Siemens S7-1200 versus S7-1500: Qual o PLC certo para o seu projeto?

Siemens S7-1200 versus S7-1500: Qual o PLC certo para o seu projeto?

Uma comparação prática para engenheiros de automação, construtores de máquinas OEM e integradores de sistemas que escolhem entre os controladores lógicos programáveis Siemens SIMATIC S7-1200 e S7-1500.

1Introdução

Entrem em quase qualquer discussão do gabinete de controle envolvendo PLCs Siemens e a pergunta surge rapidamente: S7-1200 ou S7-1500?e ambos apoiam o PROFINET, por isso é fácil assumir que a escolha é principalmente sobre o orçamentoNa prática, a decisão errada cria problemas reais: um S7-1200 ultrapassado os seus limites causa dores de cabeça de engenharia,enquanto um S7-1500 num painel de bomba simples é dinheiro gasto onde não precisa ser.

Este artigo descreve as diferenças reais entre desempenho, capacidade de E/S, comunicação, controle de movimento,e integração e inclui um exemplo de configuração real do S7-1200 atuando como um PROFINET I-Device sob supervisão do S7-1500Esse padrão aparece frequentemente na prática e vale a pena entender antes de finalizar sua arquitetura do sistema.

2. Visão geral do produto

2.1 Siemens SIMATIC S7-1200

O S7-1200 destina-se à automação de pequena a média escala onde uma pegada compacta, I/O de bordo e programação direta importam.Automatização de edifícios, e linhas de processo onde as contagens de I/O permanecem gerenciáveis e os requisitos de tempo de ciclo não são extremos.

A linha de CPU vai do 1211C ao 1217C, cobrindo uma gama prática de I/O digital e analógico.placas de sinalização, e os módulos de comunicação estendem a CPU base quando necessário.

•Memória de trabalho: 50 KB (CPU 1211C) a 150 KB (CPU 1217C)

•E/S de bordo: 6 ¢14 DI, 4 ¢10 DO, 0 ¢2 AI, dependendo da variante da CPU

•Controle de movimento: até 4 ∼ 6 eixos de PTO para aplicações básicas de posicionamento

•PROFINET: 1 porta na maioria dos modelos; 2 portas nos modelos 1215C e 1217C

•Suporte para dispositivos I: disponível a partir do firmware V4.0

•Programação: LAD, FBD, STL, SCL, GRAPH através do Portal TIA

2.2 Siemens SIMATIC S7-1500

O S7-1500 foi concebido para aplicações exigentes: grandes contagens de E/S, tempos de ciclo rápidos, movimento avançado, comunicação a nível da fábrica e cibersegurança industrial.O ecrã frontal indica o ambiente pretendido: construído para locais onde o diagnóstico no local sem um computador portátil importa.

O intervalo vai do 1511 (175 KB, ponto de entrada) até o 1518 (4 MB +, tempos de varredura sub-milissegundos), com variantes F à prova de falhas para aplicações de segurança classificadas SIL.Não há entrada/saída de bordo, tudo se conecta através de módulos de sinal., o que torna a escalação direta.

•Memória de trabalho: 175 KB até 4 MB+ dependendo da CPU

•E/S: sem E/S de bordo; tudo através de módulos de sinal ou distribuídos ET 200 E/S

•Controle de movimento: até 128 eixos com biblioteca de movimento avançada

•PROFINET: 2 ¢ 4 portas; servidor OPC UA incorporado na CPU

•Cibersegurança: controlo de integridade, protecção de acesso, comunicação encriptada

•Display: painel frontal para diagnóstico em tempo real sem software de engenharia

3Comparação das especificações

 

Características	S7-1200	S7-1500
Aplicação alvo	Pequena e média automação	Automatização média a grande / complexa
Modelos de CPU	1211C, 1212C, 1214C, 1215C, 1217C	1511, 1513, 1515, 1516, 1517, 1518
Memória de trabalho	50 KB 150 KB	175 KB 4 MB+
E/S a bordo	Sim (6?? 14 DI / 4?? 10 DO / 0?? 2 AI)	Não
Pontos de entrada/saída máximos	Até ~ 284 DI+DO (com expansão)	Milhares (com ET 200 distribuídos)
Controle de movimento	Até 4 ∼ 6 eixos (PTO / HSC)	Até 128 eixos (movimento avançado)
Portos PROFINET	1 (a maioria das CPUs) / 2 (1215C, 1217C)	2×4 portas dependendo da CPU
Suporte para dispositivos I	Sim desde o firmware V4.0+	Sim full I-Device controller (controlador completo do I-Device)
Servidor OPC UA	Não integrado (requer módulo CP)	Sim ¢ servidor UA OPC incorporado
Display integrado	- Não, não.	Sim display do painel frontal
Segurança cibernética	Base (proteção do know-how)	Avançado (verificação de integridade, proteção de acesso)
Tempo do ciclo	Tipicamente 1 ‰ 10 ms	Sub-milissegundos para CPUs de ponta
Variantes à prova de falhas	Nenhuma F-CPU disponível	Série S7-1500F (SIL 2/3)
Nível de preços	Intervalo médio	Alta qualidade

 

Tabela 1 Comparação característica por característica.

4Principais diferenças de profundidade

4.1 Memória e velocidade de processamento

A diferença de memória entre as duas plataformas é significativa na prática.Uma CPU S7-1200 1214C transporta com 100 KB de memória de trabalho suficiente para a maioria dos programas de nível de máquina, mas apertado para qualquer coisa com registro extensivo de dadosO S7-1500 começa em 175 KB e escala para vários megabytes,que importa no momento em que o seu programa cresce ou você puxar em dados estruturados de múltiplos subsistemas.

O tempo de ciclo conta uma história semelhante. Um programa típico S7-1200 é executado na faixa de 1 ¢ 10 ms, que lida com controle de transportador, HVAC ou sequenciamento de bomba sem problemas.As CPUs de ponta do S7-1500 alcançam tempos de varredura sub-milissegundos necessários para movimento de circuito fechado ou regulação rápida de processos onde cada milissegundo afeta a qualidade de saída.

4.2 Arquitetura de E/S

A entrada/saída integrada do S7-1200 é uma vantagem real em aplicações simples - menos módulos, menos cablagem, painel menor.Expansão máxima de E/S para um S7-1200 excede algumas centenas de pontosO S7-1500, combinado com a distribuição ET 200SP ou ET 200MP I/O através do PROFINET, lida com milhares de pontos em vários painéis e gabinetes de campo sem compromissos arquitetônicos.

4.3 Controle de movimento

Ambos os controladores suportam o controle de movimento através da biblioteca de controle de movimento do TIA Portal, mas o teto é muito diferente.portões pequenosO S7-1500, especialmente emparelhado com acionamentos SINAMICS via PROFINET, suporta até 128 eixos com feedforward de binário, perfis de camas eletrónicas,e interpolação multi-eixo coordenada.

4.4 Comunicação e Conectividade

No PROFINET, ambos os controladores atuam como controladores de IO, mas o S7-1500 adiciona capacidade de servidor OPC UA embutida na CPU, sem hardware ou gateway adicionais necessários.Isto é importante como fábricas empurrar dados para SCADACom o S7-1200, o OPC UA requer um módulo CP separado, adicionando custo e um ponto de falha potencial.

4.5 Cibersegurança

O S7-1500 inclui a verificação de integridade do programa, detecta alterações não autorizadas no programa da CPU, juntamente com comunicação criptografada e níveis de acesso configuráveis.Para projetos em indústrias ou locais regulamentados com requisitos de segurança de TI/OTO S7-1200 oferece proteção básica de know-how e bloqueio de senha.que seja adequado para muitas aplicações, mas que não atenda às exigências das infraestruturas críticas ou da automação farmacêutica.

5. S7-1200 como PROFINET I-Device Sob S7-1500: Exemplo de configuração

Um padrão de implantação que surge regularmente é o uso do S7-1200 como um subcontrolador inteligente (I-Device) sob um controlador IO S7-1500.Isto funciona bem quando você quer proteger a lógica de máquina proprietária, distribuir a carga de processamento, ou conectar uma máquina autônoma a um controlador de nível de planta sem reengenharia de todo o sistema.

No modo I-Device (disponível no firmware V4.0),O S7-1200 lida com o seu próprio processo local executando o seu próprio programa de utilizador e gerindo a sua própria E/S enquanto troca de dados com o S7-1500 através de uma área de transferência definidaO S7-1500 vê o S7-1200 como um dispositivo PROFINET IO padrão, lendo e escrevendo para a área de transferência sem precisar saber nada sobre a lógica interna do S7-1200.Esta é também a base da protecção da PI: o fabricante de máquinas mantém o programa S7-1200 privado e só partilha um ficheiro GSD para integração.

5.1 Parâmetros de configuração

 

Parâmetro	Valor de exemplo	Descrição
Controlador de IO	S7-1217C ¢ 192.168.0.1	PLC de nível superior que gere a rede PROFINET
I-Dispositivo	S7-1215C ¢ 192.168.0.2	Funciona como dispositivo / subcontrolador de IO inteligente
Nome do dispositivo	I-Dispositivo	Deve corresponder exatamente em ambos os projetos TIA
Máscara da sub-rede	255.255.255.0	Classe C padrão para rede local
Área de transferência	Mapeamento da área Q para a área I	Região de troca de dados entre controlador e dispositivo
Arquivo GSD	Exportado do projeto I-Device	Requerido quando o controlador e o I-Device estão em projetos TIA separados
Requisito de firmware	S7-1200 V4.0 ou superior	Função I-Device não disponível no firmware anterior
Iniciação prioritária	Opcional acelera a inicialização	Nota: a activação de "PN params by upper controller" desativa o I-Device atuando simultaneamente como controlador IO.

 

Tabela 2 Typical I-Device setup between S7-1215C (I-Device) and S7-1217C or S7-1500 (IO Controller).

5.2 Configuração do mesmo projeto

Quando ambas as CPUs estão no mesmo projeto do TIA Portal, a configuração é simples. Adicione ambas as CPUs à vista de rede, defina o modo de operação S7-1215C para IO Device, atribua-o ao controlador IO,e definir as zonas de transferência. O Portal TIA atribui endereços automaticamente, embora seja possível anulação manual.

Uma configuração que vale a pena notar: ativar 'PN interface parâmetros atribuídos pelo controlador IO superior' controle manual de configurações de interface PROFINET (hora de atualização, vigilante,O projeto do controladorIsto também significa que o I-Device não pode mais atuar como um controlador IO simultaneamente, uma restrição que apanha os engenheiros desprevenidos quando planejam um papel de dispositivo misto.

5.3 Configuração de projeto diferente (Proteção de PI)

A abordagem de projeto diferente é a escolha padrão para a proteção da PI. Configurar e compilar o projeto S7-1200,Em seguida, exportar o arquivo GSD a opção de exportação só aparece após uma compilação de hardware bem sucedidaImporte o GSD no projeto S7-1500; o I-Device aparece no catálogo de hardware como qualquer outro dispositivo PROFINET.

O nome do dispositivo no arquivo GSD deve corresponder exatamente ao nome definido no projeto S7-1200.Não renomear o arquivo GSD exportado mudar o nome dentro do Portal TIA em vez disso.

5.4 Intercâmbio de dados entre o controlador e o dispositivo I

Os dados se movem através da área de transferência usando um mapeamento de área Q para área I. Uma abordagem prática é definir um Tipo de Dados do Usuário (UDT) correspondente ao layout de bytes da área de transferência,Em seguida, use as instruções MOVE para manipular dados de entrada e saída limpoNuma configuração testada com um 1217C como controlador IO e um 1215C como dispositivo I, cada área de transferência ocupou 6 bytes por direcção.O 1217C escreveu diretamente para a área de saída do 1215C e leu de volta sua área de entrada controle remoto efetivamente enquanto o S7-1200 continuou a executar sua lógica local de forma independente.

5.5 Falhas e correcções comuns

 

Sintoma	Causa e solução
Falha do dispositivo IO Não foi encontrado	Rede inalcançável: execute Ping primeiro. Verifique se os switches no caminho suportam o protocolo DCP. Verifique se o nome do I-Device corresponde exatamente ao projeto de origem.
A opção de exportação do DGS é em cinza	A configuração do hardware deve ser compilada com êxito antes de a opção de exportação ser ativada.
Descoordenação do nome do dispositivo na inicialização	O arquivo GSD carrega o nome do dispositivo do projeto I-Device.
I-Device não pode agir como controlador IO	Ativação de "Parâmetros de interface PN atribuídos pelo controlador IO superior" desativa a função de controlador IO simultâneo.
Dados de área de transferência inconsistentes	Verifique o mapeamento da área Q-to-I no programa. Use um UDT com a instrução MOVE para alinhar o layout de bytes. Confirme que ambos os PLCs estão baixados e em execução.
Iniciação prioritária não disponível (projetos diferentes)	Ativar primeiro "PN interface params by upper controller", e depois configurar a prioridade de arranque do lado do projeto principal (S7-1500).

 

Quadro 3

6Exemplos de aplicações do mundo real

6.1 S7-1200 ¢ Controle da estação de bombagem

Uma empresa de serviços públicos de água necessária para automatizar uma estação de reforço de 12 bombas em três painéis.Um S7-1200 CPU 1215C com três módulos de entrada analógicos SM 1231 manuseou os sensores; um módulo CP 1243-1 forneceu Modbus TCP para SCADA.

O custo do projecto foi 35% inferior a uma solução comparável S7-1500.e a memória de trabalho de 150 KB do 1215C deixou espaço para futuras expansõesA colocação em serviço durou três dias, com dois engenheiros, sem necessidade de especialistas em movimentos ou segurança.

6.2 S7-1500 Linha de montagem automotiva

Um fabricante de componentes automotivos precisava de um controlador para uma linha de montagem de 24 estações com servo posicionamento coordenado, integração de visão e registro de rastreabilidade total.400 pontosAs unidades S7-1200 de nível de estação no modo I-Device gerenciaram as I/O locais e a lógica da estação, alimentando dados de estado para um S7-1516 central através do PROFINET.

O servidor OPC UA do S7-1516 conectado diretamente ao MES da fábrica, contando a produção de streaming, tempos de ciclo e códigos de falha sem middleware.Variantes S7-1500F em células robóticas com funções de segurança SIL 2O S7-1516 geria a coordenação de movimento de 18 eixos de servo em quatro estações sincronizadas com tempos de ciclo consistentes inferiores a 8 ms.

7Como escolher: Guia de decisão

 

Requisitos do seu projeto	Recomendado	Razão
Máquina pequena com < 200 pontos de entrada/saída	S7-1200	O projeto compacto de I/O a bordo reduz o custo do painel
Controlo de HVAC, bomba ou transportador	S7-1200	PID, movimento e Modbus integrados cobrem a maioria das necessidades
Projecto OEM com um orçamento reduzido	S7-1200	Menor custo unitário; menos módulos necessários
Controlador de subprocessos do ponto S7-1500	S7-1200	Modo I-Dispositivo via PROFINET
500+ pontos de E/S ou controlo a nível da instalação	S7-1500	Alta memória e escala de E/S distribuída facilmente
Motor CNC ou servo de múltiplos eixos	S7-1500	De potência não superior a 50 W
Integração OPC UA / Cloud / MES	S7-1500	Servidor UA OPC incorporado; não há hardware de gateway adicional
Tempo de ciclo rápido < 1 ms necessário	S7-1500	Processadores de alta velocidade (1516, 1518) para tarefas em tempo real
Segurança funcional SIL 2/3	S7-1500	Série S7-1500F com funções de segurança certificadas
A segurança da rede é crítica.	S7-1500	Verificação da integridade, comunicações criptografadas, protecção de acesso

 

Tabela 4 Guia de decisão rápida Para projetos limítrofes, considere começar com S7-1215C ou S7-1217C ambos suportam o modo I-Device e podem ser subordinados a um S7-1500 mais tarde sem recableamento.

7.1 Escolher S7-1200 quando:

•A máquina tem menos de 300 pontos de entrada/saída e não vai crescer significativamente

•O tempo de ciclo de 1 ‰ 5 ms é aceitável para a aplicação

•A E/S a bordo simplifica o projeto do painel e reduz a contagem total de módulos

•O projeto é sensível aos custos e não requer movimentos avançados ou segurança

•O controlador funcionará como um subcontrolador (I-Device) sob um sistema de nível superior

7.2 Escolher S7-1500 quando:

•O número de E/S excede 300 pontos ou se prevê uma expansão significativa no futuro

•É necessário um controlo de movimento multi-eixo com mais de 6 eixos.

•Conectividade OPC UA com sistemas SCADA, MES ou cloud é necessária sem hardware extra

•A segurança cibernética, a proteção de acesso ou a verificação da integridade do programa são obrigatórias

•São necessários tempos de varredura submilissegundos para o controlo rápido do processo

•A segurança funcional (SIL 2/3) faz parte do conceito de segurança da máquina

8Custo e Custo Total de Propriedade

O S7-1200 CPU 1214C vende em aproximadamente 30~40% de um S7-1500 CPU 1511 de nível de entrada.

•Número de módulos: S7-1500 com ET 200SP distribuído I/O torna-se mais eficiente em termos de custos uma vez que você passa cerca de 200 pontos de I/O

•Diagnóstico: O ecrã integrado do S7-1500 e informações mais completas sobre falhas reduzem o tempo de resolução de problemas no local

•Custos do gateway: S7-1200 requer um módulo CP para o OPC UA; S7-1500 o inclui de forma nativa

•Custos de segurança: S7-1500F elimina os relés de segurança externos para muitas funções

•Longevidade: o S7-1500 tem um ciclo de vida do produto mais longo e um roteiro de software mais amplo da Siemens

Para as máquinas que devem funcionar 10-15 anos com adições periódicas de recursos, o espaço do S7-1500 tende a justificar o custo inicial.Para máquinas OEM de grande volume em que o custo unitário é um fator competitivoO S7-1200 é difícil de vencer.

9Referências de modelos comuns

 

Número do artigo	Modelo	Especificações principais
6ES7212-1AE40-0XB0	S7-1200 CPU 1212C DC/DC/DC	Memória 8 DI / 6 DO / 2 AI
6ES7214-1AG40-0XB0	S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC	Memória de 14 DI / 10 DO / 2 AI
6ES7215-1AG40-0XB0	S7-1200 CPU 1215C DC/DC/DC	14 DI / 10 DO / 2 AI ¢ 125 KB ¢ 2 portas PN
6ES7217-1AG40-0XB0	S7-1200 CPU 1217C DC/DC/DC	14 DI / 10 DO / 2 AI 150 KB 2 portas PN
6ES7511-1AK02-0AB0	S7-1500 CPU 1511-1 PN	Memória de 175 KB 1 porta PN nível de entrada 1500
6ES7513-1AL02-0AB0	S7-1500 CPU 1513-1 PN	Memória de 300 KB 1 porta PN
6ES7515-2AM02-0AB0	S7-1500 CPU 1515-2 PN	Memória de 500 KB 2 portas PN
6ES7516-3AN02-0AB0	S7-1500 CPU 1516-3 PN/DP	1 MB de memória 2 portas PN + 1 DP

 

Tabela 5 Números dos artigos com frequência encomendados Verifique sempre com a Ferramenta de Seleção Siemens TIA ou com o seu distribuidor autorizado, uma vez que as versões de firmware e a disponibilidade regional variam.

Conclusão

O S7-1200 e o S7-1500 são ambas plataformas sólidas, a questão é sempre a adequação, não a qualidade:

•S7-1200 = o controlador adequado para máquinas compactas, processos autônomos e projetos sensíveis aos custos em que as exigências de E/S e de desempenho permanecem dentro do seu alcance

•S7-1500 = o controlador certo quando a aplicação ultrapassa o que o S7-1200 pode fazer em termos de I/O, velocidade, movimento, conectividade ou segurança

The I-Device configuration covered in Section 5 is a legitimate and well-supported architecture that lets you combine both platforms — S7-1200 units handling distributed sub-processes while an S7-1500 manages the overall systemMuitas grandes instalações funcionam exatamente desta forma, e vale a pena conceber desde o início em vez de modernizar mais tarde.

Se você não tem certeza de qual plataforma se encaixa em seu projeto, compartilhe sua contagem de E/S, requisitos de tempo de ciclo e necessidades de comunicação com nossa equipe.Fornecemos hardware genuíno Siemens SIMATIC S7-1200 e S7-1500 com documentação completa e suporte técnico.