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SIEMENS SIMATIC S7-1500/ET 200MP 自动化系统
时间: 2025-11-26浏览次数：
SIEMENS SIMATIC S7-1500/ET 200MP 自动化系统
SIEMENS SIMATIC S7-1500/ET 200MP 自动化系统
基础框架与核心定位
西门子SIMATIC S7-1500 自动化系统与ET 200MP 分布式 I/O 系统的官方系统手册，发布于 2014 年 12 月（文档编号 A5E03461182-AC），旨在为工业自动化工程师提供从项目规划到设备维护的全流程技术指导，适用于机器制造、过程控制等场景。文档遵循 “总 - 分 - 总” 结构，先概述系统定位与组件，再分模块讲解实施细节，最后补充技术参数与附录，确保信息的连贯性与可操作性。
系统概述与核心组件
1. S7-1500 自动化系统
定位与优势：作为 S7-300/400 的升级产品，主打高性价比与紧凑型设计，支持最多 32 个模块（槽 0-31），集成高速背板总线（提升数据传输效率）、Web 服务器（远程监控）与 Motion Control 功能（驱动控制），符合 IP20 防护等级，需安装于控制柜内。
核心组件：
组件类型 功能描述 关键参数示例
CPU 执行用户程序，提供 PROFINET/PROFIBUS 通信接口 型号 1518-4PN/DP，支持 8 个通信模块
系统电源（PS） 为背板总线供电，诊断功能集成 PS 25W 24V DC、PS 60W 120/230V AC/DC
I/O 模块 数字 / 模拟信号采集与输出，含技术模块（计数、定位） 数字模块 DI 32x24VDC HF，模拟模块 AI 8xU/I
通信模块（CM） 扩展通信接口，支持点对点（RS232/RS485）、PROFINET/Ethernet CM 1542-5（DP 主站 / 从站）
2. ET 200MP 分布式 I/O 系统
定位与优势：scalable 分布式 I/O 解决方案，通过 PROFINET/PROFIBUS 与中央控制器通信，支持高通道密度（25mm 宽模块含 32 通道），适配 S7-1500 I/O 模块，可灵活扩展至 30 个 I/O 模块（PN 接口）或 12 个 I/O 模块（DP 接口）。
核心组件：
组件类型 功能描述 关键参数示例
接口模块（IM） 连接分布式 I/O 与中央控制器，PROFINET 版（IM 155-5 PN ST/HF）或 PROFIBUS 版（IM 155-5 DP ST） IM 155-5 PN HF 支持等时模式（250μs 周期）
I/O 模块 与 S7-1500 通用，支持数字、模拟、技术模块 同 S7-1500 I/O 模块参数
系统电源（PS） 为背板总线供电，需单独配置 同 S7-1500 系统电源
应用规划与硬件配置
1. 硬件配置规则
S7-1500 配置限制：
模块类型 允许槽位 最大数量 备注
负载电源（PM） 槽 0 无限制（STEP 7 仅显 1 个） 不占用背板总线，需外部接线
系统电源（PS） 槽 0、2-31 3 个 用于补充背板总线功率
CPU 槽 1 1 个 必选组件，不可缺少
I/O 模块 2-31 30 个 含数字、模拟、技术模块
通信模块 2-31 4-8 个（依 CPU 型号定） CPU 1511-1PN 支持 4 个，1518-4PN/DP 支持 8 个
ET 200MP 配置限制：
接口类型 允许槽位 最大 I/O 模块数量 备注
PROFINET（IM 155-5 PN） 槽 1 30 个（槽 2-31） 支持系统电源扩展（最多 3 个）
PROFIBUS（IM 155-5 DP） 槽 2 12 个（槽 3-14） 无系统电源扩展功能
2. 电源配置与功率平衡
电源类型区分：
系统电源（PS）：仅为背板总线供电（模块电子元件、LED），需通过 U 连接器接入背板，支持 24/48/60V DC 或 120/230V AC 输入；
负载电源（PM）：为 I/O 模块输入 / 输出回路、传感器 / 执行器供电，无背板总线连接，安装于导轨但不占用槽位，推荐西门子 SIMATIC 系列（PM 70W/190W 120/230V AC）。
功率平衡计算：需确保背板总线 “供给功率≥消耗功率”，STEP 7 会自动校验，若功率不足需添加系统电源。计算逻辑如下：
统计 CPU / 接口模块的背板供电功率（如 CPU 1516-3 PN/DP 提供 14W）；
累加各 I/O 模块的功率消耗（如 DI 32x24VDC HF 消耗 1.1W）；
若总消耗＞供给，需在槽 2-31 添加系统电源（如 PS 25W 补充 25W）。
安装与接线规范
1. 安装流程与要求
导轨安装：使用 TH 35 标准导轨（长度 160/245/482.6/530/830/2000mm），固定螺钉为 M6（扭矩 4Nm），≥530mm 导轨需每 500mm 加固定螺钉；
模块安装顺序：从左至右依次为 “系统电源（可选）→CPU / 接口模块→I/O 模块”，模块通过U 连接器实现机械与电气连接，最后一个模块无需安装 U 连接器；
最小间隙：模块顶部 / 底部需留≥25mm 间隙（散热与操作空间），水平安装运行温度 0-60℃，垂直安装 0-40℃。
2. 接线规则
电源接线：
CPU / 接口模块：通过 4 极插头接入 24V DC（L+、M），导线截面 0.25-2.5mm²（多股无套管）、0.25-1.5mm²（多股有套管），剥线长度 10-11mm；
系统电源 / 负载电源：通过编码式电源插头接线，AC 输入需区分 L1/N，DC 输入区分 L+/M，剥线长度 7-8mm，扭矩 0.5-0.6Nm。
I/O 模块前连接器：
连接器类型 适用模块宽度 接线方式 关键参数
螺钉端子 35mm 工具紧固 支持 2 根导线（总截面≤1.5mm²），扭矩 0.4-0.7Nm
弹簧式端子（push-in） 35mm/25mm 免工具 硬线直接插入，多股线需剥线 8-11mm
模拟模块需额外安装屏蔽支架 + 屏蔽卡箍，确保 EMC 防护（干扰电流通过导轨接地）。
配置与调试流程
1. 软件配置（STEP 7 TIA Portal）
基础配置步骤：
创建项目，添加 S7-1500/ET 200MP 设备；
硬件检测：在线连接 CPU 后，通过 “Hardware detection” 自动读取实际配置，避免手动输入错误；
地址分配：STEP 7 自动分配 I/O 地址（数字模块按位 / 字节，模拟模块按字），支持手动调整，可划分 32 个过程映像分区（PIP），PIP 0 自动更新，PIP 1-31 可绑定 OB 块；
下载配置：需 CPU 处于 STOP 模式，勾选 “Consistent download” 确保数据完整性。
关键配置功能：
配置控制：通过控制数据记录（196 号）实现 “一个主配置适配多个子配置”，支持模块槽位调整或省略，需在启动 OB 中调用 WRREC 指令传输数据；
块保护：为 OB/FC/FB/DB 设置 know-how 保护（密码加密，仅显接口与注释）、拷贝保护（绑定 CPU/SIMATIC 存储卡序列号）。
2. 调试流程
首次上电检查：
确认接线正确（电源、接地、I/O 回路）；
插入SIMATIC 存储卡（必选，支持 24MB-2GB，区分程序卡 / 固件更新卡）；
上电后 CPU 执行自检（LED 全闪→STOP 灯黄亮），若故障需查看诊断缓冲区。
IO 测试：
使用PRONETA 工具（免费）扫描 PROFINET 网络、测试 I/O 接线；
通过 STEP 7“Watch & Force Tables” 监控 / 修改变量，或 CPU 显示屏直接操作（支持强制外设输入 / 输出）。
程序处理与安全防护
1. 程序处理基础
组织块（OB）：按事件触发执行，优先级 1-26（1 最低，26 最高），核心 OB 功能如下：
OB 编号 触发事件 优先级（默认） 功能描述
OB 1 循环程序 1 主循环执行用户程序
OB 10-17 定时中断 2 按设定时间触发（如每 100ms）
OB 40-47 硬件中断 18 由 I/O 模块信号触发（如上升沿）
OB 80 时间错误 22 循环时间超限时触发
OB 121 编程错误 7 程序语法错误时触发
CPU 过载处理：事件队列缓存同优先级事件，超过 “最大队列数” 则丢弃，可通过 “事件阈值” 触发时间错误 OB（如队列数≥1 时调用 OB 80）。
2. 安全防护
访问保护：4 级权限控制，需在 CPU 属性中配置密码：
保护等级 权限描述
完全访问 读写硬件配置与块，无密码要求
只读访问 只读配置 / 块，不可下载，需密码解锁写权限
HMI 访问 仅 HMI 与诊断访问，需密码解锁读写权限
无访问 禁止所有访问，需密码解锁
其他防护：
物理防护：CPU / 接口模块前盖可加锁（ shackle 直径 3mm）或贴封条；
网络防护：禁用未使用的通信接口（如 NTP、PUT/GET），Web 服务器仅允许 HTTPS 访问。
维护与故障诊断
1. 日常维护
模块更换：断电后更换 I/O 模块，需注意编码元件（前连接器首次插入时与模块分离，确保仅适配同类型模块）；
固件更新：支持 3 种方式（在线 STEP 7、SIMATIC 存储卡、Web 服务器），需 CPU 处于 STOP 模式，2GB 卡可更新 CPU 1517/1518 固件；
恢复出厂设置：通过模式选择器（MRES 键）、显示屏或 STEP 7 执行，会清除 IP 地址与用户程序，仅保留 MAC 地址。
2. 故障诊断
诊断缓冲区：记录 CPU / 模块故障（如电源过载、配置不匹配），可通过 STEP 7 或 CPU 显示屏读取；
服务数据读取：故障时通过 Web 服务器、STEP 7 或 SIMATIC 存储卡导出 DUMP.S7S 文件，供西门子技术支持分析；
测试功能：
LED 闪测：触发后 CPU RUN/STOP/ERROR/MAINT 灯闪烁，用于定位设备；
跟踪功能（Trace）：记录变量变化（如驱动参数），支持触发条件设置（如值超阈值）。
技术参数与附录
1. 核心技术参数
环境参数：
参数类型 范围 备注
运行温度 0-60℃（水平）/0-40℃（垂直） 显示屏超温自动关闭
存储温度 -40-80℃ 原包装条件下
相对湿度 10%-95%（无凝露） 符合 IEC 61131-2 3K3 级
振动 / 冲击 5-9Hz（3.5mm 振幅）/250m/s²（6ms） 符合 IEC 60068-2-6/27
EMC 性能：
抗干扰：静电放电 ±8kV（空气）/±6kV（接触），浪涌 ±2kV（电源）/±1kV（信号）；
发射：EN 55016 Class A（工业环境），居民区需额外防护（如接地控制柜）。
2. 附录资源
尺寸图纸：含导轨、屏蔽支架、标签条的详细尺寸（如 35mm 模块屏蔽支架宽 25mm）；
配件清单：核心配件型号（如前连接器 6ES7592-1AM00-0XB0、电位桥 6ES7592-3AA00-0AA0）；
