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應用

CPU 1511C-1 PN 是入門級 CPU，用于非連續(xù)生產(chǎn)技術中對處理速度和響應速度要求不高的應用。

CPU 1511C-1 PN 具有 5 點模擬量輸入；通過這些輸入，可以獲得壓力或溫度等模擬過程信號。其中 4 點個輸入可用于電流或電壓測量，1 點輸入可用于電阻測量。
CPU 上的集成模擬量輸出將 16 位數(shù)字值轉換為電流或電壓并輸出到過程。例如，它們適合控制比例閥。
借助于 16 點集成式數(shù)字量輸入，可在控制器上直接記錄來自設備的 24 V DC 信號。
16 點集成式數(shù)字量輸出可以切換 24 V DC 電壓，從而將內(nèi)部信號從控制器傳送到設備。
集成的計數(shù)器可記錄速度高達 100 kHz 的信號并直接在控制器中分析計數(shù)器狀態(tài)或當前速度，無需使用附加模塊。速度可以頻率或周期的形式輸出，或以用戶歸一化速度的形式輸出。
CPU 的運動控制功能可將計數(shù)器用作實際位置值，將模擬量輸出用作速度設定值輸出。4 – 100 kHz 輸出可用于：

• 直接控制步進電機
• 輸出頻率

或通過 PWM 功能進行控制：

• 直接控制閥門或
• 通過數(shù)字方式發(fā)送模擬信號

另外，CPU 通過易組態(tài)的塊提供全面控制功能，以及通過標準化 PLC-open 塊 提供連接至驅動器的能力。

CPU 1511C-1 PN 可被用作 PROFINET IO 控制器或分布智能系統(tǒng)（PROFINET 智能設備）。集成式 PROFINET IO IRT 接口設計為雙端換機以便在系統(tǒng)中設立總線型拓撲。

設計

CPU 1511C-1 PN 的特點：

• 功能強大的處理器：
  該 CPU 的單條二進制命令的命令執(zhí)行時間可低至 60 ns。
• 大容量工作存儲器：
  175 KB 用于程序，1 MB 用于數(shù)據(jù)
• 集成輸入/輸出；
  16 點數(shù)字量輸入和 16 點數(shù)字量輸出以及 5 點模擬量輸入和 2 點模擬量輸出（用于電流/電壓信號），并具有一個用于測量 CPU 溫度的附加輸入。
• SIMATIC 存儲卡作為裝載存儲器：
  具有數(shù)據(jù)記錄和歸檔等附加功能
• 靈活的擴展功能：
  單層組態(tài)多可支持 32 個模塊（CPU + 31 個模塊）
• 具有以下功能的屏幕畫面：
  • 顯示概覽信息，如集成接口的 IP 地址、站名稱、設備名稱、位置標識符等。
  • 顯示器以及診斷確認和用戶消息
  • 模塊信息顯示
  • 顯示可由用戶定義的徽標
  • 顯示設置
  • 設置 IP 地址
  • 設置日期和時間
  • 選擇運行模式
  • 將 CPU 復位為出廠設置
  • 項目的備份與恢復
  • 禁用/啟用顯示
  • 啟用保護級別
• PROFINET IO IRT 接口：
  具有通過 PROFINET 連接分布式 I/O 的選件。

功能

性能

• 指令處理速度更快, 取決于 CPU 型號、語言擴展和新的數(shù)據(jù)類型
• 由于背板總線速度顯著提高，CPU 的響應時間縮短
• 功能強大的網(wǎng)絡連接：
  每個 CPU 均標配PROFINET IO IRT（2 端換機）標準接口。
• 集成技術
  • 通過標準化的塊 (PLCopen) 連接模擬驅動器和具有 PROFIdrive 功能的驅動器

    
    PLC 硬件系統(tǒng)設計

    1 ． PLC 型號的選擇

    在作出系統(tǒng)控制方案的決策之前，要詳細了解被控對象的控制要求，從而決定是否選用 PLC 進行控制。

    在控制系統(tǒng)邏輯關系較復雜（需要大量中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)器等）、工藝流程和產(chǎn)品改型較頻繁、需要進行數(shù)據(jù)處理和信息管理（有數(shù)據(jù)運算、模擬量的控制、 PID 調節(jié)等）、系統(tǒng)要求有較高的可靠性和穩(wěn)定性、準備實現(xiàn)工廠自動化聯(lián)網(wǎng)等情況下，使用 PLC 控制是很必要的。

    目前，國內(nèi)外眾多的生產(chǎn)廠家提供了多種系列功能各異的 PLC 產(chǎn)品，使用戶眼花繚亂、無所適從。所以全面權衡利弊、合理地選擇機型才能達到經(jīng)濟實用的目的。一般選擇機型要以滿足系統(tǒng)功能需要為宗旨，不要盲目貪大求全，以免造成投資和設備資源的浪費。機型的選擇可從以下幾個方面來考慮。

    （ 1 ）對輸入 / 輸出點的選擇

    盲目選擇點數(shù)多的機型會造成一定浪費。

    要先弄清除控制系統(tǒng)的 I/O 總點數(shù)，再按實際所需總點數(shù)的 15 ～ 20 ％留出備用量（為系統(tǒng)的改造等留有余地）后確定所需 PLC 的點數(shù)。

    另外要注意，一些高密度輸入點的模塊對同時接通的輸入點數(shù)有限制，一般同時接通的輸入點不得超過總輸入點的 60 ％； PLC 每個輸出點的驅動能力（ A/ 點）也是有限的，有的 PLC 其每點輸出電流的大小還隨所加負載電壓的不同而異；一般 PLC 的允許輸出電流隨環(huán)境溫度的升高而有所降低等。在選型時要考慮這些問題。

    PLC 的輸出點可分為共點式、分組式和隔離式幾種接法。隔離式的各組輸出點之間可以采用不同的電壓種類和電壓等級，但這種 PLC 平均每點的價格較高。如果輸出信號之間不需要隔離，則應選擇前兩種輸出方式的 PLC 。

    （ 2 ）對存儲容量的選擇

    對用戶存儲容量只能作粗略的估算。在僅對開關量進行控制的系統(tǒng)中，可以用輸入總點數(shù)乘 10 字 / 點＋輸出總點數(shù)乘 5 字 / 點來估算；計數(shù)器/ 定時器按（ 3 ～ 5 ）字 / 個估算；有運算處理時按（ 5 ～ 10 ）字 / 量估算；在有模擬量輸入 / 輸出的系統(tǒng)中，可以按每輸入 / （或輸出）一路模擬量約需（ 80 ～ 100 ）字左右的存儲容量來估算；有通信處理時按每個接口 200 字以上的數(shù)量粗略估算。后，一般按估算容量的50 ～ 100 ％留有裕量。對缺乏經(jīng)驗的設計者，選擇容量時留有裕量要大些。

    （ 3 ）對 I/O 響應時間的選擇

    PLC 的 I/O 響應時間包括輸入電路延遲、輸出電路延遲和掃描工作方式引起的時間延遲（一般在 2 ～ 3 個掃描周期）等。對開關量控制的系統(tǒng)，PLC 和 I/O 響應時間一般都能滿足實際工程的要求，可不必考慮 I/O 響應問題。但對模擬量控制的系統(tǒng)、特別是閉環(huán)系統(tǒng)就要考慮這個問題。

    （ 4 ）根據(jù)輸出負載的特點選型

    不同的負載對 PLC 的輸出方式有相應的要求。例如，頻繁通斷的感性負載，應選擇晶體管或晶閘管輸出型的，而不應選用繼電器輸出型的。但繼電器輸出型的 PLC 有許多優(yōu)點，如導通壓降小，有隔離作用，價格相對較便宜，承受瞬時過電壓和過電流的能力較強，其負載電壓靈活（可交流、可直流）且電壓等級范圍大等。所以動作不頻繁的交、直流負載可以選擇繼電器輸出型的 PLC 。

    （ 5 ）對在線和離線編程的選擇

    離線編程示指主機和編程器共用一個 CPU ，通過編程器的方式選擇開關來選擇 PLC 的編程、監(jiān)控和運行工作狀態(tài)。編程狀態(tài)時， CPU 只為編程器服務，而不對現(xiàn)場進行控制。編程器編程屬于這種情況。在線編程是指主機和編程器各有一個 CPU ，主機的 CPU 完成對現(xiàn)場的控制，在每一個掃描周期末尾與編程器通信，編程器把修改的程序發(fā)給主機，在下一個掃描周期主機將按新的程序對現(xiàn)場進行控制。計算機輔助編程既能實現(xiàn)離線編程，也能實現(xiàn)在線編程。在線編程需購置計算機，并配置編程軟件。采用哪種編程方法應根據(jù)需要決定。

    （ 6 ）據(jù)是否聯(lián)網(wǎng)通信選型

    若 PLC 控制的系統(tǒng)需要聯(lián)入工廠自動化網(wǎng)絡，則 PLC 需要有通信聯(lián)網(wǎng)功能，即要求 PLC 應具有連接其他 PLC 、上位計算機及 CRT 等的接口。大、中型機都有通信功能，目前大部分小型機也具有通信功能。

    （ 7 ）對 PLC 結構形式的選擇

    在相同功能和相同 I/O 點數(shù)據(jù)的情況下，整體式比模塊式價格低。但模塊式具有功能擴展靈活，維修方便（換模塊），容易判斷故障等優(yōu)點，要按實際需要選擇 PLC 的結構形式。

    2 ．分配輸入 / 輸出點

    一般輸入點和輸入信號、輸出點和輸出控制是一一對應的。

    分配好后，按系統(tǒng)配置的通道與接點號，分配給每一個輸入信號和輸出信號，即進行編號。

    在個別情況下，也有兩個信號用一個輸入點的，那樣就應在接入輸入點前，按邏輯關系接好線（如兩個觸點先串聯(lián)或并聯(lián)），然后再接到輸入點。

    （ 1 ）確定 I/O 通道范圍

    不同型號的 PLC ，其輸入 / 輸出通道的范圍是不一樣的，應根據(jù)所選 PLC 型號，查閱相應的編程手冊，決不可“張冠李戴”。必須參閱有關操作手冊。

    （ 2 ）部輔助繼電器

    內(nèi)部輔助繼電器不對外輸出，不能直接連接外部器件，而是在控制其他繼電器、定時器 / 計數(shù)器時作數(shù)據(jù)存儲或數(shù)據(jù)處理用。

  • 支持速度控制軸和定位軸以及外部編碼器，各軸之間可實現(xiàn)位置 的傳動，凸輪/凸輪軌道和探頭
  • 集成式 I/O，例如，用于直接操作步進電機和模擬軸或直接記錄HTL編碼器。
  • 組態(tài)與編程中的計數(shù)器功能設計與 TM Count 2x24V 模塊兼容。
  • 追蹤功能適用于所有 CPU 標簽，既適用于實時診斷，也適用于偶發(fā)錯誤檢測；還可通過 CPU的網(wǎng)頁服務器進行調用。
  • 全面的控制功能，例如，通過便于組態(tài)的塊可自動優(yōu)化控制參數(shù)實現(xiàn)優(yōu)控制質量。
• 集成安全功能
  • 通過密碼進行知識保護，防止未經(jīng)授權讀取和修改程序塊
  • 通過復制保護，可綁定 SIMATIC 存儲卡的程序塊和序列號：只有在將配置的存儲卡插到 CPU 中時，該程序塊才可運行。
  • 4-級 授權理念：
    與 HMI 設備的通信也會受到限制。
  • 操作保護：
    控制器識別已改變的或未經(jīng)授權的工程組態(tài)數(shù)據(jù)的傳輸
• 設計與操作
  • 顯示概覽信息：
    例如，站名稱，工廠標識符，位置名稱，診斷信息，模塊信息，顯示設置。
  • 顯示屏上的操作員控制選項：
    設置 CPU 或所連接以太網(wǎng)通信處理器的地址、設置日期和時間、選擇 CPU 的操作模式、復位 CPU 至默認設置、禁用/啟用顯示器、激活保護等級，確認消息，備份和恢復項目。
• 集成系統(tǒng)診斷
  • 顯示屏上、TIA 博途中、HMI 設備上以及 Web 服務器上以純文本形式一致顯示系統(tǒng)診斷信息（甚至能顯示來自變頻器的消息），即使 CPU 處于停止模式也會進行更新。
  • 集成在 CPU 的固件中，無須進行特殊組態(tài)。
• SIMATIC 存儲卡(用來運行 CPU)
  • 用作插入式裝載存儲器，或用于更新固件。
  • 還可用于存儲附加文檔或 csv 文件（用于配方和歸檔）
  • 通過用戶程序的系統(tǒng)函數(shù)創(chuàng)建數(shù)據(jù)塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲/讀取
• 數(shù)據(jù)記錄（歸檔）和配方
  • 配方和歸檔以 csv 文件保存在 SIMATIC 存儲卡中；
    便于使用 Office 工具或通過 web 服務器，訪問工廠運行數(shù)據(jù)
  • 通過 Web 瀏覽器或 SD 讀卡器，可方便地訪問機器的組態(tài)數(shù)據(jù)（與控制器之間的雙向數(shù)據(jù)交換）
• 編程
  • 使用 STEP 7 Professional V13 SP 1 UPD 4 或更高版本進行編程
  • 用于從 SIMATIC S7-300/S7-400 移植到 S7-1500 的移植工具；可基本上自動轉換程序代碼。記錄不可轉換的代碼，并可以手動進行調整。
  • 通過復制與粘貼操作，可將 S7-1200 基本程序傳送到 S7-1500