模块状态可以进行高效的调试和简单的编程错误查找，从而缩短停机时间、提高设备可用度。