西门子CPU1510SP-1 PN模块 详细说明

西门子CPU1510SP-1 PN模块
西门子CPU1510SP-1 PN模块

概述

S7-1500自动化系统具有模块化的结构，可包含最多 32个模块。 它拥有丰富的模块，且这些模块
均可以独立地组合使用。S7-1500自动化系统支持单层配置，其中的所有模块均安装在一个安装导
轨上（请参见手册以了解前提条件）。一个系统包含下列组件：控制器：CPU 具有不同性能等级，
并具有集成 PROFINET 接口或 PROFINET和PROFIBUS 接口，用于连接分布式 I/O 或用于编程
设备、操作装置、其它 SIMATIC 控制器或第三方设备间的通信。用于数字量和模拟量输入/输出的
信号模块。工艺模块用于高速计数、位置检测或测量等功能。通信模块和通信处理器可通过通信接
口将控制器进行扩展根据要求，也可使用下列模块：在CPU 向背板总线的输出对于所有连接的模块
来说不够充分的情况下，电源模块 (PS) 通过背板总线为 S7-1500 模块的内部电路供电。用于将 
SIMATICS7-1500连接到120/230VAC电源的负载电源模块 (PM)。接口模块用于连接基于S7-
1500 的分布式 I/O。简单的设计使得 SIMATIC S7-1500 十分灵活，便于维护。集成背板总线集
成的背板总线；背板总线集成在模块上。 模块通过 U 形连接器相连，总线连接器插在外壳的背面。 
可以节省安装时间。 不久将会提供具有“无响应热插拔”功能的有源背板。模块组装在S7-1500 安
装导轨上：具有各种长度，包括切割至定长的型号。 由于具有集成式 DIN 导轨，可以卡装广泛的标
准部件，如附加端子、小型断路器或小型继电器。性能可靠，接线方便：I/O 信号是通过统一的40 
针前连接器来连接的。 信号模块和前连接器之间具有机械编码，可防止因意外的错误插入而对电路
造成破坏。为了对前连接器进行简单接线，可将该连接器置于“预接线位置”。 在此位置上，插头尚
未与模块电路接触。 此位置还可用于在运行过程中进行改动。 用户可借助于前盖内侧的一个印制电
缆连接图进行连接。前连接器作为带螺钉型端子或推入式端子的型号提供。 两个型号都可以连接线
芯截面积为 0.252~ 1.5 mm2（AWG 24 ~ AWG 16）的导线。另外，数字量信号模块可通过 
TOP Connect 进行系统接线。 通过 TOP Connect，可以快速而清晰地连接到现场的传感器和执
行器，并可在控制柜中进行简便接线。对于模拟量模块，可以直接在模块上进行屏蔽；随模块提供
了一个屏蔽连接套件，无需工具即可进行安装。针对 S7-1500 的信号模块提供了标签条。可使用
一台标准激光打印机来打印这些 DIN A4 标签纸上的标签。 可以从 TIA Portal 进行自动打印，而
无需重新输入符号或地址。 通过这些标签条的设计形式，可为通道或诊断显示 1:1 分配标签。 如
果前盖打开，则诊断显示到端子的这种 1:1 分配会保留。可变和可扩展的站配置：信号模块和通信
处理器可以不受限制地以任何方式连接。 系统可自行组态。较大配置包括带有31个模块（30 个
模块 + 1 个电源）的 CPU。 在CPU 向背板总线的输出对于所有连接的模块来说不够充分的情况
下，需要由电源 (PS) 通过背板总线为 S7-

1500 模块的内部电路供电。

SIMATIC S7-1500 的尺寸使其能够顺利安装到 SIMATIC S7-300或ET200M的可用安装空间中。

移动敷设：

SIMATIC S7-1500 及其模块可以垂直和水平安装，从而可以方式安装到可用空间内。

I/O 模块

以下模块类型可用于 SIMATIC S7-1500/ET 200MP：

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 I/O 模块

模拟量输出模块

包括高速 (HS) 模拟量模块，无论通道数如何，基本执行时间都是 62.5 μs

用于计数和定位的工艺模块

用于点到点通信和总线连接的通信模块

不久将可供货 用于面向安全的应用的故障安全模块

提供了各种模块等级，可使用户在其应用中实现扩展。 模块本身通过标签进行相应标记：

BA（基本型）： 简易低成本模块，无诊断功能，没有参数

ST（标准型）： 具有与模块或负载组相关的诊断的模块，如果适用，带有参数；模拟量模块： 
准确度等级 0.3%

HF（高性能型）： 具有与通道相关的诊断和参数设置的模块；对于模拟量模块： 准确度等级 
0.1%，抗扰度和电流隔离程度提高

HS（高速型）：具有极端滤波和转换时间的模块适用于超高速应用；例如 8 通道模拟量模块，
无论的通道数如何，基本执行时间都是 62.5 μs。

I/O 模块的附件：

标签纸：

可插入到 I/O 模块中（10 张 DIN A4 标签纸，每张标签纸带有 10 个标签，预穿孔，可使用
标准激光打印机进行打印；可用颜色： Al 灰）

屏蔽连接：

SIMATIC S7-1500 系统（模拟量模块和工艺模块）提供了一个简易屏蔽连接套件，无需使用
工具即可安装。 此套件包含一个 24 V DC 馈电元件、一个屏蔽

夹和一个通用屏蔽端子。 该屏蔽端子可用于单根细干线电缆、多根细干线电缆或一根粗干线电缆。 
由于对 24 V DC 电源和测量信号进行分离，并且在屏蔽

和信号电缆之间具有低阻抗连接，因此可确保较高的 EMC 稳定性和抗干扰性。

统一的 40 针前连接器

I/O 模块的前门或自组装背板总线的 U 型连接器等其它附件

S7-1500 具有不同的通信接口：

PROFINET IO IRT 接口（2 端换机），集成在 CPU 中；

用于获得确定的响应时间和高设备精度。

用于连接到 PROFIBUS 和工业以太网总线系统的通信模块（不久提供 PROFINET）

用于点到点连接的通讯模块。

CPU 1515 PN 具有一个附加的集成 PROFINET 接口，其具有单独的 IP 地址，例如，用于网络
分离。 对于 CPU 1516-3 PN/DP，可通过该集成 PROFIBUS

接口来连接 PROFIBUS 节点。 通过一个 PROFIBUS CM，可方便地对不带集成PROFIBUS接口
的 CPU 进行扩展。

通过 PROFINET IO 进行过程通信

SIMATIC S7-1500 通过集成的 PROFINET 接口连接到 PROFINET IO 总线系统，可实现具有
确定响应时间和高精度设备性能的分布式自动化配置。

从用户的角度来看，PROFINET IO 上的分布式 I/O 处理与集中式 I/O 处理没有区别（相同的组
态，编址及编程）。

可将下列设备作为 IO 控制器进行连接：

SIMATIC S7-1500

SIMATIC S7-1200

SIMATIC S7-300（使用配备 PROFINET 接口或 PROFINET CP 的 CPU）

SIMATIC S7-400（使用配备 PROFINET 接口或 PROFINET CP 的 CPU）

SIMATIC ET 200（通过带有 PROFINET 接口的 CPU）

以下设备可作为普通设备或智能设备来连接：

SIMATIC S7-1500

SIMATIC S7-1200（FW 4.0 或更高版本）

ET 200S IM151-8 PN/DP CPU, ET 200pro IM154-8 PN/DP CPU

ET 200SP CPU 1510SP-1 PN、CPU 1512SP-1 PN

SIMATIC S7-300（使用配备 PROFINET 接口或 PROFINET CP 的 CPU）

SIMATIC S7-400（使用配备 PROFINET 接口或 PROFINET CP 的 CPU）

ET 200 分布式 I/O 设备

作为直接按键模块运行的人机界面设备

现场设备

PROFIBUS DP 进行过程通信

SIMATICS7-1500通过通信处理器或通过配备集成 PROFIBUSDP接口的CPU连接到PROFIBUS 
DP 总线系统。 通过带有 PROFIBUS DP 接口的 CPU 或

通讯模块,可构建一个高速的分布式自动化系统，并且使得操作大大简化。

从用户的角度来看，PROFIBUS DP 上的分布式I/O处理与集中式I/O处理没有区别（相同的组态，
编址及编程）。

以下设备可作为主站连接：

SIMATIC S7-1500

（通过带 PROFIBUS DP 接口或 PROFIBUS DP 通信模块的 CPU）

SIMATIC S7-300

(使用带 PROFIBUS DP 接口的 CPU 或 PROFIBUS DP CP)

SIMATIC S7-400

(使用带 PROFIBUS DP 接口的 CPU 或 PROFIBUS DP CP)

SIMATIC S5-115U/H、S5-135U 和 S5-155U/H，带IM 308

SIMATIC 505

以下设备可作为普通从站或智能从站来连接：

分布式 I/O 设备，例如 ET 200

现场设备

SIMATIC S7-200、S7-1200、S7-300

C7-633/P DP, C7-633 DP, C7-634/P DP, C7-634 DP, C7-626 DP

SIMATIC S7-400 (只有通过 CP 443-5)

SIMATIC S7-1500（只能通过 CP/CM 1542-5）

不过，安装有 STEP 7 的编程器/PC 或 SIMATIC HMI 面板仅使用部分通过 PROFIBUS DP
运行的 PG 和 OP 功能。

通过以太网的数据通信

S7-1500可通过集成 PROFINET接口或通过通信模块连接到工业以太网总线系统。 可以连接以下设备：

SIMATIC S7-1200

SIMATIC S7-1500

SIMATIC S7-300

SIMATIC S7-400

SIMATIC S5-115U/H、S5-135U 和 S5-155U/H

编程器

PC、工业 PC

SIMATIC HMI 操作员控制和监视系统

数控

机器人控制

驱动控制器

其它厂商设备

支持的协议：

TCP/IP

ISO-on-TCP (RFC1006)

UDP

SNMP

DCP

LLDP

HTTP

HTTPS

MODBUS TCP

工业以太网通信处理器 CP 1543-1 提供了以下附加功能：

1 Gbit 接口

支持 IPv6

安全性： 通过硬件识别、IP/MAC 访问列表、防火墙、 隧道进行访问保护

通过 ISO 协议与 S5 系统通信

FTP（客户端/服务器）、电子邮件、SNMPv1/v3

通过 PROFIBUS 的数据通信

SIMATIC S7-1500通过通信处理器或通过配备集成 PROFIBUSDP接口的CPU可连接到
PROFIBUS DP 总线系统。可以连接以下设备：

SIMATIC S7-1200

SIMATIC S7-1500

SIMATIC S7-300

SIMATIC S7-400

SIMATIC S5-115U/H、S5-135U ? S5-155U/H

编程器

PC、工业 PC

SIMATIC HMI 操作员控制和监视系统

数控

机器人控制

驱动控制器

其它厂商设备

通过点到点通信模块进行数据通信

通过点到点通信模块，可实现功能强大的点到点连接。 例如，可以连接以下设备：

SIMATIC S7、SIMATIC S5 自动化系统和其他公司的系统

扫描仪、条形码阅读器、识别系统

机器人控制

打印机

支持的协议：

Freeport： 适用于通用通信的用户可设置报文格式

3964(R) 可提高传输可靠性

Modbus RTU 主站

Modbus RTU 从站

USS，通过指令实现

接口性质：

RS 232 带辅助信号

RS 422 用于全双工连接

RS 485 用于半双工和多点连接

传输速率为 300 - 115 200 bit/s

通过 Sub D 连接器进行连接

Functions

提供有大量功能，支持用户的 S7-1500 编程、调试和维护等工作。性能指令处理速度更快, 
取决于 CPU 型号、语言扩展和新的数据类型代码生成得到优化，响应时间显著缩短

集成技术

通过标准 PLCopen 运动控制块，简便、快速地对运动序列进行编程

方便的诊断和调试工具提供了驱动器调试支持

向组态系统和人机界面自动发送报警消息：简化的故障排除步骤节省了调试时的时间与工作量。

等时同步模式

将分布式信号采集、信号传输和程序执行与具有恒定总线循环时间的 PROFIBUS 和 PROFINET 
的循环进行同步耦合：

采集输入信号并进行处理，按固定时间间隔（恒定总线循环时间）将输出信号输出。同时创建了前后
一致的部分过程图像。

由于分布式 I/O 以恒定总线循环时间进行同步信号处理，可实现准确可重现的确定过程响应时间

在分布式自动化解决方案中，SIMATIC S7-1500

还可执行高速处理操作，并可取得极高的精度和重现性。这意味着可以以稳定的优质产品不断地扩大
生产数量。

提供了用于完成运动控制、测量值采集、高速控

制等复杂任务的组件。

集成安全功能

通过密码进行知识保护，防止未经授权而读取和修改程序块（与 STEP 7 相结合）

通过复制保护

来提高保护程度，防止未经授权而复制程序块：通过复制保护，可将 SIMATIC 存储卡上的程序块
与其序列号绑定，以便只有在将配置的存储卡插到 CPU 中时，

该程序块才可运行。-级授权理念：

可向用户组分配不同访问权限。通过新的保护级别 4，还可以限制与 HMI 设备之间的通信。由于操
作保护得到改进，控制器可以检测到组态数据的更改或未经允

许的传输。设计与操作

带集成显示屏的 CPU：

可方便地分析集中和分布式模块的状态，或不使用编程设备而设置或更改 IP 地址。系统诊断信息和
用户报警在显示屏上以普通文本形式显示，有助于快速有效地响应

产生的错误消息。菜单和消息文本在显示屏上可以多种语言显示。

集成式系统诊断

系统诊断信息在显示屏上以纯文本格式持续显示，TIA Portal，HMI 设备和 web 服务器，包括驱
动器中的消息，在CPU停止运行的状态下均有可能。此功能是作为一

个系统功能集成在 CPU 固件中，无需由用户单独组态。若配置了新硬件组件，则会自动更新诊断信
息。通过质量信息，直接在用户程序中进行简单快速

的诊断：通过模块的质量信息 (QI)，可直接在决条件是可在 TIA Portal 中对模块进行诊断，并对
质量信息进行组态。通过 SIMATIC STEP 7 Professional V12 组

态软件进行组态SIMATIC S7-1500 控制器系列可在 Totally Integrated Automation Portal 
平台中使用 STEP 7 Professional V12 或更高版本来编程。 SIMATIC STEP 7

Professional V12 是 SIMATIC S7-1500 的直观组态系统。

兼容性

移植：

与 SIMATIC STEP 7 Professional V12 集成的一个移植工具可帮助从 S7-300/S7-400 切换到 
S7-1500 控制器，并自动转换程序代码。无法自动转换的程序代码将会记

录下来，并可以手动进行调整。客户支持页面的下载区域中还以独立工具的形式提供了该移植工具。 
STEP 7 V11 项目可在兼容模式下继续和 STEP 7 V12 组合使用 。

S7-1200 程序也可以通过复制/粘贴手段转移至 S7-1500

SIMATIC 存储卡（运行 CPU 所需）

SIMATIC 存储卡用作插入式装载存储器，或用于更新固件。 STEP 7 项目（包括注释和符号、附加
文件或 csv 文件（用于配方和归档））也可存储在 SIMATIC 存储

卡上。可通过用户程序和 SIMATIC 存储卡上的系统函数来创建数据块，并存储或读取数据。

Safety Integrated（S7-1500F 控制器的功能选项）

“STEP 7 Safety Advanced”选件包；用于对 S7-1500F 控制器的安全相关程序部分进行编程。

选件包中包括所有用来创建 F 程序的所有功能和块。

STEP 7 Safety Advanced V12 可在 SIMATIC STEP 7 Professional V12 SP1 下运行。

SIMATIC S7-1500 符合以下国内和国际标准：

cULus 认证

cULus HAZ-LOC 认证

FM 认证

ATEX 认证仅限于 24 V，不适用于 230 V

CE

C-TICK

KCC

IECEx，仅限 24 V；不适用于 230 V

EN 61000-6-4

EN 60068-2-1/ -2/ -6/ -14/ -27/ -30/ -32

 1、电源干扰的抑制

　　一般通过设置屏蔽电缆和PLC局部屏蔽及高压泄放元件进行保护。选用隔离性能较好的设备、选用优良的电源、动力线和信号线走线要更加合理等等，对电源变压器、中央处理器、编程器等主要部件，采用导电、导磁性良好的材料进行屏蔽处理，以防止外界干扰信号的影响。电源调整与保护:电源波动造成电压畸变或毛刺，将对PLC及I/O模块产生不良影响。对微处理器核心部件所需要的＋5V电源采用多级滤波处理，并用集成电压调整器进行调整，以适应交流电网的波动和过电压、欠电压的影响。尽量时电源线平行走线，时电源线对地呈低阻抗，以减少电源噪声干扰。其屏蔽层接地方式不同，对干扰抑制效果不一样，一般次级线圈不能接地。输入、输出线应用双绞线且屏蔽层应可靠接地，以抑制共摸干扰。此外可以安装一台带屏蔽层的变比为1：1的隔离变压器，以减少设备与地之间的干扰，还可以在电源输入端串接LC滤波电路等。

　　2 、信号线引入的防干扰措施

　　动力线、控制线以及PLC的电源线和I/O线应分别配线，隔离变压器与PLC和I/O之间应采用双绞线连接。将PLC的I/O线和大功率线分开走线，如必须在同一线槽内，分开捆扎交流线、直流线，若条件允许，分槽走线最好，这不仅能使其有尽可能大的空间距离，并能将干扰降到最低限度。此外利用信号隔离器解决干扰问题也是很理想的办法，其原理是首先将PLC接收的信号，通过半导体器件调制变换，然后通过光感或磁感器件进行隔离转换，然后再进行解调变换回隔离前原信号或不同信号，同时对隔离后信号的供电电源进行隔离处理。保证变换后的信号、电源、地之间绝对独立。只要在有干扰的地方，输入端和输出端中间加上这种隔离器，就可有效解决干扰问题。

　　3 、正确选择接地点，完善接地系统

　　良好的接地是保证PLC可靠工作的重要条件，可以避免偶然发生的电压冲击危害。接地的目的通常有两个，其一为了安全，其二是为了抑制干扰。完善的接地系统是PLC控制系统抗电磁干扰的重要措施之一。在PLC控制系统中，具有多种形式的“接地”，主要有：
（1）信号地。输入端信号元件的地；
（2）交流地。交流供电电源的N线；
（3）屏蔽地。为防止静电和磁场感应而设置的外壳或金属丝网，通过专门的铜导线?其接入地下；
（4）保护地。将机器设备的外壳或设备内独立器件的外壳接地，用于保护人身安全和防止设备漏电。
为了抑制附加在电源及输入、输出端的干扰，应对PLC系统进行良好的接地。一般情况下，接地方式与信号频率有关，当频率低于1MHz时，可用一点接地；高于10MHz时，采用多点接地；在1～10MH之间时，通常情况下，PLC控制系统采用一点接地，将所有地线端子和最近接地点相连接，以获得最好的抗干扰能力。接地线截面积不能小于2mm2，接地电阻不能大于100Ω，接地线使用专用地线。