1 概述
西门子S7-1500是一款中高端PLC控制器，是专门为中高端设备和工厂自动化设计服务的新一代PLC控制器。该控制器具有运动控制、工业信息安全和故障安全等功能。S7-1500具有下述优点：响应速度快，性能大幅提升，功能强大，有可供用户使用的充足的存储器空间，S7定时器、计数器分别有2048个。运动控制功能强大，最多支持20个速度控制轴、定位轴和外部编码器，具有高速计数和测量功能。S7-1500还可以采用PROFINET通信，可以保证确定的快速反应时间和高精度的系统响应，最短循环时间可达到250us。
PROFINET通信方式是开放的标准的实时的工业以太网技术的自动化总线标准，它是基于工业以太网的通信方式。IO控制器最多可以连接256个设备，对于整个以太网网络节点是没有限制的。而且IO控制器间可以实现实时的PROFINET CBA通信，最小刷新时间为1ms。由于其开放性可以同时应用IT等服务，包括Web、Email等，并且可以同时传输文本、语音和视频等数据。节点安装非常简单，连接到交换机即可，这与办公室的局域网络一样增加和减少设备十分简单方便。可以无缝集成已有的现场总线系统，例如PROFIBUS、Asi、Interbus等。PROFINET同时支持故障安全系统，通过ProfiSafe行规进行安全节点间的通信。
PROFINET最突出的特点是它的实时性，传统的PROFIBUS通信方式也可以实现上述的基本功能，不过在实时性要求较高的场合特别是在运动控制系统的设计中，其高速的响应性能与PROFINET通信方式是无法相比的，无法像PROFINET一样实现最小实时周期为250us的精度。
PROFINET另外一个突出的主要特点是以太网通信，借用以太网可以同时传输TCP或IP数据或者数据、文本、语音、图像等数据，这是PROFIBUS所无法可比拟的。PROFIBUS的缺点主要体现在设备增加方面，局限比较多。而PROFINET使用以太网的连接通信方式，加入交换机，插入网线即可连接成功。这与局域网相似，需要增加设备的时候，只需要连接到交换机的端口即可。PROFINET通信方式和PROFIBUS通信方式主要不同还在于通信速度的不同，PROFINET通信方式的通信速度要快得多，数据传输的带宽最大为100Mbps，而PROFIBUS的通信方式的数据传输的带宽最大为12Mbps。并且数据传输方式也不同，PROFINET通信方式为全双工，而PROFIBUS通信方式是半双工。
本文设计的变频调速系统采用PROFINET通信方式，西门子S7-1500通过PROFINET控制G120变频器调节速度，也就是通过网络控制变频器调速，通过设置相应的控制字设定变频器的工作状态，然后通过网络将电机速度传给变频器，从而实现变频器控制电机调速的功能。
2 系统设计
2.1 系统硬件组态
系统采用工业以太网通信方式，硬件组态如图1所示。组态硬件包括S7-1500、变频器G120、触屏TP700和交换机X-208。系统通过组网PN/IE_2连接起来，通过网络2完成各硬件的通信过程。本设计系统的触屏采用精致面板TP700。控制器PLC通过中间M存储单元建立其与触屏的连接，当触屏I/O域输入设定速度时，控制器s7-1500会通过中间继电器M，采集到触屏设置的转速，然后根据设定的转速经过程序运算，接着通过与变频器的通信端口将转速输出给变频器。变频器与控制器s7-1500的通信端口，在完成硬件组态时，会自动生成数据交换端口。电机会按照设定转数转动，当通过触屏改变转速时，电机的速度会随之改变。
2.2 触屏画面设计
通过触屏I/O域，将转数通过“设定转数”窗口设定，“实际转数”窗口是读取变频器的反馈速度。系统设计了两个按钮，启动和停止按钮，启动用于启动电机运行，停止按钮用于停止电机运行。
2.3 变频器参数设定
变频器参数设定通过博途Startdrive设定，如图2所示。设定变频器参数不需要通过手动设置，通过TIA博途软件就可完成对变频器电机参数的设置，通过软件设置完参数后，然后通过网络下载到变频器内部。本文设计的变频调速系统电机选用异步电动机，电机的基本参数额定电压为230V，额定电流为0.73A，额定功率为0.12kW，额定功率因数为0.75，额定频率为50Hz，额定转数为1350R/min，在设定重要参数时，最大转数必须设定为额定转数，如设定最大转数不等于额定转数，电机实际转数和设定的转数会不同，进而出现错误。
3 程序设计
变频调速程序设计流程图如图3所示。当按下触屏上的启动按钮时，电机根据触屏设定的转速运行，当按下停止按钮时，电机停止运行。
触屏的I/O域链接PLC的MW30寄存器，经过运算，将MW30里的设定转数转换成数字量存到寄存器MW20，然后通过端口地址QW14送到变频器。
实验结果设定转数为500，变频器反馈转数为499，由于运算时采用双整型，所以存在误差，如果采用实数运算，则不存在误差。
4 结语
由于新型的西门子S7-1500控制器具有响应速度快、存储空间大等优点，因此本文设计的调速系统采用S7-1500控制器，利用PROFINET通信方式完成对电机速度的调节。软件编程选用功能强大的TIA博途编程软件，TIA博途不仅包括触屏的设计，还包括对变频器参数调节的功能，在最大程度上提高了工作生产效率。
