2.2 SIMATIC S7-1500 PLC常用模块及其接线
SIMATIC S7-1500 PLC的硬件系统主要包括电源模块、CPU模块、信号模块、通信模块、工艺模块和分布式模块（如ET200SP和ET200MP）。SIMATIC S7-1500 PLC的中央机架上最多可以安装32个模块，而S7-300最多只能安装11个。
2.2.1 电源模块
SIMATIC S7-1500 PLC电源模块是SIMATIC S7-1500 PLC系统中的一员。SIMATIC S7-1500 PLC有两种电源：系统电源（PS）和负载电源（PM）。
（1）系统电源（PS）
系统电源（PS）通过U型连接器连接到背板总线，并专门为背板总线提供内部所需的系统电源，这种系统电源可为模块电子元件和 LED 指示灯供电。当CPU模块、PROFIBUS通信模块、Ethernet通信模块以及接口模块等模块，没有连接到DC 24V电源上，系统电源可为这些模块供电。系统电源的特点如下。
① 总线电气隔离和安全电气隔离符合EN 61131-2 标准。
② 支持固件更新、标识数据I＆M0到I＆M4、在RUN模式下组态、诊断报警和诊断中断。
到目前为止系统电源有三种规格，其技术参数见表2-2。
表2-2 系统电源的技术参数
（2）负载电源（PM）
负载电源（PM）与背板总线没有连接，负载电源为CPU模块、IM模块、I/O 模块、PS电源等提供高效、稳定、可靠的DC 24 V供电，其输入电源是120～230V AC，不需要调节，可以自适应世界各地供电网络。负载电源的特点如下。
① 具有输入抗过压性能和输出过压保护功能，有效提高了系统的运行安全。
② 具有启动和缓冲能力，增强了系统的稳定性。
③ 符合SELV，提高了SIMATIC S7-1500 PLC的应用安全。
④ 具有EMC兼容性能，符合SIMATIC S7-1500 PLC系统的TIA 集成测试要求。
到目前为止负载电源有两种规格，其技术参数见表2-3。
表2-3 负载电源的技术参数
2.2.2 SIMATIC S7-1500 PLC模块及其附件
SIMATIC S7-1500 PLC有二十多个型号，分为标准CPU（如CPU1511-1PN）、紧凑型CPU（如CPU1512C-1PN）、分布式模块CPU（如CPU1510SP-1PN）、工艺型CPU（如CPU1511T- 1PN）、故障安全CPU模块（如CPU1511F-1PN）和开放式控制器（如CPU 1515SP PC）等。
2.2.2.1 SIMATIC S7-1500 PLC的外观及显示面板
SIMATIC S7-1500 PLC的外观如图2-1所示。SIMATIC S7-1500 PLC 的CPU都配有显示面板，可以拆卸，CPU1516-3PN/DP配置的显示面板如图2-2所示。三盏LED灯，分别是运行状态指示灯、错误指示灯和维修指示灯。显示屏显示CPU的信息。操作按钮与显示屏配合使用，可以查看CPU内部的故障、设置IP地址等。
图2-1 SIMATIC S7-1500 PLC的外观
图2-2 SIMATIC S7-1500 PLC的显示面板
1—LED指示灯；2—显示屏；3—操作员操作按钮
将显示面板拆下，其CPU模块的前视图如图2-3所示，后视图如图2-4所示。
图2-3 CPU模块的前视图
图2-4 CPU模块的后视图
2.2.2.2 SIMATIC S7-1500 PLC的指示灯
如图2-5所示为SIMATIC S7-1500 PLC的指示灯，上面的分别是运行状态指示灯（RUN/STOP LED）、错误指示灯（ERROR LED）和维修指示灯（MAINT LED），中间的是网络端口指示灯（P1端口和P2端口指示灯）。
图2-5 指示灯
SIMATIC S7-1500 PLC的操作模式和诊断状态LED指示灯的含义见表2-4。
表2-4 SIMATIC S7-1500 PLC的操作模式和诊断状态LED指示灯的含义
SIMATIC S7-1500 PLC的每个端口都有 LINK RX/TX LED，其LED指示灯的含义见表2-5。
表2-5 SIMATIC S7-1500 PLC的LINK RX/TX LED指示灯的含义
2.2.2.3 SIMATIC S7-1500 PLC的技术参数
目前SIMATIC S7-1500 PLC已经推出的有二十多个型号，部分SIMATIC S7-1500 PLC的技术参数见表2-6。
表2-6 SIMATIC S7-1500 PLC的技术参数
2.2.2.4 SIMATIC S7-1500 PLC的分类
（1）标准型CPU
标准型CPU最为常用，目前已经推出的产品分别是：CPU1511-1PN、CPU1513-1PN、CPU1515-2PN、CPU1516- 3PN/DP、CPU1517-3PN/DP 、CPU1518-4PN/DP和CPU1518-4PN/ DP ODK。
CPU1511-1PN、CPU1513-1PN和CPU1515-2PN只集成了PROFINET或以太网通信口。没有集成PROFIBUS-DP通信口，但可以扩展PROFIBUS-DP通信模块。
CPU1516-3PN/DP、CPU1517-3PN/DP 、CPU1518-4PN/DP和CPU1518-4PN/DP ODK除集成了PROFINET或以太网通信口外，还集成了PROFIBUS-DP通信口。CPU1516-3PN/DP的外观如图2-6所示。
图2-6 CPU1516-3PN/DP的外观
CPU的应用范围见表2-7。
表2-7 CPU的应用范围
（2）紧凑型CPU
目前紧凑型CPU只有2个型号，分别是CPU1511C-1PN和CPU1512C-1PN。
紧凑型CPU基于标准型控制器，集成了离散量、模拟量输入输出和高达400 kHz（4倍频）的高速计数功能。还可以如标准型控制器一样扩展25mm和35mm的IO模块。
（3）分布式模块CPU
分布式模块CPU是一款兼备SIMATIC S7-1500 PLC的突出性能与 ET 200SP I/O简单易用，身形小巧于一身的控制器。对机柜空间大小要求的机器制造商或者分布式控制应用提供了完美解决方案。
分布式模块CPU分为CPU 1510SP-1 PN和CPU 1512SP-1 PN。
（4）开放式控制器（CPU 1515 SP PC）
开放式控制器（CPU 1515 SP PC）是将PC-based平台与ET 200SP控制器功能相结合的可靠、紧凑的控制系统。可以用于特定的OEM设备以及工厂的分布式控制。控制器右侧可直接扩展ET 200SP I/O模块。
CPU 1515 SP PC开放式控制器使用双核1 GHz, AMD G Series APU T40E 处理器，2G/4G 内存，使用8G/16G Cfast卡作为硬盘，Windows 7嵌入版32位或64位操作系统。
目前CPU 1515 SP PC开放式控制器有多个订货号供选择。
（5）SIMATIC S7-1500 PLC 软控制器
SIMATIC S7-1500 PLC软件控制器采用Hypervisor技术，在安装到SIEMENS工控机后，将工控机的硬件资源虚拟成两套硬件，其中一套运行Windows系统，另一套运行SIMATIC S7-1500 PLC实时系统，两套系统并行运行，通过SIMATIC通信的方式交换数据。软 PLC与 SIMATIC S7-1500 PLC硬 PLC代码100%兼容，其运行独立于Windows系统，可以在软PLC运行时重启Windows。
目前SIMATIC S7-1500 PLC 软控制器只有两个型号，分别是CPU1505S和CPU1507S。
（6）SIMATIC S7-1500 PLC 故障安全CPU
故障安全自动化系统（F系统）用于具有较高安全要求的系统。F系统用于控制过程，确保中断后这些过程可立即处于安全状态。也就是说，F系统用于控制过程，在这些过程中发生即时中断不会危害人身或环境。
故障安全CPU除了拥有SIMATIC S7-1500 PLC所有特点外，还集成了安全功能，支持到SIL3安全完整性等级，其将安全技术轻松地和标准自动化无缝集成在一起。
故障安全CPU目前已经推出两大类，分别如下。
① SIMATIC S7-1500 F CPU（故障安全CPU模块） 目前推出产品规格，分别是CPU1511F-1PN、CPU1513F-1PN、CPU1515F-2PN、CPU1516F-3PN/DP、CPU1517F-3PN/DP、CPU1517TF-3PN/DP 、CPU1518F-4PN/DP和CPU1518F-4PN/DP ODK。
② ET 200 SP F CPU（故障安全CPU模块） 目前推出产品规格，分别是CPU 1510SP F-1 PN和CPU 1512SP F-1 PN。
（7）SIMATIC S7-1500 PLC工艺型CPU
SIMATIC S7-1500 T均可通过工艺对象控制速度轴、定位轴、同步轴、外部编码器、凸轮、凸轮轨迹和测量输入，支持标准Motion Control（运动控制）功能。
目前推出的工艺型CPU有CPU1511T-1 PN、CPU1515T-2 PN、CPU1517T-3 PN/DP和CPU1517TF-3PN/DP等型号。SIMATIC S7-1500 PLC T CPU的外观如图2-7所示。
图2-7 SIMATIC S7-1500 PLC T CPU的外观
2.2.2.5 SIMATIC S7-1500 PLC的接线
（1）SIMATIC S7-1500 PLC的电源接线
标准的SIMATIC S7-1500 PLC模块只有电源接线端子，SIMATIC S7-1500 PLC模块接线如图2-8所示，1L+和2L+端子与电源24 V DC相连接，1M和2M与电源0V相连接，同时0V与接地相连接。
图2-8 SIMATIC S7-1500 PLC电源接线端子的接线
（2）紧凑型SIMATIC S7-1500 PLC的模拟量端子的接线
以CPU1511C的接线为例介绍。CPU1511C有5个模拟量输入通道，0~3通道可以接受电流或电压信号，第4通道只能和热电阻连接。CPU1511C有2个模拟量输出通道，可以输出电流或电压信号。模拟量输入/输出（电压型）接线如图2-9所示，模拟量输入是电压型，模拟量输出也是电压型，热电阻是四线式（也可以连接二线和三线式）。41和43端子用于屏蔽。
图2-9 模拟量输入/输出（电压型）接线
模拟量输入/输出（电流型）接线如图2-10所示，模拟量输入是电流型，模拟量输出也是电流型，热电阻是二线式（也可以连接三线和四线式）。
图2-10 模拟量输入/输出（电流型）接线
可见：信号是电流和电压虽然占用同一通道，但接线端子不同，这点必须注意，此外，同一通道接入了电压信号，就不能接入电流信号，反之亦然。
（3）紧凑型SIMATIC S7-1500 PLC的数字量端子的接线
CPU1511C自带16点数字量输入，16点数字量输出，接线如图2-11所示。左侧是输入端子，高电平有效，为PNP输入。右侧是输出端子，输出的高电平信号，为PNP输出。
图2-11 数字量输入/输出接线
【例2-1】 某设备的控制器为CPU1511C-1PN，控制三相交流电动机的启停，并有一只接近开关限位，请设计接线图。
【解】 根据题意，只需要3个输入点和1个输出点，因此使用CPU1511C-1PN上集成的I/O即可，输入端和输出端都是PNP型，因此接近开关只能用PNP型的接近开关（不用转换电路时），接线图如图2-12所示。交流电动机的启停一般要用交流接触器，交流回路由读者自行设计，在此不作赘述。
图2-12 接线图
2.2.3 SIMATIC S7-1500 PLC信号模块及其接线
信号模块通常是控制器和过程之间的接口。SIMATIC S7-1500 PLC标准型CPU连接的信号模块和ET200MP的信号模块是相同的，且在工程中最为常见，以下将作为重点介绍。
（1）信号模块的分类
信号模块分为数字量模块和模拟量模块。数字量模块分为：数字量输入模块（DI）、数字量输出模块（DQ）和数字量输入/输出混合模块（DI/DQ）。模拟量模块分为模拟量输入模块（AI）、模拟量输出模块（AQ）和模拟量输入/输出混合模块（AI/AQ）。
同时，其模块还有35mm和25mm宽之分。25mm模块自带前连接器，而35mm模块的前连接器需要另行购买。
（2）数字量输入模块
数字量输入模块将现场的数字量信号转换成SIMATIC S7-1500 PLC可以接收的信号，SIMATIC S7-1500 PLC的DI有直流16点、直流32点以及交流16点。直流输入模块（6ES7521- 1BH00-0AB0）的外形如图2-13所示。数字量输入模块的技术参数见表2-8。
图2-13 直流输入模块（6ES7521-1BH00-0AB0）的外形
表2-8 数字量输入模块的技术参数
① 典型的直流输入模块（6ES7521-1BH00-0AB0）的接线如图2-14所示，目前仅有PNP型输入模块，即输入为高电平有效。
图2-14 直流输入模块（6ES7521-1BH00-0AB0）的接线（PNP）
② 交流模块一般用于强干扰场合。典型的交流输入模块（6ES7521-1FH00-0AA0）的接线如图2-15所示。注意：交流模块的电源电压是120/230V AC，其公共端子8、18、28、38与交流电源的零线N相连接。
图2-15 交流输入模块（6ES7521-1FH00-0AA0）的接线
（3）数字量输出模块
数字量输出模块将SIMATIC S7-1500 PLC内部的信号转换成过程需要的电平信号输出，直流输出模块（6ES7 522-1BF00-0AB0）的技术参数见表2-9。
表2-9 数字量输出模块的技术参数
数字量输出模块可以驱动继电器、电磁阀和信号灯等负载，主要有三类。
① 晶体管输出 只能接直流负载，响应速度最快。晶体管输出的数字量模块（6ES7522-1BF00-0AB0）的接线如图2-16所示，有8个点输出，4个点为一组，输出信号为高电平有效，即PNP输出。负载电源只能是直流电。
图2-16 晶体管输出的数字量模块（6ES7522-1BF00-0AB0）的接线
② 晶闸管输出（可控硅） 接交流负载，响应速度较快，应用较少；晶闸管输出的数字量模块（6ES7522-5FF00-0AB0）的接线如图2-17所示，有8个点输出，每个点为单组一组，输出信号为交流信号，即负载电源只能是交流电。
图2-17 晶闸管输出的数字量模块（6ES7522-5FF00-0AB0）的接线
③ 继电器输出 接交流和直流负载，响应速度最慢，但应用最广泛。继电器输出的数字量模块（6ES7522-5HF00-0AB0）的接线如图2-18所示，有8个点输出，每个点为单组一组，输出信号为继电器的开关触点，所以其负载电源可以是直流电或交流电。通常交流电压不大于230V。
图2-18 继电器输出的数字量模块（6ES7522-5HF00-0AB0）的接线
注意：此模块的供电电源是直流24V。
（4）数字量输入/输出混合模块
数字量输入/输出混合模块就是一个模块上既有数字量输入点也有数字量输出点。典型的数字量输入/输出混合模块（6ES7523-1BL00-0AA0）的接线如图2-19所示。16点的数字量输入为直流输入，高电平信号有效，即PNP型输入。16点的数字量输出为直流输出，高电平信号有效，即PNP型输出。
图2-19 数字量输入/输出混合模块（6ES7523-1BL00-0AA0）的接线
（5）模拟量输入模块
SIMATIC S7-1500 PLC的模拟量输入模块是将采集模拟量（如电压、电流、温度等）转换成CPU可以识别的数字量的模块，一般传感器或变送器相连接。部分SIMATIC S7-1500 PLC的模拟量输入模块技术参数见表2-10。
表2-10 SIMATIC S7-1500 PLC的模拟量输入模块技术参数
以下仅以模拟量输入模块（6ES7531-7KF00-0AB0）为例介绍模拟量输入模块的接线。此模块功能比较强大，可以测量电流、电压，还可以通过电阻、热电阻和热电偶测量温度。其测量电压信号的接线如图2-20所示，图中的，连接电源电压与端子是41(L+)和44(M)，然后通过端子42(L+)和43(M)为下一个模块供电。
图2-20 模拟量输入模块（6ES7531-7KF00-0AB0）的接线（电压）
注：图2-20中的虚线是等电位连接电缆，当信号有干扰时，可采用。
测量电流信号的四线式接线如图2-21所示，二线式如图2-22所示。标记⑤表示等电位接线。
图2-21 模拟量输入模块（6ES7531-7KF00-0AB0）的接线（四线式电流）
图2-22 模拟量输入模块（6ES7531-7KF00-0AB0）的接线（二线式电流）
测量温度的二线式、三线式和四线式热电阻接线如图2-23所示。注：此模块来测量电压和电流信号是8通道，但用热电阻测量温度只有4通道。标记①是四线式热电阻接法，标记②是三线式热电阻接法，标记③是二线式热电阻接法。标记⑦表示等电位接线。
图2-23 模拟量输入模块（6ES7531-7KF00-0AB0）的接线（热电阻）
（6）模拟量输出模块
SIMATIC S7-1500 PLC模拟量输出模块是将CPU传来的数字量转换成模拟量(电流和电压信号)，一般用于控制阀门的开度或者变频器的频率给定等。SIMATIC S7-1500 PLC常用的模拟量输出模块技术参数见表2-11。
表2-11 SIMATIC S7-1500 PLC常用的模拟量输出模块技术参数
模拟量输出模块（6ES7 532-5HD00-0AB0）电压输出的接线如图2-24所示，标记①是电压输出二线式接法，无电阻补偿，精度相对低些，标记②是电压输出四线式接法，有电阻补偿，精度比二线式接法高。
图2-24 模拟量输出模块（6ES7532-5HD00-0AB0）电压输出的接线
模拟量输出模块（6ES7532-5HD00-0AB0）电流输出的接线如图2-25所示。
图2-25 模拟量输出模块（6ES7532-5HD00-0AB0）电流输出的接线
（7）模拟量输入/输出混合模块
SIMATIC S7-1500 PLC模拟量输入/输出混合模块就是一个模块上有模拟量输入通道和模拟量输出通道。SIMATIC S7-1500 PLC常用的模拟量输入/输出模块的技术参数见表2-12。
表2-12 SIMATIC S7-1500 PLC的模拟量输入/输出混合模块技术参数
模拟量输入/输出混合模块（6ES7534-7QE00-0AB0）如图2-26所示，标记⑥处是4个通道的模拟量输入，图中为四线式电流信号输入，还可以为电压、热电阻输入信号。标记⑦处是二线式电压输出，标记⑧处是四线式电压输出。
图2-26 模拟量输入/输出混合模块（6ES7534-7QE00-0AB0）的接线
2.2.4 SIMATIC S7-1500 PLC通信模块
通信模块集成有各种接口，可与不同接口类型设备进行通信，而具有安全功能的工业以太网模块，可以极大提高连接的安全性。
（1）通信模块的分类
SIMATIC S7-1500 PLC的通信模块包括CM通信模块和CP通信处理器模块。CM通信模块主要用于小数据量通信场合，而CP通信处理器模块主要用于大数据量的通信场合。
通信模块按照通信协议分，主要有PROFIBUS模块（如CM1542-5）、点对点连接串行通信模块（如CM PtP RS232 BA）、以太网通信模块（如CP1543-1）和PROFINET通信模块（如CM1542-1）等。
（2）通信模块的技术参数
常见的SIMATIC S7-1500 PLC的通信模块的技术参数见表2-13。
表2-13 SIMATIC S7-1500 PLC通信模块的技术参数
2.2.5 SIMATIC S7-1500 PLC工艺模块及接线
工艺模块具有硬件级的信号处理功能，可对各种传感器进行快速计数、测量和位置记录。支持定位增量式编码器和SSI绝对值编码器，支持集中和分布式操作。SIMATIC S7-1500 PLC工艺模块目前有TM Count计数模块和TM PosInput定位模块两种。工艺模块的技术参数见表2-14。
表2-14 SIMATIC S7-1500 PLC工艺模块的技术参数
高速计数模块（6ES7550-1AA00-0AB0）有2个高速计数通道，即可以连接2台光电编码器，其接线如图2-27所示，接线端子的1、2、3分别与光电编码器的A、B、N相连，端子9和10是电源，与光电编码器的电源相连。端子4、5、6是数字量输入，端子7、8是数字量输出，可以不用。
图2-27 高速计数模块（6ES7550-1AA00-0AB0）的接线
2.2.6 SIMATIC S7-1500 PLC分布式模块
SIMATIC S7-1500 PLC支持的分布式模块分为ET200MP和ET200SP。ET200MP是一个可扩展且高度灵活的分布式I/O系统，用于通过现场总线（PROFINET或PROFIBUS）将过程信号连接到中央控制器。相较于S7-300/400的分布式模块ET200M和ET200S，ET200MP和ET200SP的功能更加强大。
（1）ET200MP模块
ET200MP模块包含IM接口模块和I/O模块。ET200MP的IM接口模块将ET200MP连接到PROFINET或PROFIBUS总线，与SIMATIC S7-1500 PLC通信，实现SIMATIC S7-1500 PLC的扩展。ET200MP模块的I/O模块与SIMATIC S7-1500 PLC本机上的I/O模块通用，前面已经介绍，在此不再重复介绍。ET200MP的IM接口模块的技术参数见表2-15。
表2-15 ET200MP的IM接口模块的技术参数
（2）ET200SP模块
SIMATIC ET200SP 是新一代分布式I/O系统，具有体积小，使用灵活，性能突出的特点，具体如下。
① 防护等级IP20，支持PROFINET和PROFIBUS。
② 更加紧凑的设计，单个模块最多支持16通道。
③ 直插式端子，无需工具单手可以完成接线。
④ 模块和基座的组装更方便。
⑤ 各种模块可任意组合。
⑥ 各个负载电势组的形成无需PM-E电源模块。
⑦ 运行中可以更换模块（支持热插拔）。
SIMATIC ET200SP安装于标准DIN导轨，一个站点基本配置包括支持PROFINET或PROFIBUS的IM通信接口模块、各种I/O 模块，功能模块以及所对应的基座单元和最右侧用于完成配置的服务模块（无需单独订购，随接口模块附带）。
每个ET200SP接口通信模块最多可以扩展32个或者64个模块。ET200SP的IM接口模块的技术参数见表2-16。
表2-16 ET200SP的IM接口模块的技术参数
ET 200SP的I/O模块非常丰富，包括数字量输入模块、数字量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块、工艺模块和通信模块等。