Обзор контроллеров SIMATIC S7-1500. Часть 2. Модули расширения и программное обеспечение.

Краткая характеристика

• Расширение системы локального ввода-вывода контроллера дополнительными каналами ввода и вывода дискретных и аналоговых сигналов
• Компактные пластиковые корпуса со степенью защиты IP20 шириной 25 или 35 мм
• Наличие модулей для стандартных систем автоматизации, а также для систем обеспечения безопасности
• Подключение к внутренней шине с помощью входящих в комплект поставки U-образных шинных соединителей
• Подключение внешних цепей через съемные 40-полюсные фронтальные соединители
• Механическое кодирование фронтальных соединителей
• Защита токоведущих частей откидными пластиковыми крышками
• Светодиодная индикация состояний модуля и его каналов ввода-вывода
• Поддержка функций обновления встроенного программного обеспечения

Классы сигнальных модулей

Существует 4 класса модулей BA, ST, HF и HS.

• Модули класса BA (Basic) - простые и недорогие модули без диагностики.
• Модули класса ST (Standard) - поддерживают диагностические функции на уровне модуля или группы каналов. Точность для аналоговых модулей равна 0.3 %.
• Модули класса HF (High Feature) - поддерживают диагностические функции на уровне каждого канала. Точность для аналоговых модулей равна 0.1 %.
• Модули класса HS (High Speed) - имеют малое время фильтрации сигналов и поддерживают высокоскоростное преобразование. Например, аналоговые модули обеспечивают время преобразования 125 мкс на 8 каналов.

Важно: все сигнальные модули имеют возможность обновления встроенного ПО. В зависимости от версии встроенного ПО функциональные возможности модулей с одним и тем же заказным номером может быть разным.

Модули цифровых входов/выходов

Модули SM 521 цифровые входы

DI 16x 24VDC BA/HF
DI 16x 230VAC BA
DI 16x 24…125VUC HF
DI 32x 24VDC BA/HF

Модули SM 522 цифровые выходы

DQ 8x 24VDC/2.0A HF
DQ 8x 230VAC/2.0A ST
RQ 8x 230VAC/5.0A NO ST
DQ 16x 24VDC/0.5A BA/HF
DQ 16x 230VAC/1.0A ST
RQ 16x 230VAC/2.0A NO ST
DQ 32x 24VDC/0.5A BA/HF

• Настраиваемое время фильтрации входных сигналов
• Поддержка формирования аппаратных прерываний по переднему и заднему или обоим фронтам входного сигнала (HF)
• Изменение параметров во время работы (HF)
• Контроль обрыва цепей подключения датчиков (HF)
• Контроль напряжения питания датчиков (HF)
• Поддержка скоростного счета на уровне двух каналов (HF)
• Сохранение последних состояний входных сигналов в отказавших модулях
• Настраиваемая реакция на остановку центрального процессора с возможностью выбора сброса всех выходов, сохранения текущих состояний выходов или перевода выходов в заданные состояния
• Защита выходов от коротких замыканий в некоторых типах модулей
• Изменение параметров настройки во время работы в некоторых типах модулей

Модули аналоговых входов/выходов

Модули SM 531 аналоговых входов

AI 4x U/I/RTD/TC, 16 бит, ST
AI 8x U/I/RTD/TC, 16 бит, ST
AI 8x U/RTD/TC, 16 бит, HF, ГОСТ-совместимый
AI 8x U/I, 16 бит, HS/HF

Модули SM 532 аналоговых выходов

AQ 2x U/I, 16 бит, ST
AQ 4x U/I, 16 бит, ST/HF
AQ 8x U/I, 16 бит, HS

• Выбор диапазона измерений на уровне каждого канала
• Настраиваемые режимы сглаживания входных сигналов
• Мониторинг до четырех пороговых значений сигналов на каждый канал
• Калибровка во время работы
• Изменение параметров настройки во время работы
• Мониторинг коротких замыканий и обрывов цепей подключения датчиков (зависит от типа модуля и диапазона измерений)
• Настраиваемая реакция на остановку центрального процессора
• Мониторинг коротких замыканий в выходных каналах напряжения
• Мониторинг обрыва цепей подключения исполнительных устройств в выходных каналах 4-20 мА
• Мониторинг напряжения питания исполнительных устройств
• Калибровка во время работы
• Изменение параметров настройки во время работы

Комбинированные модули входов/выходов

SM 523 и SM 534

Модуль SM 523

DI 16x 24VDC + DQ 16x 24VDC/0.5A, BA

Поддержка функций модулей ввода и вывода дискретных сигналов класса BA

Модули SM 534

AI 4x U/I/RTD/TC, 16 бит + AQ 2x U/I, 16 бит, ST

Поддержка функций модулей ввода и вывода аналоговых сигналов класса ST

F-модули цифровых входов/выходов

Модули SM 526

Модули SM 526

F-DI 16x 24VDC
F-DQ 8x 24VDC/2.0A, PPM

• Построение систем обеспечения безопасности, отвечающих требованиям уровня безопасности до SIL3 по стандарту IEC 61508 и уровня производительности до PLe по стандарту DIN ISO 13849
• 1- или 2-канальное подключение датчиков с обработкой сигналов по принципу 1оо1 или 1оо2
• Двойной разрыв шины питания нагрузки Р (РР) или одновременный разрыв шин питания Р и М (РМ)
• Поддержка профиля PROFIsafe в сетях PROFINET IO и PROFIBUS DP

Сигнальные модули в системах распределенного ввода-вывода

• Поддержка доступа к различным группам модулей общих приборов ввода-вывода со стороны до четырех контроллеров PROFINET IO
• Поддержка доступа к общим каналам ввода (MSI) и вывода (MSQ) модулей со стороны до четырех контроллеров PROFINET IO:
  - в модулях цифровых входов/выходов на уровне групп каналов ввода или вывода
  - в модулях аналоговых входов/выходов на уровне отдельных каналов ввода или вывода

Технологические модули

Модуль TM Count 2x 24V (2-х канальный счетчик)

TM Count 2x 24V

• Решение задач скоростного счета или измерения частоты (0.04 Гц … 800 кГц)/ периода следования импульсов (1.25 мкс … 25 с) или частоты вращения
• Измерение пройденного пути с помощью телеграмм Motion Control
• Два реверсивных счетных канала с разрешением ±31 бит для работы с 24 В 200 кГц инкрементальными датчиками
• 3x DI + 2x DQ на каждый канал
• Два встроенных компаратора на каждый канал с настраиваемым гистерезисом
• Программная или аппаратная установка границ счета
• Настраиваемая задержка распространения входных дискретных сигналов
• Диагностические и аппаратные прерывания на уровне каждого канала

Модуль TM PosInput 2 (2х-канальный модуль подключения датчиков положения)

TM PosInput 2

• 2-канальный модуль подключения инкрементальных, импульсных или синхронно-последовательных датчиков позиционирования с частотой следования сигналов до 1 МГц
• Скоростной реверсивный счет (±231), измерение частоты (0.04 Гц … 4 Мгц) или периода (0.25 мкс … 25 с) следования импульсов
• Два цифровых входа и два цифровых выхода на каждый канал
• Два встроенных компаратора на каждый канала с настраиваемым гистерезисом
• Программная или аппаратная установка границ счета
• Настраиваемая задержка распространения входных сигналов
• Диагностические и аппаратные прерывания на уровне каждого канала
• Мониторинг напряжения питания, коротких замыканий и обрывов во внешних цепях

Модуль TM Timer DIDQ 16x 24V

• 16 встроенных цифровых каналов на одну из 4 возможных конфигураций
• Использование входов в режиме потенциальных, импульсных или счетных каналов с настраиваемым временем фильтрации входных сигналов
• Использование выходов для вывода потенциальных или импульсных сигналов с поддержкой широтно-импульсной модуляции
• Выборка входных и вывод выходных сигналов с запасом по частоте дискретизации
• Присвоение отметок времени входным сигналам с разрешением в 1 мкс
• До 8 скоростных счетчиков с опорной частотой 200 кГц
• Формирование импульсных выходных сигналов с частотой до 100 кГц
• Поддержка изохронного режима

Модули SIWAREX WP521 ST/ WP522 ST (весоизмерение)

SIWAREX WP521 ST/ WP522 ST

• 1- (WP521) и 2-канальный (WP522) модуль взвешивания
• Три дискретных входа и четыре дискретных выхода на каждый измерительный канал
• Встроенный интерфейс RS485/ Modbus RTU на каждый измерительный канал
• Встроенный интерфейс Ethernet на модуль с поддержкой протоколов SIWATOOL и Modbus TCP/IP
• Настройка параметров с помощью программного обеспечения SIWATOOL
• Выполнение измерений с частотой до 120 Гц с учетом или без учета веса тары
• Измерение веса с точностью 0.05 %
• Автоматическая тарировка весов без использования эталонных грузов
• Мониторинг граничных значений веса и целостности цепей подключения весовых ячеек
• Замена модулей без повторной калибровки весов

SIMATIC S7-1500 TM NPU (нейропроцессорный модуль)

• Модуль может быть установлен на SIMATIC S7-1500 CPU или
  на периферийную станцию ET200MP
• Ввод данных в нейропроцессорный модуль осуществляется через USB / ETHERNET порты, так же возможен ввод данных непосредственно из CPU по шине Backplane
• Модуль работает с заранее подготовленной нейронной сетью

Ссылка на обзор применения искусственного интеллекта SIMATIC AI в конце статьи

Коммуникационные модули

• Поддержка коммуникационного обмена данными и обслуживание систем распределенного ввода-вывода
• Снижение нагрузки центрального процессора за счет автономного обслуживания коммуникационных задач коммуникационными процессорами
• До 8 коммуникационных модулей Ethernet, PROFINET и PROFIBUS на контроллер
• Конфигурирование сетей с помощью STEP 7 Professional (TIA Portal)
• Большое количество коммуникационных интерфейсов контроллера
• Поддержка распространённых коммуникационных стандартов

Коммуникационный процессор CP 1543-1

CP 1543-1

• Подключение S7-1500 к сети Industrial Ethernet, 1x RJ45, 10/100/1000 Мбит/с, до 118 коммуникационных соединений
• До 8 модулей на контроллер (зависит от типа CPU)
• Поддержка PG-, OP- и S7 функций связи, а также открытого обмена данными через IE (SEND/RECEIVE, FETCH/WRITE)
• Встроенный Firewall с инспекцией пакетов данных уровня 3 и 4
• FTP/FTPS клиент или сервер
• Веб-сервер с поддержкой протоколов HTTP/ HTTPS
• Обмен данными через VPN
• Список разрешенных IP/MAC адресов
• IPv6, e-mail на основе SMTP/ESMTP
• SNMP V1/V3, NTP V3

Коммуникационный модуль CM 1542-1

CM 1542-1

• Подключение S7-1500 к сети PROFINET IO в режиме контроллера ввода-вывода
• Встроенный 2-канальный коммутатор с поддержкой режимов RT/IRT, 2x RJ45, 10/ 100 Мбит/с
• До 8 модулей на контроллер (зависит от типа CPU)
• Поддержка до 128 приборов ввода-вывода с обменом данными в режиме RT
• Поддержка до 64 приборов ввода-вывода с обменом данными в режиме IRT
• Поддержка PG-, OP- и S7 функций связи
• Рассылка e-mail

Коммуникационный процессор CP 1542-5

CP 1542-5

• Подключение S7-1500 к сети PROFIBUS DP (RS485) со скоростью обмена данными до 12 Мбит/с
• Поддержка функций ведущего или ведомого DP устройства
• Поддержка протокола PROFIBUS DP, PG-, OP- и S7 функций связи
• S7 маршрутизация и маршрутизация параметров настройки
• Поддержка изохронного режима
• Изменение параметров настройки во время работы
• Синхронизация времени через PROFIBUS
• Веб диагностика
• В режиме ведущего DP устройства: - адресное пространство ввода-вывода до - 2 кбайт - до 32 ведомых DP устройств
• До 16 конфигурируемых S7 соединений

Коммуникационный модуль CM 1542-5

CM 1542-5

• Подключение S7-1500 к сети PROFIBUS DP (RS485) со скоростью обмена данными до 12 Мбит/с
• Поддержка функций ведущего или ведомого DP устройства
• Поддержка протокола PROFIBUS DP, PG-, OP- и S7 функций связи
• S7 маршрутизация и маршрутизация параметров настройки
• Поддержка изохронного режима
• Изменение параметров настройки во время работы
• Синхронизация времени через PROFIBUS
• Веб диагностика
• В режиме ведущего DP устройства: - адресное пространство ввода-вывода до - 8 кбайт - до 125 ведомых DP устройств
• До 40 конфигурируемых S7 соединений

Коммуникационные модули CM PtP RS232

CM PtP RS232

CM PtP RS232 HF

• Встроенный интерфейс RS232C
• Скорость обмена данными до 115.2 кбит/с
• Размер телеграмм до 4 кбайт
• Емкость буфера 8 кбайт

CM PtP RS232 BA

Встроенный интерфейс RS232C

Скорость обмена данными до 19.2 кбит/с

Размер телеграмм до 1 кбайт

Емкость буфера 2 кбайт

Поддерживаемые протоколы

• Свободно конфигурируемый порт (ASCII) с настраиваемым форматом телеграмм
• 3964(R) для обмена данными с оборудованием SIEMENS и оборудованием других производителей
• Дополнительно в модулях CM PtP RS232 HF:
  - Modbus RTU Master с подключением одного ведомого устройства
  - Modbus RTU Slave
  - USS с подключением одного привода

Коммуникационные модули CM PtP RS422/RS485

CM PtP RS422/RS485

CM PtP RS422/RS485 HF

• Встроенный интерфейс RS422/RS485
• Скорость обмена данными до 115.2 кбит/с
• Размер телеграмм до 4 кбайт
• Емкость буфера 8 кбайт

CM PtP RS422/RS485 BA

• Встроенный интерфейс RS422/RS485
• Скорость обмена данными до 19.2 кбит/с
• Размер телеграмм до 1 кбайт
• Емкость буфера 2 кбайт

Поддерживаемые протоколы

• Свободно конфигурируемый порт (ASCII) с настраиваемым форматом телеграмм
• 3964(R) для обмена данными с оборудованием SIEMENS и оборудованием других производителей Дополнительно в модулях CM PtP RS422/RS485 HF :
  - Modbus RTU Master с подключением до 30 ведомых устройств (для RS485)
  - Modbus RTU Slave
  - USS с подключением до 16 приводов

Коммуникационный модуль TIM 1531 IRC

• Интеграция контроллеров S7-1500 в системы телеуправления SINAUT ST7
• Использование в режиме коммуникационного модуля S7-1500 или в качестве автономного прибора
• Три встроенных интерфейса Ethernet/ RJ45 для подключения к IP LAN или IP WAN сетям
• Встроенный интерфейс RS232/RS485 для подключения к традиционным WAN
• Встроенная буферная память для сохранения до 100000 телеграмм с отметками даты и времени на время перебоев в работе системы связи
• Сохранение данных в SIMATIC Memory Card при перебоях в питании модуля
• Работа в режимах станции, узловой станции или узлового терминала
• Встроенный веб-сервер

Коммуникационное программное обеспечение.
Библиотека SIPLUS RIC для S7-1500

• Библиотека программных блоков для использования S7-1500 в качестве удаленных терминалов (RTU) систем телеуправления
• Поддержка телекоммуникационных протоколов IEC 60870- 5-101/-103/-104
• Одновременная поддержка двух различных протоколов
• Поддержка обмена данными в глобальных TCP/IP сетях на основе протокола IEC 60870-5-104 через встроенный интерфейс PROFINET центральных процессоров
• Поддержка обмена данными в классических WAN на основе протоколов IEC 60870-5-101/-103 через коммуникационные модули CM PtP S7-1500
• Поставка на SIMATIC Memory Card с привязкой библиотеки к номеру карты памяти

Коммутаторы Industrial Ethernet семейства SCALANCE

Модульные управляемые коммутаторы Industrial Ethernet уровня 3 семейства SCALANCE XM400:

• Три типа коммутаторов и три типа модулей расширения
• До 24 коммуникационных портов на коммутатор и модули расширения
• Электрические и оптические порты 100/1000 Мбит/с

Моноблочные управляемые коммутаторы Industrial Ethernet серии SCALANCE XC200:

• Модули с встроенными электрическими или электрическими и оптическими портами
• До 24 электрических портов RJ45 на модуль

Моноблочные неуправляемые коммутаторы Industrial Ethernet серии SCALANCE XC100:

• Модули с встроенными электрическими или электрическими и оптическими портами
• До 24 электрических портов RJ45 на модуль

IWLAN семейства SCALANCE

Модульные IWLAN семейства SCALANCE W700:

• IEEE802.11 a/b/g/h/n, 2.4/5 ГГц, до 300 Мбит/с в IWLAN, до 100 Мбит/с в LAN

Модуль IWLAN клиента SCALANCE W734-1 RJ45:

• Один радио интерфейс
• 2x R-SMA для подключения антенн, 2x RJ45 с встроенным коммутатором и питанием через Ethernet (PoE), обмен данными в режиме RT (c Key-Plug), подключение к IWLAN до 8 приборов

IWLAN точка доступа SCALANCE W77-1 RJ45:

• Один радио интерфейс
• 2x R-SMA для подключения антенн, 2x RJ45 с встроенным коммутатором и питанием через Ethernet (PoE), обмен данными в режиме RT (c Key-Plug), подключение к IWLAN до 8 приборов

Компоненты систем промышленной удаленной связи, VPN, Firewall, NAT

Компоненты систем промышленной удаленной связи, VPN, Firewall, NAT, 1x DI + 1x DQ:

• ADSL роутер SCALANCE M812-1: 1x RJ45, ADSL 2T, ANNEX A
• ADSL роутер SCALANCE M816-1: 4x RJ45 с встроенным коммутатором, ADSL 2T, ANNEX A
• SHDSL роутер SCALANCE M826-2: обмен данными через 2- и 4-проводные каналы связи, поддержка множества SHDSL топологий, 4x RJ45 с встроенным коммутатором
• 2.5 ГГц роутер SCALANCE M874-2: для 2.5 ГГц беспроводных систем связи, 2x RJ45 с встроенным коммутатором
• 3G роутер SCALANCE M874-3: для 3G систем беспроводной связи, HSPA+, 2x RJ45 с встроенным коммутатором
• 3G роутер SCALANCE M876-3: для 3G систем беспроводной связи, HSPA+/EV-DO, 4x RJ45 с встроенным коммутатором

Блоки питания

Блоки питания нагрузки PM 1507

• Преобразование входного напряжения ~120/ 230 В в выходное напряжение =24 В
• Питание центральных процессоров, интерфейсных и коммуникационных модулей, а также внешних цепей технологических и сигнальных модулей
• Отсутствие интерфейса подключения к внутренней шине контроллера S7-1500/ станции ET 200MP
• Отсутствие диагностических функций
• Без конфигурирования в среде STEP 7
• Два типоразмера с выходной мощностью 70 и 190 Вт
• Включение на параллельную работу до двух блоков питания для увеличения выходной мощности

Системные блоки питания PS 1505 и PS 1507

• Преобразование входного напряжения в выходное напряжение, подаваемое на внутреннюю шину контроллера S7-1500/ станции ET 200MP для питания внутренней электроники модулей
• Наличие интерфейса подключения к внутренней шине контроллера S7-1500/ станции ET 200MP
• Поддержка диагностических функций
• Модификации:
  - PS 1505 60W 24/48/60V DC HF с входным напряжением =24/48/60 В и временем буферирования, достаточным для сохранения всех данных;
  - PS 1505 25W c входным напряжением =24 В;
  - PS 1507 60W с входным напряжением 120/ 230 В

• До трех системных блоков питания на контроллер S7-1500/ станцию ET 200MP
• Установка:
  - одного системного блок питания в слот 0 слева от центрального процессора/ интерфейсного модуля;
  - до двух системных блоков в слоты справа от центрального процессора/ интерфейсного модуля
• Формирование до трех сегментов питания внутренней электроники модулей контроллера S7-1500/ станции ET 200MP
• Адаптация контроллера S7-1500/ станции ET 200MP к различным уровням внешнего напряжения питания постоянного или переменного тока
• Различные варианты подключения внешних цепей питания к системным блокам питания сегмента 1

Подробнее о блоках и системах питания SITOP в конце статьи

Расчет потребляемой мощности электроникой модулей

TIA Portal и TIA Selection Tool позволяют выполнять проверку потребляемой модулями мощности через внутреннюю шину контроллера S7-1500/ станции ET 200 MP

SIMATIC STEP 7 Professional (TIA Portal)

• Разработка проектов автоматизации на базе программируемых контроллеров SIMATIC S7-1200/ S7-1500/ S7-300/ S7-400 и панелей операторов SIMATIC Basic Panel в среде TIA Portal
• STEP 7 Professional:
  - Программирование контроллеров на языках LAD, FBD, - STL, SCL и GRAPH
  - Конфигурирование аппаратуры и промышленных сетей
  - Выполнение диагностики, ввод в эксплуатацию,
  - локального или удаленного обслуживания системы - Отладка программ с помощью S7-PLCSIM
• WinCC Basic:
  - Разработка проектов панелей операторов SIMATIC Basic Panel
  - Входит в комплект поставки STEP 7 Professional

TeleService

• Составная часть программного обеспечения STEP 7 Professional (TIA Portal) для удаленного обслуживания систем автоматизации SIMATIC:
  - не требует наличия необходимого ПО и программатора на предприятии
  - не требует постоянного присутствия обслуживающего персонала на предприятии
  - исключает затраты на командировочные расходы
• Требует наличия на стороне предприятия дополнительной аппаратуры в виде:
  - модулей TS Adapter IE Advanced или TS Adapter IE Basic + TS модуль соответствующего типа
  - TS модули включают в свой состав модем аналоговой телефонной линии, ISDN модем, GSM модем и модуль подключения внешнего модема через интерфейс RS232