Центральные процессоры Siemens

Центральный процессор (CPU — Central Processing Unit) семейства SIMATIC S7-1500 компании Siemens является ядром программируемого логического контроллера (ПЛК) этой серии. CPU отвечает за выполнение прикладной логики, управление периферией, связь с модулями ввода-вывода и обмен данными с сетью автоматизации.  Ключевыми характеристиками CPU S7-1500 являются высокая скорость обработки, встроенные интерфейсы PROFINET, модульность и расширяемость, а также развитые функции диагностики.

Функции:

• выполнение программ пользователя: циклы чтения входов → выполнение логики → запись выходов;

• управление подключенными сигнальными и функ­циональными модулями (SM, TM) через внутреннюю шину;
• коммуникация с сетью автоматизации: PROFINET, PROFIBUS (в моделях с «/DP»), Industrial Ethernet;
• диагностика системы, аварийные сигналы, Web-сервер, защита данных и ноу-хау проекта.

Конструкция

CPU S7-1500 выполнены в модульном дизайне: монтаж на профильную DIN-рейку, ширина корпуса зависит от модели, фронтальная панель с дисплеем (у некоторых моделей), встроенный двухпортовый коммутатор для PROFINET.
На уровне аппаратной архитектуры — процессорный блок, память программ и данных, интерфейсы связи (Ethernet/PROFINET, PROFIBUS), встроенный web-сервер и система диагностики. Модульные исполнения позволяют до 32 модулей расширения на одну станцию S7-1500.

Принцип работы

1.  CPU получает питание через блок питания контроллера.

2.  При запуске считывается инициализация системы и проверка целостности.

3.  Цикл управления реализуется по схеме: «чтение входов → выполнение логики → запись выходов».

4.  В рамках цикла также выполняется обмен данных с модулями ввода-вывода, обработка коммуникации, диагностика.

5.  CPU ведет журналы ошибок, состояние системы отображается через Web-интерфейс или панель.

6.  При подключении коммуникационных модулей возможно расширенное взаимодействие с сетями и устройствами.
Пример: CPU 1516-3 PN/DP может работать как мастер PROFIBUS DP, а также обслуживать до 256 I/O-устройств.

Особенности

• высокая гибкость: широкая линейка CPU с разной производительностью и памятью;

• быстрое выполнение операций: времени отклика порядка десятков наносекунд;
• встроенный двухпортовый коммутатор для PROFINET снижает необходимость внешнего оборудования;
• поддержка защиты интеллектуальной собственности (например, привязка программ к CPU), многоуровневая авторизация;
• возможность работы в тяжелых условиях (SIPLUS-исполнения) с расширенным диапазоном температур и влиянием внешних факторов.

Модели процессоров SIMATIC и их характеристики

Назначение: базовая модель семейства S7-1500, предназначена для стандартных задач автоматизации средней сложности (автоматика машин, линии, распределенный ввод-вывод).

Конструкция / Характеристики: пример: 6ES7511-1AK02-0AB0 — память программы ~150 кБ, памяти данных ~1 МБ, интерфейс: 1× PROFINET IRT с 2-портовым коммутатором, время обработки битовой операции ~60 нс.

Принцип действия и особенности: при монтаже на DIN-рейке станция получает питание, CPU подключается к сети PROFINET и локальным модулям; подходит для систем с локальным и распределенным I/O, позволяет экономичное решение без избыточной производительности.

CPU 1513-1 PN

Назначение: средний уровень производительности в линейке S7-1500, рассчитан на более сложные задачи, больше память, расширенные функции.
Конструкция / Характеристики: (данные из открытых источников) память программы ~300-600 кБ, данных ~1.5-2.5 МБ. (см. обзор семейства)
Принцип действия и особенности: модель обеспечивает более высокий объем памяти, быстрее обработку, больше возможностей для масштабирования и распределенной архитектуры.

CPU 1516-3 PN/DP

Назначение: мощный центральный процессор линейки S7-1500, рассчитанный на сложные системы управления, с интерфейсами PROFINET и PROFIBUS DP.

Конструкция / Характеристики: пример 6ES7516-3AN01-0AB0 — память программы ~1 МБ, данные ~5 МБ, интерфейс PROFINET IRT + 2-й Ethernet + PROFIBUS, производительность около 10 нс на битовую операцию.

Принцип действия и особенности: данный CPU способен работать как I-device (интеллектуальный модуль ввода-вывода) или мастер PROFIBUS, поддерживает сложную коммуникацию и масштабируемые решения с большим количеством модулей и устройств.