シメンス S7-1200 vs S7-1500:PLCはあなたのプロジェクトに適している?

Siemens S7-1200 と S7-1500: どちらの PLC があなたのプロジェクトに適していますか?

Siemens SIMATIC S7-1200 と S7-1500 プログラマブル ロジック コントローラーのどちらかを選択するオートメーション エンジニア、OEM 機械ビルダー、システム インテグレーターのための実用的な比較。

1. はじめに

シーメンス PLC に関するほぼすべての制御キャビネットの議論に参加すると、すぐに次のような疑問が生じます。S7-1200 か S7-1500 か?どちらも Siemens の SIMATIC ファミリに属しており、どちらも TIA ポータルで実行され、どちらも PROFINET をサポートしています。そのため、選択は主に予算の問題であると想定するのが簡単です。実際には、この決定を誤ると現実的な問題が発生します。S7-1200 を限界を超えて使用すると、エンジニアリングの悩みが生じます。一方、シンプルなポンプ パネルの S7-1500 は、必要のないところにお金が費やされてしまいます。

この記事では、パフォーマンス、I/O 容量、通信、モーション制御、統合にわたる実際の違いを詳しく説明し、S7-1500 の監視下で PROFINET I-Device として機能する S7-1200 の実際の構成例を示します。このパターンは実際によく現れるので、システム アーキテクチャを最終決定する前に理解しておく価値があります。

2. 製品概要

2.1 シーメンス SIMATIC S7-1200

S7-1200 は、コンパクトな設置面積、オンボード I/O、簡単なプログラミングが重要となる小規模から中規模のオートメーションをターゲットとしています。これは、スタンドアロン マシン、ビルディング オートメーション、および I/O カウントが管理可能でサイクル タイム要件が極端ではないプロセス ラインのデフォルトの選択肢となっています。

CPU ラインナップは 1211C から 1217C まであり、実用的な範囲のデジタルおよびアナログ I/O をカバーします。 1215C および 1217C には、2 番目の PROFINET ポートとわずかに多くのメモリが追加されます。信号モジュール、信号ボード、および通信モジュールは、必要に応じてベース CPU を拡張します。

•ワークメモリ: 50 KB (CPU 1211C) ～ 150 KB (CPU 1217C)

•オンボード I/O: CPU の種類に応じて 6 ～ 14 DI、4 ～ 10 DO、0 ～ 2 AI

•モーションコントロール: 基本的な位置決めアプリケーション向けに最大 4 ～ 6 軸の PTO 軸

•PROFINET: ほとんどのモデルで 1 ポート。 1215C および 1217C の 2 ポート

•I-Device サポート: ファームウェア V4.0 以降で利用可能

•プログラミング: LAD、FBD、STL、SCL、TIA ポータル経由の GRAPH

2.2 シーメンス SIMATIC S7-1500

S7-1500 は、大規模な I/O 数、高速サイクル タイム、高度なモーション、プラントレベルの通信、産業用サイバーセキュリティなど、要求の厳しいアプリケーション向けに設計されています。フロントパネルのディスプレイだけで、ラップトップを使用せずにオンサイト診断が重要な現場向けに構築された、対象環境を示します。

この範囲は 1511 (175 KB、エントリ ポイント) から 1518 (4 MB+、ミリ秒未満のスキャン時間) まであり、SIL 定格の安全アプリケーション向けのフェールセーフ F バリアントが付いています。 S7-1200 とは異なり、オンボード I/O はなく、すべてが信号モジュールを介して接続されるため、拡張が簡単になります。

•ワークメモリ: 175 KB 最大 4 MB+ (CPU に応じて)

•I/O: オンボード I/O なし。すべて信号モジュールまたは分散型 ET 200 I/O 経由

•モーションコントロール: 高度なモーションライブラリによる最大 128 軸

•PROFINET: 2 ～ 4 ポート。 OPC UAサーバーをCPUに内蔵

•サイバーセキュリティ: 完全性チェック、アクセス保護、暗号化通信

•ディスプレイ: エンジニアリング ソフトウェアを使用しないライブ診断用のフロント パネル

3. 仕様比較

 

特徴	S7-1200	S7-1500
対象アプリケーション	中小規模の自動化	中規模から大規模/複雑な自動化
CPUモデル	1211C、1212C、1214C、1215C、1217C	1511、1513、1515、1516、1517、1518
ワークメモリ	50KB～150KB	175 KB – 4 MB+
オンボードI/O	あり (6 ～ 14 DI / 4 ～ 10 DO / 0 ～ 2 AI)	いいえ - 信号モジュールが必要です
最大I/Oポイント	最大 ~284 DI+DO (拡張あり)	数千 (ET 200 分散 I/O を使用)
モーションコントロール	最大4～6軸（PTO/HSC）	最大 128 軸 (アドバンスモーション)
PROFINETポート	1 (ほとんどの CPU) / 2 (1215C、1217C)	CPU に応じて 2 ～ 4 ポート
Iデバイスサポート	はい - ファームウェア V4.0+ 以降	はい — フル I-Device コントローラー
OPC UAサーバー	非内蔵（CPモジュールが必要）	はい — 内蔵 OPC UA サーバー
一体型ディスプレイ	いいえ	はい - フロントパネルディスプレイ
サイバーセキュリティ	基本（ノウハウ保護）	高度な (整合性チェック、アクセス保護)
サイクルタイム	通常 1 ～ 10 ミリ秒	ハイエンド CPU ではサブミリ秒
フェールセーフのバリアント	使用可能な F-CPU がありません	S7-1500Fシリーズ(SIL2/3)
価格レベル	ミッドレンジ	ハイエンド

 

表 1 — 機能ごとの比較。 S7-1200 での I-Device サポートには、ファームウェア V4.0 以降が必要です。

4. 深さにおける主な違い

4.1 メモリと処理速度

実際には、2 つのプラットフォーム間のメモリのギャップは大きくなります。 S7-1200 CPU 1214C には 100 KB のワークメモリが搭載されています。これは、ほとんどのマシンレベルのプログラムには十分ですが、広範なデータロギング、レシピ管理、または複雑な機能ブロックライブラリを使用するものには厳しいです。 S7-1500 は 175 KB から始まり、数メガバイトまで拡張できます。これは、プログラムが成長したり、複数のサブシステムから構造化データを取り込んだりするときに重要になります。

サイクルタイムも同様のことを物語っています。一般的な S7-1200 プログラムは 1 ～ 10 ミリ秒の範囲で実行され、コンベア制御、HVAC、またはポンプのシーケンスを問題なく処理します。 S7-1500 のハイエンド CPU は、ミリ秒未満のスキャン時間を実現します。これは、ミリ秒単位が出力品質に影響を与える閉ループ動作や高速プロセス調整に必要です。

4.2 I/O アーキテクチャ

S7-1200 のオンボード I/O は、モジュール数、配線数、パネルの小型化といった単純なアプリケーションにおいて真の利点を発揮します。プロジェクトが拡大するにつれて、それが制約になります。 S7-1200 の最大 I/O 拡張は数百ポイントに達します。 S7-1500 は、PROFINET 上の分散 ET 200SP または ET 200MP I/O と組み合わせることで、アーキテクチャを妥協することなく、複数のパネルおよびフィールド キャビネットにわたる数千のポイントを処理します。

4.3 モーションコントロール

どちらのコントローラーも、TIA ポータルのモーション コントロール ライブラリを通じてモーション コントロールをサポートしていますが、上限は大きく異なります。 S7-1200 は最大 4 ～ 6 個の PTO 軸を処理します。ラベル アプリケーター、小型ガントリー、またはインデックス テーブルに適しています。 S7-1500 は、特に PROFINET 経由で SINAMICS ドライブと組み合わせると、トルク フィードフォワード、電子カム プロファイル、および調整された多軸補間を備えた最大 128 軸をサポートします。

4.4 通信と接続性

PROFINET では、両方のコントローラーが IO コントローラーとして機能しますが、S7-1500 は CPU に組み込まれた OPC UA サーバー機能を追加します。追加のハードウェアやゲートウェイは必要ありません。工場がデータを SCADA、MES、またはクラウド分析にプッシュする場合、これは重要です。 S7-1200 では、OPC UA に別個の CP モジュールが必要となり、コストが増加し、潜在的な障害点が発生します。

4.5 サイバーセキュリティ

S7-1500 には、暗号化された通信と設定可能なアクセス レベルに加えて、プログラムの整合性チェック (CPU プログラムへの不正な変更を検出) が含まれています。 IT/OT セキュリティ要件がある規制業界またはサイトのプロジェクトの場合、この組み込み機能により外部セキュリティ アプライアンスを回避できます。 S7-1200 は、基本的なノウハウ保護とパスワード ロックを提供します。これは多くのアプリケーションには十分ですが、重要なインフラストラクチャや製薬オートメーションが通常要求するものには不十分です。

5. S7-1500 の PROFINET I デバイスとしての S7-1200: 構成例

定期的に登場する導入パターンの 1 つは、S7-1200 を S7-1500 IO コントローラの下のインテリジェント サブコントローラ (I デバイス) として使用することです。これは、システム全体を再設計することなく、独自のマシン ロジックを保護したり、処理負荷を分散したり、スタンドアロン マシンをプラント レベルのコントローラーに接続したりする場合に効果的です。

I-Device モード (ファームウェア V4.0 から利用可能) では、S7-1200 は、定義された転送領域を通じて S7-1500 とデータを交換しながら、独自のローカル プロセス (独自のユーザー プログラムを実行し、独自の I/O を管理) を処理します。 S7-1500 は、S7-1200 を標準 PROFINET IO デバイスとして認識し、S7-1200 の内部ロジックについて何も知らなくても、転送領域の読み取りと書き込みを行います。これは IP 保護の基礎でもあります。マシン ビルダーは S7-1200 プログラムを非公開にし、統合用の GSD ファイルのみを共有します。

5.1 設定パラメータ

 

パラメータ	値の例	説明
IOコントローラー	S7-1217C — 192.168.0.1	PROFINETネットワークを管理する上位PLC
Iデバイス	S7-1215C — 192.168.0.2	インテリジェントIOデバイス/サブコントローラーとして機能
デバイス名	Iデバイス	両方の TIA プロジェクト間で正確に一致する必要があります
サブネットマスク	255.255.255.0	ローカルネットワーク用の標準クラスC
転送エリア	QエリアからIエリアへのマッピング	コントローラとデバイス間のデータ交換領域
GSDファイル	I-Device プロジェクトからエクスポート	コントローラーと I-Device が別の TIA プロジェクトにある場合に必要
ファームウェア要件	S7-1200 V4.0以降	I-Device 機能は以前のファームウェアでは利用できません
優先スタート	オプション - 起動を高速化します	注: 「上位コントローラによる PN パラメータ」を有効にすると、IO コントローラとして機能する I-Device が同時に無効になります

 

表 2 — S7-1215C (I デバイス) と S7-1217C または S7-1500 (IO コントローラー) の間の一般的な I-Device セットアップ。

5.2 同一プロジェクト構成

両方の CPU が同じ TIA ポータル プロジェクト内にある場合、セットアップは簡単です。両方の CPU をネットワーク ビューに追加し、S7-1215C の動作モードを IO デバイスに設定し、IO コントローラーに割り当て、転送領域を定義します。 TIA ポータルはアドレスを自動的に割り当てますが、手動でオーバーライドすることもできます。

注目に値する 1 つの設定: 「上位 IO コントローラによって割り当てられた PN インターフェイス パラメータ」を有効にすると、PROFINET インターフェイス設定 (更新時間、ウォッチドッグ、メディア冗長性) の制御がコントローラ プロジェクトに渡されます。これは、I-Device が同時に IO コントローラーとして機能できなくなることも意味します。これは、混合デバイスの役割を計画するときにエンジニアを不意を突く制約です。

5.3 異なるプロジェクトの構成 (IP 保護)

異なるプロジェクトのアプローチは、IP 保護の標準的な選択です。 S7-1200 プロジェクトを設定してコンパイルし、GSD ファイルをエクスポートします。エクスポート オプションはハードウェア コンパイルが成功した後にのみ表示されるため、グレー表示されている場合は、最初にコンパイルしてください。 GSD を S7-1500 プロジェクトにインポートします。 I-Device は、他の PROFINET デバイスと同様にハードウェア カタログに表示されます。

GSD ファイル内のデバイス名は、S7-1200 プロジェクトに設定されている名前と正確に一致する必要があります。不一致は、このセットアップで最も一般的な試運転エラーです。エクスポートされた GSD ファイルの名前は変更しないでください。代わりに、TIA ポータル内で名前を変更してください。

5.4 コントローラとIデバイス間のデータ交換

データは、Q エリアから I エリアへのマッピングを使用して転送エリア内を移動します。実際的なアプローチは、転送領域のバイト レイアウトに一致するユーザー データ タイプ (UDT) を定義し、MOVE 命令を使用してデータの入出力をきれいに処理することです。 IO コントローラとして 1217C、I デバイスとして 1215C を使用したテスト済みの構成では、各転送領域は方向ごとに 6 バイトを占有しました。 1217C は 1215C の出力領域に直接書き込み、その入力領域を読み戻しました。つまり、S7-1200 がローカル ロジックを独立して実行し続けている間、事実上リモート I/O 制御でした。

5.5 一般的な障害と修正

 

症状	原因と修正
IO デバイスの障害 - デバイスが見つかりません	ネットワークに到達できません: 最初に Ping を実行します。パス内のスイッチが DCP プロトコルをサポートしていることを確認します。 I-Device 名がソース プロジェクトと正確に一致していることを確認します。
GSD エクスポート オプションがグレー表示される	エクスポート オプションがアクティブになる前に、ハードウェア構成が正常にコンパイルされている必要があります。
起動時のデバイス名の不一致	GSD ファイルには、I-Device プロジェクトからのデバイス名が含まれます。エクスポートされた GSD ファイルの名前を変更しないでください。代わりに、TIA 内で名前を変更します。
I-Device は IO コントローラーとして機能できません	「上位 IO コントローラによって割り当てられた PN インターフェイス パラメータ」を有効にすると、同時 IO コントローラの役割が無効になります。この設定を有効にする前に、デバイスの役割を計画してください。
転送領域データの不整合	プログラム内の Q-to-I エリア マッピングを確認します。 MOVE 命令を伴う UDT を使用して、バイト レイアウトを調整します。両方の PLC がダウンロードされ、実行されていることを確認します。
優先スタート不可（異なるプロジェクト）	まず「上位コントローラによる PN インターフェイス パラメータ」を有効にしてから、マスター (S7-1500) プロジェクト側からの優先開始を設定します。

 

表 3 — 一般的な PROFINET I-Device エラー。ほとんどの場合、デバイス名の不一致または不完全なコンパイル手順に遡ります。

6. 実際の応用例

6.1 S7-1200 — ポンプステーションの制御

水道事業では、3 つのパネルにわたる 12 個のポンプを備えたブースター ステーションを自動化する必要がありました。要件: リードラグシーケンス、圧力 PID 制御、流量モニタリング、Modbus TCP を介した SCADA 統合。 3 つの SM 1231 アナログ入力モジュールを備えた S7-1200 CPU 1215C がセンサーを処理しました。 CP 1243-1 モジュールは SCADA に Modbus TCP を提供しました。

プロジェクトのコストは、同等の S7-1500 ソリューションより 35% 低くなりました。内蔵の PID 機能ブロックはカスタム コードなしで圧力調整を処理し、1215C の 150 KB のワーク メモリは将来の拡張に備えた余裕を残しました。試運転には 3 日間かかりました。エンジニア 2 名で、動作や安全に関する専門知識は必要ありませんでした。

6.2 S7-1500 — 自動車組立ライン

自動車部品メーカーは、調整されたサーボ位置決め、ビジョン統合、および完全なトレーサビリティ ロギングを備えた 24 ステーションの組立ライン用のコントローラーを必要としていました。総I/Oが1,400点を超えました。 I-Device モードのステーションレベルの S7-1200 ユニットは、ローカル I/O とステーション ロジックを処理し、PROFINET 経由でステータス データを中央の S7-1516 に送信します。

S7-1516 の OPC UA サーバーはプラント MES に直接接続され、ミドルウェアを使用せずに生産数、サイクル タイム、障害コードをストリーミングします。ロボットセルの S7-1500F バリアントは、SIL 2 安全機能を提供しました。 S7-1516 は、8 ミリ秒未満の一貫したサイクル タイムで、4 つの同期ステーションにわたる 18 サーボ軸のモーション調整を管理しました。

7. 選び方: 意思決定ガイド

 

プロジェクトの要件	推奨	理由
I/O ポイントが 200 未満の小型マシン	S7-1200	オンボード I/O + コンパクト設計によりパネルコストを削減
HVAC、ポンプ、またはコンベア制御	S7-1200	内蔵の PID、モーション、Modbus でほとんどのニーズをカバー
予算重視の OEM プロジェクト	S7-1200	単価が低い。必要なモジュールが少なくなる
S7-1500のサブプロセスコントローラー	S7-1200	PROFINET 経由の I-Device モード — 理想的なサブコントローラーの役割
500以上のI/Oポイントまたはプラントレベルの制御	S7-1500	大容量メモリと分散 I/O の拡張が容易
多軸 CNC またはサーボモーション	S7-1500	最大 128 軸。 SINAMICSドライブと統合
OPC UA / クラウド / MES 統合	S7-1500	内蔵 OPC UA サーバー。追加のゲートウェイハードウェアは不要
1ms未満の高速サイクルタイムが必要	S7-1500	リアルタイムタスク用の高速CPU (1516、1518)
機能安全 SIL 2/3	S7-1500	認定された安全機能を備えたS7-1500Fシリーズ
ネットワークセキュリティは重要です	S7-1500	完全性チェック、暗号化された通信、アクセス保護

 

表 4 — 迅速な意思決定ガイド。境界線にあるプロジェクトの場合は、S7-1215C または S7-1217C から始めることを検討してください。どちらも I-Device モードをサポートしており、後で再配線せずに S7-1500 に従属させることができます。

7.1 次の場合には S7-1200 を選択してください。

•マシンの I/O ポイントは 300 未満で、大幅に増加することはありません

•アプリケーションでは 1 ～ 5 ms のサイクルタイムが許容可能

•オンボード I/O によりパネル設計が簡素化され、総モジュール数が削減されます

•このプロジェクトはコスト重視であり、高度な動作や安全性は必要ありません

•コントローラは上位システムのサブコントローラ（I-Device）として動作します。

7.2 次の場合には S7-1500 を選択してください。

•I/O数が300点を超える、または将来の大幅な拡張が予定されている

•6軸以上の多軸モーション制御が必要

•追加のハードウェアを使用せずに、SCADA、MES、またはクラウド システムへの OPC UA 接続が必要です

•サイバーセキュリティ、アクセス保護、またはプログラムの整合性検証は必須です

•高速プロセス制御にはミリ秒未満のスキャン時間が必要です

•機能安全 (SIL 2/3) は機械安全コンセプトの一部です

8. コストと総所有コスト

S7-1200 CPU 1214C の小売価格は、エントリーレベルの S7-1500 CPU 1511 のおよそ 30 ～ 40% です。単純なスタンドアロン マシンの場合、その差はまさにお金になります。しかし、総所有コストはプロジェクトの規模に応じて変化します。

•モジュール数: ET 200SP 分散 I/O を搭載した S7-1500 は、約 200 I/O ポイントを超えるとコスト効率が高くなります

•診断: S7-1500 の統合ディスプレイと豊富な障害情報により、オンサイトのトラブルシューティング時間が短縮されます。

•ゲートウェイのコスト: S7-1200 には OPC UA 用の CP モジュールが必要です。 S7-1500 にはネイティブに含まれています

•安全コスト: S7-1500F では、多くの機能で外部安全リレーが不要になります。コストの比較には完全な安全アーキテクチャが含まれます。

•長寿命: S7-1500 は、公開されている製品ライフサイクルが長く、シーメンスからのより広範なソフトウェア ロードマップを備えています。

定期的な機能追加で 10 ～ 15 年間稼働すると予想されるマシンの場合、S7-1500 のヘッドルームは初期費用に見合ったものになる傾向があります。単価が競争要因となる大量生産の OEM マシンにとって、S7-1200 に勝るものはありません。

9. 共通モデル参照

 

品番	モデル	主な仕様
6ES7212-1AE40-0XB0	S7-1200 CPU 1212C DC/DC/DC	8 DI / 6 DO / 2 AI — 75 KB メモリ
6ES7214-1AG40-0XB0	S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC	14 DI / 10 DO / 2 AI — 100 KB メモリ
6ES7215-1AG40-0XB0	S7-1200 CPU 1215C DC/DC/DC	14 DI / 10 DO / 2 AI — 125 KB — 2 PN ポート
6ES7217-1AG40-0XB0	S7-1200 CPU 1217C DC/DC/DC	14 DI / 10 DO / 2 AI — 150 KB — 2 PN ポート
6ES7511-1AK02-0AB0	S7-1500 CPU 1511-1 PN	175 KB メモリ — 1 PN ポート — エントリーレベル 1500
6ES7513-1AL02-0AB0	S7-1500 CPU 1513-1 PN	300 KB メモリ - 1 PN ポート
6ES7515-2AM02-0AB0	S7-1500 CPU 1515-2 PN	500 KB メモリ - 2 PN ポート
6ES7516-3AN02-0AB0	S7-1500 CPU 1516-3 PN/DP	1 MB メモリ - 2 PN + 1 DP ポート

 

表 5 — よく注文される商品番号。ファームウェアのバージョンと入手可能な地域は異なるため、常に Siemens TIA 選択ツールまたは正規代理店に確認してください。

結論

S7-1200 と S7-1500 は両方とも堅牢なプラットフォームです。問題は常に品質ではなく適合性です。

•S7-1200 = I/O とパフォーマンスの要求が範囲内に収まるコンパクトなマシン、スタンドアロン プロセス、コスト重視のプロジェクトに最適なコントローラー

•S7-1500 = I/O、速度、動作、接続性、またはセキュリティの点でアプリケーションが S7-1200 でできることを超えた場合に最適なコントローラー

セクション 5 で説明する I-Device 構成は、両方のプラットフォームを組み合わせることができる正当で十分にサポートされているアーキテクチャです。S7-1200 ユニットは分散サブプロセスを処理し、S7-1500 はシステム全体を管理します。多くの大規模な設備はまさにこの方法で実行されており、後から改造するのではなく、最初からそのように設計する価値があります。

どのプラットフォームがプロジェクトに適しているかわからない場合は、I/O 数、サイクル タイム要件、通信のニーズをチームと共有してください。当社は、完全なドキュメントと技術サポートを備えた正規の Siemens SIMATIC S7-1200 および S7-1500 ハードウェアを提供します。