硬件篇上
01
概述
十月初的时候，想必工控圈的小伙伴们都被S7-300系列即将于2023年10月1日退市的消息刷屏了吧？倒退到2年前的10月1日，同样伴随我们多年的ET200S系列也已经悄无声息地退市了。在感叹经典终将成为历史，年华似水流逝的同时，作为工程师更需要提前做好知识储备，熟悉产品的更替。
本文就为大家分享：
S7-300/ET200M/ET200S到S7-1500/ET200MP/ ET200SP硬件方面的替代关系。因为内容较多，今天为大家带来的是硬件篇的第一部分，包括：CPU、扩展机架及分布式IO的替代关系。
02
CPU
CPU一旦更换，整个系统就变了。对于CPU的替代，主要考虑以下七个方面内容：
指令方面：指令不同，但不影响功能实现即可。
内置通信：
MPI接口，S7-1500不再支持。现场大多数MPI协议都是用在和HMI设备以及上位机通信方面，理论上通过更换HMI设备或者使用电脑网卡然后通过以太网来实现。少量应用在全局通信的MPI，可以使用以太网进行替代。此外，如果有和S7-200通信的，可以通过替换为S7-200 SMART然后通过以太网来实现。
DP接口是S7-300系列最主流的接口。CPU 1515及以下系列不再配备DP通信口，需要通过扩展DP模块实现。对于CPU 1516及以上系列，虽然配置了DP通信口，但是如果要作为DP从站，同样需要通过扩展DP模块实现。
对于以太网接口，S7-1500除了不支持PROFINET CBA以外，基本可以无缝更换。并且S7-1500拥有更好的性能和更多的通信资源，还能够支持更多的通信协议。
PtP接口，这个只有很少的S7-300C CPU集成，S7-1500可以通过增加基本型的串口模块扩展该接口。
工作存储器：
这是产品替代时需要重点考虑的问题，毕竟功能不够，可以增加模块实现，但是工作存储器满了，那就只能更换CPU了。S7-300和S7-1500之间没有一个准确的存储器占用换算关系。不过官方的文档中有一个CPU替代表格可供参考，如下表所示。
详细信息可以通过官方链接获取：
https://support.industry.siemens.com/cs/us/en/view/10947881
运算速度：
很多时候，虽然功能能满足，程序也能装的下，但是CPU扫描周期长会影响产线节拍。这时就需要考虑CPU运算速度。一般来说，运算速度可以用位运算时间和浮点运算时间来衡量，表2和表3列举出了每一种CPU（ 1500 V2.9 版本）的位运算和浮点运算典型时间的对比，对照表1的替代方案来说，都可以做到运算速度显著提升。
通信资源：
CPU都有其内置通信资源，包括PROFIBUS DP从站数量、IO设备数量、连接资源（S7、开放式通信、HMI等）等，替代时通常需要考虑。和运算速度一样，新一代S7-1500的通信连接资源要显著高于表1对应的S7-300，参考表4所示（CPU 1500 V2.9 版本）。即使是CPU317与CPU319可能会因为同时支持两个DP网络带来的更多DP从站，S7-1500系列也可以通过增加CM1542-5扩展模块去连接更多的DP从站。
存储卡：
S7-300系列和S7-1500系列的存储卡都是作为装载存储器使用，但是存储内容有所区别。S7-300只是下载程序、组态、配方、文本列表、Web页面等，但不包含任何变量符号和注释。所以存储卡很小，最大只有8MB。S7-1500系列支持全部下载。所以S7-1500存储卡最小4MB，最大可以到32GB。这里推荐CPU 1513及以下选择12MB存储卡，CPU 1516及以下选择24MB存储卡，CPU 1517及以上选择 256MB 存储卡，当然根据需要可以再调整，毕竟存储卡更换相对容易。
内置功能：
CPU 300C系列，自带工艺功能，如果还要使用类似功能，那需要CPU 1500C来替代，详细的内容将在下篇文章中介绍。
03
扩展机架以及分布式IO
IO的替代对整体的影响相对较小。毕竟一般在S7-300上可以使用的IO模块在S7-1500上也可以使用，所以可以逐步替代。通常这一部分替代会考虑以下五个方面：
扩展机架：
S7-300支持扩展机架，这是一种低成本扩展IO的方案。现在到了S7-1500时代，这种方案已经淘汰。通过PROFINET IO可以轻松扩展出很多机架，即使只在主机架上，也能安装最多30个扩展IO，唯一需要注意的是机架中模块如果过多的话需要考虑配置系统电源。
分布式：
S7-300时代常用的分布式ET200M、ET200S，建议替换成为对应版本的ET200MP和ET200SP。此外如果可能的话，建议将DP接口换成PN接口的接口模块。PROFINET相对PROFIBUS，抗干扰能力更强、通信速率更快、扩展性也更好。
ET200MP有1种DP接口模块，IM155-5 DP ST可以替代IM153-1、IM153-2。ET200MP有3种PN接口模块，一般可以使用IM155-5 PN ST替代IM153-4 PN ST和IM153-4 PN HF。
如果需要替代使用有源背板的ET200M，目前只能使用IM155-5 PN HF。ET200SP有1种DP接口模块，IM 155-6 DP HF可以替代各式各样的ET200S DP接口模块。ET200SP有5种PN接口模块，一般可以直接使用IM155-6 PN ST替代IM151-3 PN ST，IM155-6 PN/2 HF替代IM151-3 PN HF，IM155-6 PN HS替代IM151-3 PN HS。
普通IO：
这个替代相对简单，数字量主要看点数和有没有特殊功能。模拟量主要看点数、测量类型以及有没有特殊功能等，其他值得注意的是ET200S的模块点数较少，可以合并后替代。因为模块种类太多，表5-10只列举ET200M IO较为常用的替代关系，表中注明了模块短名称以及订货号中间五位（x为数字），请仔细校对避免替换时弄错。ET200S 替代类似于 ET200M，这里就不展开列举了。
电源：
ET200S系列有各式各样的电源模块，最常用的有PM-E，到了ET200SP以后全部取消。更换成现在的白色电源底座。一般情况下需要在第一个模块的位置和后面适当的位置使用白色电源底座，用于负载供电，或者传感器电源等，具体主要取决于负载电流。对于特殊模块，可以使用选型工具（TIA Selection Tool）配置合适的底座。TIA Selection Tool下载地址：https://support.industry.siemens.com/cs/cn/zh/view/109767888
ET200MP系列与S7-1500主机架因为支持模块更多，所以可能会导致系统电源不够。也可以在最左边或者机架中间增加系统电源（PS），选型也可以在上面提到的选型工具中确定是否需要增加。而以前常用的PS307的S7-1500系列替代品是负载电源，一般使用S7-1500系列专用的PM电源或者SITOP电源替代，这个需要注意。
有源背板：
和ET200M不同，ET200MP目前如果需要使用有源背板，需要使用IM155-5 PN HF接口模块V4.4以上的版本才可以。目前有3种底板，分别用于最多12个模块、8个模块与4个模块（不包含接口模块），选型相对以前的ET200M更加简单，没有特殊附件。
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