Speicherprogrammierbare Steuerung der Serie S7-1200 von Siemens (SPS)

Der Siemens Die SPS der S7-1200-Serie ist eine kompakte und modulare Automatisierungssteuerung, die für kleine und mittlere industrielle Automatisierungsprojekte geeignet ist. Im Folgenden finden Sie eine umfassende Analyse der Kernfunktionen und technischen Details:

1. Hardwarearchitektur und Erweiterungsfähigkeit
2. CPU-Modelle und Leistung

Grundmodelle: CPU 1211C (6 Eingänge/4 Ausgänge), CPU 1212C (8 Eingänge/6 Ausgänge), CPU 1214C (14 Eingänge/10 Ausgänge).

Erweiterte Modelle: CPU 1215C (Duale Profinet-Schnittstellen), CPU 1217C (250KB Arbeitsspeicher).

Upgrade der G2-Serie: Die G2-Serie wurde im Jahr eingeführt 2025 hat eine Hauptfrequenz erhöht auf 150 MHz, Die Ausführungszeit boolescher Anweisungen wird auf verkürzt 0.08 μs, unterstützt 8 hoch – Geschwindigkeitsmesser (1 MHz) Und 8 Zapfwellen-/PWM-Kanäle, und die Verarbeitungsgeschwindigkeit ist 10 Mal höher als die vorherige Generation.

2. Modularer Aufbau

Signalmodule: Unterstützen Sie den digitalen Ausbau (SM1221/1222), analog (SM1231/1232), Thermistor (SM1231 RTD), usw. Bis zu 8 Es können Signalmodule angeschlossen werden.

Kommunikationsmodule: CM1241 RS485 (Modbus RTU), CM1243 – 5 Profibus, CB1241 RS232. Unterstützen Sie den Ausbau von 3 Kommunikationsmodule.

Signaltafeln: SB1221 (digital), SB1231 (analog). Sie können direkt in die rechte Seite der CPU eingesetzt werden, ohne zusätzlichen Platz zu beanspruchen.

3. Sondermodelle

SIPLUS S7 – 1200: Unterstützt extreme Umgebungen von – 25°C bis +70°C, besteht die EN 50155 Eisenbahnzertifizierung, und eignet sich für den Schienenverkehr und raue Industrieumgebungen.

Fehler – Sicherer Typ: Die CPU 1214C F und 1217C F unterstützen die Sicherheitsstufe SIL3 und können Funktionen wie Not-Halt und Schutztürüberwachung integrieren.

1. Programmier- und Entwicklungsumgebung
2. TIA-Portalsoftware

Multi – Sprachunterstützung: Leiterdiagramm (JUNGE), Funktionsblockdiagramm (FBD), Strukturierter Text (STL), Strukturierte Kontrollsprache (SCL), Flussdiagramm (GRAPH).

Neue Funktionen in Version V17: Kausalmatrix (CEM) Programmiersprache, multi – Kollaborative Benutzerentwicklung, Cloud-Integration (OPC UA/MQTT), erweitertes Simulationstool (unterstützt die kollaborative Simulation von OB-Bausteinen).

Technische Effizienz: Ziehen – Und – Drop-Konfiguration, IntelliSense, Offline-Simulation, Online-Diagnose (Unterstützt das Zurücksetzen der Firmware-Version).

2. Firmware-Update

Version V4.4.1: Unterstützt TIA Portal V16 und höher, optimiert den Bewegungssteuerungsalgorithmus, und erhöht die Stabilität des PROFINET-Netzwerks.

Upgrade-Einschränkungen: Die Version V3.x ist nicht auf V4.x hochrüstbar. Firmware-Updates müssen über eine Speicherkarte oder das TIA Portal durchgeführt werden, und Webzugriff wird unterstützt.

III. Kommunikation und Protokolle

1. Integrierte Kommunikationsschnittstellen

PROFINET: 10/100 Adaptives RJ45 mit Mbit/s, unterstützt die isochrone IRT-Synchronisation (G2-Serie), und kann bis zu verbinden 31 Geräte.

S7-Kommunikation: Unterstützt 3 Verbindungen als Server und kann mit S7 kommunizieren – 200/300/400.

Webserver: Gebaut – auf der Webseite zur Überwachung des E/A-Status und der Diagnoseinformationen, unterstützt die HTML5-Schnittstelle.

2. Erweiterte Protokolle

Modbus TCP: Kann direkt über den in die CPU integrierten Port konfiguriert werden, unterstützt Master – Slave-Modus.

USS-Protokoll: Steuert den MM440-Frequenzumrichter über CM1241 RS485. Ein einzelnes Netzwerk unterstützt 16 Geräte, und bis zu 3 Netzwerke (48 Geräte) werden unterstützt.

OPC UA: Die G2-Serie unterstützt den OPC UA-Server und lässt sich nahtlos an MES/ERP-Systeme anbinden.

1. Anwendungsgebiete und Fälle
2. Typische Szenarien

Herstellung: Steuerung der Produktionslinie (wie z.B. das Befördern, Schweißen, und Inspektion an Automobilmontagelinien), Verpackungsmaschinen (Beschriftung, Füllung).

Prozessautomatisierung: Klein – Wasseraufbereitungsanlagen mit Kalkablagerungen (Pumpensteuerung, Einstellung des Flüssigkeitsstandes), Lebensmittel- und Getränkeindustrie (Temperatur/Druck geschlossen – Schleifensteuerung).

Gebäudeautomation: HVAC-Systeme (Klimaanlage, Beleuchtung), Zugangskontrolle und Sicherheit (Magnetkartenkontrolle, Videoverknüpfung).

Bewegungssteuerung: Die G2-Serie unterstützt 8 – Achsenzapfwelle und eignet sich für die Gelenksteuerung von Robotern und die Positionierung von CNC-Werkzeugmaschinen.

2. Branchenfälle

Eisenbahnsignalsystem: Die SIPLUS S7 – 1200 besteht die EN 50155 Zertifizierung und wird für die Weichensteuerung und das Zugbeleuchtungsmanagement verwendet.

Pharmazeutische Industrie: Erweitert analoge Module zur Realisierung der Überwachung von Reinraumtemperatur und -feuchtigkeit und unterstützt die FDA 21 CFR Teil 11 elektronische Signaturen.

1. Leistung und Vorteile
2. Kernparameter

Verarbeitungsgeschwindigkeit: 0.08 μs für boolesche Anweisungen (G2-Serie), 1.2 μs für Floating – Punktoperationen.

Speicherkonfiguration: Der maximale Arbeitsspeicher beträgt 250 KB (CPU 1217C), Der Ladespeicher beträgt 4 MB, und es unterstützt die Erweiterung mit einer SIMATIC-Speicherkarte.

Real – Zeituhr: Unterstützt durch einen Superkondensator für 20 Tage, und kann erweitert werden 1 Jahr mit einer externen Batterieplatine.

2. Technische Vorteile

Hohe Kosten – Wirksamkeit: Im Vergleich zu ähnlichen Produkten, Die Hardwarekosten werden um reduziert 30% und der Wartungszyklus wird verkürzt 50%.

Benutzerfreundlichkeit: Der modulare Aufbau unterstützt Stecker – Und – spielen. Die Assistentenfunktion des TIA Portals vereinfacht die Konfiguration von PID und Motion Control.

Zuverlässigkeit: Besteht die EN 61000 – 6 – 2/6 – 4 Zertifizierung der elektromagnetischen Verträglichkeit, und die mittlere Zeit zwischen Ausfällen (MTBF) überschreitet 100,000 Std..

1. Auswahlvorschläge

VII. Häufige Probleme und Lösungen

1. Kommunikationsfehler

Phänomen: Profinet-Verbindung ist unterbrochen.

Fehlerbehebung: Überprüfen Sie, ob IP-Adresskonflikte vorliegen und die Qualität des Netzwerkkabels. Benutzen Sie die “Online-Diagnose” Funktion des TIA Portals zur Anzeige des Gerätestatus.

2. Programmanomalie

Phänomen: Die CPU geht häufig in den STOP-Zustand.

Fehlerbehebung: Überprüfen Sie, ob ein Speicherüberlauf vorliegt (Überwachen Sie die Arbeitsspeichernutzung) und falsche Hardware-Interrupt-Konfiguration (wie z. B. Störungen von oben – Geschwindigkeitszählersignale).

3. Fehler beim Firmware-Upgrade

Phänomen: Der “WARTUNG” Das Licht blinkt, aber das Update ist nicht abgeschlossen.

Lösung: Stellen Sie sicher, dass die Speicherkarte als FAT32 formatiert ist, Die Firmware-Datei entspricht dem CPU-Modell, und versuchen Sie, ein Upgrade mit der Webzugriffsmethode durchzuführen.

Durch die oben genannten Funktionen, die Siemens S7 – 1200 Die SPS der Serie beweist eine hervorragende Flexibilität und Zuverlässigkeit im Klein- und Mittelbetrieb – großen Automatisierungsbereich. Vor allem nach dem Upgrade der G2-Serie in 2025, seine Vorteile in der Bewegungssteuerung, Netzwerkintegration, und Anwendungen in extremen Umgebungen werden weiter konsolidiert. In tatsächlicher Auswahl, In Kombination mit der Anzahl der I/O-Punkte sollte eine umfassende Bewertung durchgeführt werden, Kommunikationsanforderungen, Verarbeitungsgeschwindigkeit, und Budget.

Anwendungsfälle von Siemens S7 – 1200 Serie SPS in der industriellen Automatisierung

Die Siemens S7 – 1200 Die SPS-Serie wird aufgrund ihres modularen Aufbaus häufig im Bereich der industriellen Automatisierung eingesetzt, hohe Kosten – Wirksamkeit, und starke Expansionsfähigkeit. Folgendes ist drin – Tiefe Anwendungsfälle in typischen Branchen, in Kombination mit den neuesten technologischen Verbesserungen analysiert 2025 (wie die G2-Serie) und die tatsächlichen Projektergebnisse:

1. Intelligente Automobilfertigung: Kernsteuerung flexibler Produktionslinien

Fall 1: Neue Montagelinie für Fahrzeugbatterien

Hardwarekonfiguration

CPU 1217C G2: Verarbeitungsgeschwindigkeit von 0.08 μs pro boolescher Anweisung, unterstützt 8 – Achsen-PTO-Synchronsteuerung.

Signalmodule: Analogeingang SM1231 (Erkennt Zellspannung/-temperatur), Digitalausgang SM1223 (steuert Schweißroboter).

Kommunikationsmodule: CM1243 – 5 Als Drittes verbindet sich der Profibus – Partygeräte, CB1241 RS485 zum Debuggen von Frequenzumrichtern.

Technische Highlights

Intelligente Fehlervermeidung: Real – Zeitliche Erfassung visueller Inspektionsdaten über das Profinet-Netzwerk, kombiniert mit RFID-Tags zur Rückverfolgung von Materialchargen, Erzielung einer Montagefehlerquote von 0.1%.

Optimierung der Energieeffizienz: Basierend auf dem Energiemanagementmodul des TIA Portals, Passen Sie den Stromverbrauch des Geräts dynamisch an, sparen 15% der jährlichen Stromkosten.

Ergebnisse: Die Produktionskapazität einer einzelnen Produktionslinie wird erhöht 1200 Batterien pro Tag, und die Störungsausfallzeit wird um reduziert 70%.

# Fall 2: Kollaborative Steuerung von Robotern in der Schweißwerkstatt

Hardwarekonfiguration

CPU 1215C: Zwei Netzwerkanschlüsse sind jeweils mit dem Host-Computer und der ABB-Robotersteuerung verbunden.

Prozessmodul: Positionierungsmodul TM PosInput (±0,05 mm Genauigkeit), unterstützt Multi – Synchronisierung der Roboterbahn.

Technische Highlights

IRT Isochrone Synchronisation: Die G2-Serie unterstützt PROFINET IRT, Sicherstellung der Koordination von 6 Roboter’ Aktionen innerhalb eines 1ms-Zyklus.

Edge-Computing: Real – Zeitanalyse der Schweißstromwellenform über den Webserver der S7 – 1200 um die Gerätelebensdauer vorherzusagen.

Ergebnisse: Die Schweißqualifizierungsquote wird erhöht 95% Zu 99.2%, und die Gerätewartungskosten werden um reduziert 40%.

1. Prozessautomatisierung: Präzise Kontrolle und grüne Transformation

Fall 1: Überwachung der Reinraumumgebung in der Pharmaindustrie

Hardwarekonfiguration

CPU 1214C F: Fehler – sichere SPS, unterstützt die Sicherheitsstufe SIL3.

Spezielle Module: SM1231 RTD-Thermistormodul (±0,1°C Genauigkeit), Digitaler Eingang SM1221 (überwacht den Differenzdruck im Reinraum).

Technische Highlights

Compliance-Design: Besteht die FDA 21 CFR Teil 11 Zertifizierung, nutzt elektronische Signaturen zur Erfassung von Temperatur- und Luftfeuchtigkeitsdaten, und erfüllt die Auditanforderungen.

Energierückgewinnung: Optimiert die Luft – Konditionierungssystem mit dem PID-Algorithmus, Reduzierung des Energieverbrauchs des Reinraums um 25%.

Ergebnisse: Besteht das FDA-Audit für 3 aufeinanderfolgende Jahre, sparen 800,000 Yuan an jährlichen Energieverbrauchskosten.

Fall 2: Intelligentes Wassermanagementsystem

Hardwarekonfiguration

SIPLUS S7 – 1200: Entwickelt für einen weiten Temperaturbereich von – 25°C bis +70°C, unterstützt die EN 50155 Eisenbahnzertifizierung.

Erweiterungsmodule: SM1232 Analogausgang (Passt die Ventilöffnung an), CM1241 RS485 verbindet den Ultraschall-Durchflussmesser.

Technische Highlights

Rand – Cloud-Zusammenarbeit: Lädt Daten über den RevPi Core zu AWS IoT hoch 3+ Modul, Erreichen einer Reaktionszeit für die Fernfehlerdiagnose von weniger als 5 Minuten.

Vorausschauende Wartung: Trainiert ein KI-Modell basierend auf historischen Daten, um eine zu liefern 72 – Stundenfrühzeitige Warnung vor Ausfällen der Pumpengruppe.

Ergebnisse: Die Leckrate wird dadurch reduziert 8% Zu 3%, und die manuellen Inspektionskosten werden um reduziert 60%.

III. Gebäude und Infrastruktur: Intelligenz und Energie – Effizienzrevolution

Fall 1: Energiemanagement von Super High – Aufstiegsgebäude

Hardwarekonfiguration

CPU 1215C: Zwei Netzwerkports sind jeweils mit dem BA-System und der Energiemanagementplattform verbunden.

Kommunikationsprotokolle: Modbus TCP liest Zählerdaten, OPC UA verbindet sich mit dem ERP-System.

Technische Highlights

Dynamischer Lastausgleich: Passt den Betrieb der Kühleinheit automatisch an die Strompreisperiode an, Erhöhung des Peaks – Valley Strompreisdifferenz Umsatz durch 30%.

Digitaler Zwilling: Das Simulationsmodul des TIA Portals kann den Energieverbrauchsverlauf real simulieren – Zeit, Unterstützung der virtuellen Inbetriebnahme.

Ergebnisse: Spart 1.2 Millionen Yuan an jährlichen Stromkosten und reduziert den CO2-Ausstoß um 18%.

# Fall 2: Intelligenter Verkehrsknotenpunkt

Hardwarekonfiguration

SIPLUS S7 – 1200: Besteht die EN 50155 Zertifizierung und wird auf dem U-Bahn-Bahnsteig eingesetzt.

Erweiterungsmodule: Digitalausgang SM1222 (steuert die Bahnsteigtüren), Analogeingang SM1231 (überwacht den PM2,5-Wert der Umgebungsluft).

Technische Highlights

Redundantes Design: Dual – CPU heiß – Standby-Architektur, Sicherstellung der MTBF des Systems > 100,000 Std..

Notfallreaktion: Integriert das Brandmeldesystem und vervollständigt das Ganze – Senderübertragung und Lichtschalter im Inneren 1 Zweiter im Gefahrenfall.

Ergebnisse: Reduziert die Wartezeit der Passagiere um 20% und verringert die Geräteausfallrate um 50%.

1. Bewegungssteuerung: Hohe Präzision und hohe Dynamik

Fall 1: Roboter zur Handhabung von Halbleiterwafern

Hardwarekonfiguration

CPU 1217C G2: 8 – Achsen-PTO-Synchronsteuerung, unterstützt 1 MHz hoch – Geschwindigkeitsimpulsausgang.

Antriebssystem: V90-Servoantrieb (Positionierungsgenauigkeit von ±1μm), erreicht einen Synchronisationszyklus von 0,2 ms über das IRT-Netzwerk.

Technische Highlights

Flugbahnplanung: Die Motion-Control-Bibliothek des TIA Portal unterstützt S – Kurvenbeschleunigung und -verzögerung, Steigerung der Handhabungseffizienz um 40%.

Anti – Kollisionsalgorithmus: Integriert Lasersensordaten, um den Pfad real zu korrigieren – Zeit, Kollisionen zu vermeiden.

Ergebnisse: Reduziert die Wafer-Fragmentierungsrate 0.5% Zu 0.02% und erhöht die Produktionskapazität um 35%.

# Fall 2: Spindelsteuerung für CNC-Werkzeugmaschinen

Hardwarekonfiguration

CPU 1215C: Integriert Prozessobjektfunktionen und unterstützt elektronische Getriebe- und Nockensteuerung.

Spezialmodul: TM-Anzahl 2 hoch – Geschwindigkeitsmesser (100 MHz-Eingang) zur Erfassung der Spindeldrehzahl.

Technische Highlights

Kompensation von Synchronisationsfehlern: Steuert den Spindelphasenfehler innerhalb von ±0,1° durch den realen Wert – Zeitdatenverarbeitung der S7 – 1200.

Vibrationsunterdrückung: Analysiert die aktuelle Wellenform basierend auf dem FFT-Algorithmus und passt die PID-Parameter automatisch an.

Ergebnisse: Verbessert die Bearbeitungsgenauigkeit von IT7 auf IT6 und verlängert die Werkzeugstandzeit um 50%.

1. Aufstrebende Felder: Digitalisierung und nachhaltige Entwicklung

Fall 1: Integrierte Photovoltaik – Energiespeicher – Ladestation

Hardwarekonfiguration

CPU 1217C: Übernimmt die gemeinschaftliche Steuerung der Photovoltaik-Stromerzeugung, Energiespeicherbatterien, und Ladestapel.

Kommunikationsprotokolle: OPC UA verbindet sich mit dem Stromnetz-Dispatch-System, Modbus RTU verwaltet die Ladesäulen.

Technische Highlights

Virtuelles Kraftwerk: Beteiligt sich als verteilter Energieknoten an der Spitzenlastbeseitigung im Stromnetz, Erzielung eines zusätzlichen Einkommens von 0.15 Yuan pro kWh.

Sicherheitsredundanz: Integriert vorbei – Spannung/unter – Spannungsschutz, um den kontinuierlichen Betrieb bei extremen Wetterbedingungen zu gewährleisten.

Ergebnisse: Erreicht ein Selbst – Verbrauchsrate von Photovoltaikstrom von 85% und reduziert die jährlichen CO2-Emissionen um 120 Tonnen.

Fall 2: Intelligente Verpackung von Lebensmitteln und Getränken

Hardwarekonfiguration

CPU 1214C: Verbindung zum visuellen Inspektionssystem über CM1241 RS232, und der digitale Onboard-Ausgang SB1221 steuert den Tintenstrahldrucker.

Technische Highlights

Flexible Produktion: Unterstützt das schnelle Umschalten von 12 Produktformeln, Verkürzung der Modellwechselzeit von 30 Minuten zu 5 Minuten.

Qualitätsrückverfolgbarkeit: Integriert die DataLogging-Funktion, und die Daten jedes verpackten Produkts können bis zur Rohstoffcharge zurückverfolgt werden.

Ergebnisse: Erhöht die Verpackungsgeschwindigkeit auf 60 Packungen pro Minute und reduziert die Fehlerquote 1.2% Zu 0.3%.

1. Auswahlvergleich für typische Branchen

VII. Implementation Suggestions

1. Selection of Communication Protocols

PROFINET: Suitable for high – speed real – time control (such as robot collaboration).

Modbus TCP: Low – cost connection to third – Partygeräte (such as flowmeters and frequency converters).

OPC UA: Realizes standardized data interaction with MES/ERP systems.

2. Software Toolchain

TIA Portal V17: Supports Causal Matrix (CEM) programming, reducing the code volume by 30%.

Simatic Edge: Edge-Computing-Plattform für die lokale Datenverarbeitung.

3. Zuverlässigkeitsdesign

Redundante Stromversorgung: Zwei 24-V-Eingänge sorgen für kontinuierlichen Betrieb in extremen Umgebungen.

Heiß – Austauschbare Module: Unterstützt den Austausch von Signalmodulen im eingeschalteten Zustand, Reduzierung der Wartungszeit um 70%.

Wie aus den oben genannten Fällen ersichtlich ist, die S7 – 1200 Die SPS der Serie beweist hervorragende Flexibilität und Zuverlässigkeit in der industriellen Automatisierung. Vor allem nach dem Upgrade der G2-Serie, seine Bewegungssteuerung, Netzwerkintegration, und extreme Anpassungsfähigkeit an die Umgebung festigen seine Marktposition weiter. In tatsächlicher Auswahl, In Kombination mit der Anzahl der I/O-Punkte sollte eine umfassende Bewertung durchgeführt werden, Kommunikationsanforderungen, Verarbeitungsgeschwindigkeit, und Branchenkonformität.