王和荣

（攀钢冶金材料有限责任公司，四川攀枝花 617000）

0 引言

S7-1500PLC 作为西门子集团在自动化方面的突出产品，是在原有S7-300PLC 与S7-400PLC 的基础上，进一步重点研发的自控系统。S7-1500PLC 系统在2013 年问世，该系统的研发主要服务于中高端工厂的自动化设备。在专业领域上，不但系统性能优势明显，而且在工业信息安全、故障处理、运动控制等方面功能显著。

1 S7-1500PLC 系统优势分析

PLC 控制系统是西门子公司研发的具有一定优势的自动化设备，西门子S7-1500 备受用户关注。在自控系统中，西门子S7 系列的研发是在S5 的基础上诞生的PLC 系统，该系统在很大程度上满足了各行各业的需求。S7-1500PLC 系统具有显著的优势。

（1）S7-1500PLC 的系统模块要比S7-300 稍大一些，机架结构基本一致。其前连接器配有特殊的电源元件、线卡与屏蔽支架，且预留了走线的空间，这些使技术人员在接线时更加方便、可靠。CPU 配备了LED 显示屏，可以方便地显示CPU 的状态和故障信息。为了方便桥接电位组，可使用集成短接片进行安装，并辅以继电器、自动断路器等，从而更好地安装集成导轨。此外，对于预接线的位置，将初始接线与重新连接的过程简化了，而且集成屏蔽作为模拟信号，具有屏蔽信号的良好效果。

（2）在硬件方面，S7-1500PLC 具有处理速度快、联网能力强、诊断能力和安全性更高的特点，一方面，生产效率得到了大幅度提高，不仅节约了成本，还提高了经济效益。另一方面，系统安装和维护都比较方便，没有什么危险性，深受广大客户与维护人员的欢迎。S7-1500PLC 与S7-400 或S7-300 相比较，大多是运用新型背板总线技术，不仅信号处理速度非常快，而且传输协议与波特率都比较高。而且其CPU 一般有1～3 个PROFINET 接口，这在一定程度上满足了一些网络通信的低成本快速配置要求。此外，1500PLC 系统模块带有诊断功能，且诊断的级别为通道级，并不需要再进行编程。为此，一旦出现故障便能够及时准确地对发生故障的通道进行识别，大大缩了停机的时间，这也是其他型号PLC 不具备的功能。

（3）S7-1500PLC 具有高配置和高效率的编程能力，有利于设计人员更加方便地查看采集的信息，信息采集和查看也更方便，这对工程设计人员来说极为有益。更重要的是S7-1500PLC与博途软件实现了有效的融合，所以在硬件的配置、上位组态、网络连接以及软件编程等方面，操作都变得非常快捷。S7-1500PLC 系统可通过网络浏览器、CPU 显示屏、T 博途软件以及HMI 设备，随时查看CPU 的实时状态、过程变量与故障信息，而S7-300 或400 则没有CPU 显示屏，采集与查看信息就显得不是很方便。

（4）S7-1500 PLC 控制系统可以在不需要增加模块的基础上，达到运动控制的功能。运用PLC open 技术，控制器可用标准组件连接的各种支持PROFIdrive 协议的驱动设备。另外，S7-1500 PLC 还支持CPU 所有变量的TRACE 功能，在提高调试效率的同时，促进了驱动器、控制器性能的进一步优化。

2 S7-1500PLC 系统的具体应用

2.1 系统构成

以消防行业为研究对象，某大型消防给水泵组由两台消防泵与两台喷淋泵组成，作用为消防泵和喷淋系统供水。消防泵的启动方式是以水泵的功率为依据，也就是用带有旁路接触器的启动器来启动消防栓，巡检过程中变频器轮流驱动水泵，从而确保4 台水泵都处于低频运行，以防止管道水压因巡检而出现短暂迅速升高的现象。而S7-1500PLC 系统就是负责控制泵组的巡检、启停等工作，通过总线通信来对变频器的启停、切换水泵参数等进行有效控制。S7-1500PLC 系统可借助PROFINET 网络与总监控室展开连接，从而实现远程监控的目的。总体上，消防给水系统中离不开S7-1500PLC，必须充分发挥消防泵的作用，做好泵组的日常巡检与维护功能。以往的巡检以人工为主，但人工作业流程复杂且监管难度大，加之自动巡检设备还不够完善，极大地影响了日常的巡检效率。因此，在消防给水系统中应用S7-1500PLC 系统，能够有效解决其中存在的问题。

2.2 系统设计与应用

2.2.1 控制方式

在巡检系统中，一般采用的是自动与手动两种控制方式，其中手动控制操作很简单，也就是在巡检控制柜上旋转按钮，直至按钮指示手动模式即可，这样工作人员便可以按照柜面启动按钮的流程完成巡检的任务。对于消防泵与喷洒泵的手动控制也是一样，将按钮旋转到手动模式即可。这样工作人员就可以用手动的方式启停消防泵与喷洒泵。而在自动模式下，按钮旋转后便可自动运行，一般没有特殊要求，消防泵启停则以10 d 为周期，定时完成巡检工作；有要求时，可以按照要求启动消防泵与喷洒泵，若是已在运行中发生故障，可以及时启动备用泵，以保持设备正常工作。

2.2.2 网络通信

西门子S7-1500PLC 控制系统通常采用的通信方式比较多，如工业以太网通信、自由口通信和MPI 通信等，而且这些通信方式都有其独特的优势。例如，MPI 通信适用于小点数和小规模站点的通信，以及CPU 之间的数据传递工作。PROFIBUS 通信是目前市场上比较受欢迎的一种网络通信方式，它以其独特的技术、严格的规范、开放的标准成为众多厂商支持的最优解决方案。S7-1500PLC 正是运用这种通信方式，同时配备了MPI 接口，不需要单独采购DP 通信模块就可完成DP 的组网工作。这样组建的网络扩展性性强，能够同时支持多个状态的采集点和监测站的工作，还具有从主站和从站读取和写入数据的功能。

2.2.3 程序切换

在消防控制系统中，消防控制中心主要负责发出火灾信息，一旦消防控制中心发现建筑内有火灾发生，控制中心便会立即向S7-1500PLC 系统发送火灾信号的指令。从控制中心收到信号指令后，系统便会自动退出当前执行的任务，同时会立即调用子程序以最快的速度启动消防泵。如果平时没有接到火灾信息，该系统的主要工作就是控制水泵的启停，并定期进行巡检任务。通常来说，水泵巡检一个周期为10 d，相关人员也可以按照实际的需求，远程设置间隔的时间。在巡检过程中，控制变频器就是系统当前的主要工作，使其能够始终处于低频驱动的状态运行。这样不仅可以起到一定的节能的作用，而且此状态下水泵的出水速度比较缓慢，也就不会对管网产生压力。

待巡检工作结束后，S7-1500PLC 系统还需要调用相关的巡检程序，先将变频器参数切换到与消防泵一致，并控制接触器吸合，同时启动变频器，在变频器运行的同时开始计算时间，到达预设时间后便停止变频器，并将接触器分离。变频器在停止工作前，消防泵需保持一直低频运行状态。消防泵巡检完成后，操作员可在S7-1500PLC 控制系统中，将变频器的参数切换至与喷淋泵一致，再控制接触器的吸合，驱动喷淋泵运行状态处于低频，预设时间一到便停止变频器，之后分离接触器。如果在巡检中发现水泵无法正常工作，系统会发出报警信息，告知工作人员出现的故障。

2.2.4 上位机的应用

在控制系统中，西门子WinCC 是视窗控制中心。其包括了OPC、SCADA、组态、人机界面等多种技术的支持，这类技术的主要作用是显示自动化的控制过程。而S7-1500PLC 控制系统得到上位机，就是使用的WinCC。WinCC 的应用离不开计算机，其主要就是在计算机的各种环境下运行的，所以具有一定的开放性特点，如工作人员可以在WinCC 上操作，进行一系列的自动化设备与软件的相关集成工作。并且，WinCC 功能里的菜单选项、项目设置、画面更新以及安全归档等比较丰富，这些在一定程度上体现了其安全性与可靠性，工作人员可以在这样的界面下快速完成编程、组态、数据管理等工作。此外，还可以按照相应的需求，展现监控画面、报警画面以及操作界面，按实际需要形成相应的报警画面、监控画面、操作画面等。因此，WinCC 的自动化程度非常高。

3 结语

综上所述，在自动控制系统中，西门子S7-1500PLC 系统相比之前的系统具有明显的优势，具有处理速度快、联网能力强、诊断能力和安全性更高的特点，在各大工程领域的应用非常广泛，不仅操作简便、节约成本，系统安全性也大幅提高，同时大大降低了系统维护的难度。目前，S7-1500PLC 系统应用在诸多行业中取得了良好的成果。