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西門子PLC的發(fā)展史 

SIMATIC商標(biāo)S7-200是西德西門子公司的產(chǎn)品之一，其注冊(cè)商標(biāo)為SIMATIC。1．西門子公司的產(chǎn)品早是1975年投放市場(chǎng)的SIMATIC S3，它實(shí)際上是帶有簡(jiǎn)單操作接口的二進(jìn)制控制器；2．1979年，S3系統(tǒng)被SIMATIC S5所取代，該系統(tǒng)廣泛地使用了微處理器；3．20世紀(jì)80年代初，S5系統(tǒng)進(jìn)一步升級(jí)——U系列PLC，較常用機(jī)型：S5-90U、95U、100U、115U、135U、155U4．1994年4月，S7系列誕生，它具有更國(guó)際化、更高性能等級(jí)、安裝空間更小、更良好的WINDOWS用戶界面等優(yōu)勢(shì)，其機(jī)型為：S7-200、300、4005．1996年，在過(guò)程控制領(lǐng)域，西門子公司又提出PCS7（過(guò)程控制系統(tǒng)7）的概念，將其優(yōu)勢(shì)的WINCC（與WINDOWS兼容的操作界面）、PROFIBUS（工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線）、COROS（監(jiān)控系統(tǒng)）、SINEC（西門子工業(yè)網(wǎng)絡(luò)）及控調(diào)技術(shù)溶為一體6．現(xiàn)在，西門子公司又提出TIA（Totally Integrated Automation）概念，即全集成自動(dòng)化系統(tǒng)，將PLC技術(shù)溶于全部自動(dòng)化領(lǐng)域。

西門子S7-200系列PLC數(shù)字量I/O擴(kuò)展模塊

常用的數(shù)字量輸入／輸出擴(kuò)展模塊有三類，即輸入擴(kuò)展模塊、輸出擴(kuò)展模塊、輸入/輸出擴(kuò)展模塊。S7-200系列PLC數(shù)字量I/O擴(kuò)展模塊如表1所列。

      表1 S7-200系列PLC數(shù)字量I/O擴(kuò)展模塊

SIMATIC PM 1207 單相負(fù)載電源（PM = 電源模塊）帶輸入電壓范圍自動(dòng)選擇功能。其設(shè)計(jì)和功能佳適用于 SIMATIC S7-1200 PLC。 它可通過(guò) 24 V 輸入向 CPU 供電，以及向信號(hào)模塊和與模塊連接的 24 V 負(fù)載供電。 通過(guò)全面認(rèn)證（如 UL、ATEX 或 GL），可以通用。

• 這些負(fù)載電源可直接固定到 S7-1200 安裝導(dǎo)軌上（不連接到背板總線），并可直接安裝到 CPU 的左側(cè)（無(wú)需留出安裝間隙）
• LED 狀態(tài)指示燈，用于指示“24 V 正?！?
• 兩個(gè) 24 VDC 輸出端子，用于連接 24 V 用電裝置

• 通過(guò)自動(dòng)范圍切換，可連接到所有單相電網(wǎng) (120 V AC/230 V AC)
• 短時(shí)電源故障緩沖
• 可并聯(lián)兩個(gè)負(fù)載電源以提高性能

西門子S7系列PLC的主要種類及應(yīng)用軟件

德國(guó)西門子（SIEMENS）公司生產(chǎn)的可編程序控制器在我國(guó)的應(yīng)用也相當(dāng)廣泛，在冶金、化工、印刷生產(chǎn)線等領(lǐng)域都有應(yīng)用。西門子（SIEMENS）公司的PLC產(chǎn)品包括LOGO，S7-200，S7-300，S7-400，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，HMI人機(jī)界面，工業(yè)軟件等。

西門子S7系列PLC體積小、速度快、標(biāo)準(zhǔn)化，具有網(wǎng)絡(luò)通信能力，功能更強(qiáng)，可靠性更高。S7系列PLC產(chǎn)品可分為微型PLC（如S7-200），小規(guī)模性能要求的PLC（如S7-300）和中、高性能要求的PLC（如S7-400）等。

1．SIMATIC S7-200 PLC

S7-200 PLC是超小型化的PLC，它適用于各行各業(yè)，各種場(chǎng)合中的自動(dòng)檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制等。S7-200 PLC的強(qiáng)大功能使其無(wú)論單機(jī)運(yùn)行，或連成網(wǎng)絡(luò)都能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制功能。

    S7-200PLC可提供4個(gè)不同的基本型號(hào)與8種CPU可供選擇使用。

2．SIMATIC S7-300 PLC

    S7-300是模塊化小型PLC系統(tǒng)，能滿足中等性能要求的應(yīng)用。各種單獨(dú)的模塊之間可進(jìn)行廣泛組合構(gòu)成不同要求的系統(tǒng)。與S7-200 PLC比較，S7-300 PLC采用模塊化結(jié)構(gòu)，具備高速（0.6~0.1μs）的指令運(yùn)算速度；用浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算比較有效地實(shí)現(xiàn)了更為復(fù)雜的算術(shù)運(yùn)算；一個(gè)帶標(biāo)準(zhǔn)用戶接口的軟件工具方便用戶給所有模塊進(jìn)行參數(shù)賦值；方便的人機(jī)界面已經(jīng)集成在S7-300操作系統(tǒng)內(nèi)，人機(jī)對(duì)話的編程要求大大減少。SIMATIC人機(jī)界面（HMI）從S7-300中取得數(shù)據(jù)，S7-300按用戶指定的刷新速度傳送這些數(shù)據(jù)。S7-300操作系統(tǒng)自動(dòng)地處理數(shù)據(jù)的傳送；CPU的智能化的診斷系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)的功能是否正常、記錄錯(cuò)誤和特殊系統(tǒng)事件（例如：超時(shí)，模塊更換，等等）；多級(jí)口令保護(hù)可以使用戶高度、有效地保護(hù)其技術(shù)機(jī)密，防止未經(jīng)允許的復(fù)制和修改；S7-300 PLC設(shè)有操作方式選擇開(kāi)關(guān)，操作方式選擇開(kāi)關(guān)像鑰匙一樣可以拔出，當(dāng)鑰匙拔出時(shí)，就不能改變操作方式，這樣就可防止非法刪除或改寫用戶程序。具備強(qiáng)大的通信功能，S7-300 PLC可通過(guò)編程軟件Step 7的用戶界面提供通信組態(tài)功能，這使得組態(tài)非常容易、簡(jiǎn)單。S7-300 PLC具有多種不同的通信接口，并通過(guò)多種通信處理器來(lái)連接AS-I總線接口和工業(yè)以太網(wǎng)總線系統(tǒng)；串行通信處理器用來(lái)連接點(diǎn)到點(diǎn)的通信系統(tǒng)；多點(diǎn)接口（MPI）集成在CPU中，用于同時(shí)連接編程器、PC機(jī)、人機(jī)界面系統(tǒng)及其他SIMATIC S7/M7/C7等自動(dòng)化控制系統(tǒng)。

3． SIMATIC S7-400 PLC

S7-400 PLC是用于中、性能范圍的可編程序控制器。

S7-400 PLC采用模塊化無(wú)風(fēng)扇的設(shè)計(jì)，可靠耐用，同時(shí)可以選用多種級(jí)別（功能逐步升級(jí)）的CPU，并配有多種通用功能的模板，這使用戶能根據(jù)需要組合成不同的專用系統(tǒng)。當(dāng)控制系統(tǒng)規(guī)模擴(kuò)大或升級(jí)時(shí)，只要適當(dāng)?shù)卦黾右恍┠０澹隳苁瓜到y(tǒng)升級(jí)和充分滿足需要。

4． 工業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò)

通訊網(wǎng)絡(luò)是自動(dòng)化系統(tǒng)的支柱，西門子的全集成自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)提供了從控制級(jí)一直到現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的一致性通訊，“SIMATIC NET”是全部網(wǎng)絡(luò)系列產(chǎn)品的總稱，他們能在工廠的不同部門，在不同的自動(dòng)化站以及通過(guò)不同的級(jí)交換數(shù)據(jù)，有標(biāo)準(zhǔn)的接口并且相互之間完全兼容。

5． 人機(jī)界面（HMI）硬件

HMI硬件配合PLC使用，為用戶提供數(shù)據(jù)、圖形和事件顯示，主要有文本操作面板TD200（可顯示中文），OP3，OP7，OP17等；圖形/文本操作面板OP27，OP37等，觸摸屏操作面板TP7，TP27/37，TP170A/B等；SIMATIC面板型PC670等。個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC）也可以作為HMI硬件使用。HMI硬件需要經(jīng)過(guò)軟件（如ProTool）組態(tài)才能配合PLC使用。

6． SIMATIC S7工業(yè)軟件

西門子的工業(yè)軟件分為三個(gè)不同的種類：

（1）編程和工程工具  編程和工程工具包括所有基于PLC或PC用于編程、組態(tài)、模擬和維護(hù)等控制所需的工具。STEP 7標(biāo)準(zhǔn)軟件包SIMATIC S7是用于S7-300/400，C7 PLC和SIMATIC WinAC基于PC控制產(chǎn)品的組態(tài)編程和維護(hù)的項(xiàng)目管理工具，STEP 7-Micro/WIN是在Windows平臺(tái)上運(yùn)行的S7-200系列PLC的編程、在線仿真軟件。

（2）基于PC的控制軟件  基于PC的控制系統(tǒng)WinAC允許使用個(gè)人計(jì)算機(jī)作為可編程序控制器（PLC）運(yùn)行用戶的程序，運(yùn)行在安裝了Windows NT4.0操作系統(tǒng)的SIMATIC工控機(jī)或其它任何商用機(jī)。WinAC提供兩種PLC，一種是軟件PLC，在用戶計(jì)算機(jī)上作為視窗任務(wù)運(yùn)行。另一種是插槽PLC（在用戶計(jì)算機(jī)上安裝一個(gè)PC卡），它具有硬件PLC的全部功能。WinAC與SIMATIC S7系列處理器完全兼容，其編程采用統(tǒng)一的SIMATIC編程工具（如STEP 7），編制的程序既可運(yùn)行在WinAC上，也可運(yùn)行在S7系列處理器上。

（3）人機(jī)界面軟件  人機(jī)界面軟件為用戶自動(dòng)化項(xiàng)目提供人機(jī)界面（HMI）或SCADA系統(tǒng)，支持大范圍的平臺(tái)。人機(jī)界面軟件有兩種，一種是應(yīng)用于機(jī)器級(jí)的ProTool，另一種是應(yīng)用于監(jiān)控級(jí)的WinCC。

ProTool適用于大部分HMI硬件的組態(tài)，從操作員面板到標(biāo)準(zhǔn)PC都可以用集成在STEP 7中的ProTool有效地完成組態(tài)。ProTool/lite用于文本顯示的組態(tài)，如：OP3，OP7，OP17，TD17等。ProTool/Pro用于組態(tài)標(biāo)準(zhǔn)PC和所有西門子HMI產(chǎn)品，ProTool/Pro不只是組態(tài)軟件，其運(yùn)行版也用于Windows平臺(tái)的監(jiān)控系統(tǒng)。

WinCC是一個(gè)真正開(kāi)放的，面向監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集的SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）軟件，可在任何標(biāo)準(zhǔn)PC上運(yùn)行。WinCC操作簡(jiǎn)單，系統(tǒng)可靠性高，與STEP 7功能集成，可直接進(jìn)入PLC的硬件故障系統(tǒng)，節(jié)省項(xiàng)目開(kāi)發(fā)時(shí)間。它的設(shè)計(jì)適合于廣泛的應(yīng)用，可以連接到已存在的自動(dòng)化環(huán)境中，有大量的通信接口和全面的過(guò)程信息和數(shù)據(jù)處理能力，其新的WinCC5.0支持在辦公室通過(guò)IE瀏覽器動(dòng)態(tài)監(jiān)控生產(chǎn)過(guò)程。

西門子S7-400PLC 6ES7407-0KA02-0AA0

Design

IM154-8 PN/DP CPU 智能接口模塊包含兩個(gè)部件：

• IM154-8 PN/DP CPU (6ES7154-8ABxx-0AB0) 和
• CM IM PN DP M12 7/8” 連接模塊 (6ES7194-4AN00-0AA0)

兩個(gè)部件均可單獨(dú)訂購(gòu)。

IM 154-8 PN/DP CPU 接口模塊具有：

• 3 個(gè) PROFINET 端口 (2 x M12, 1 x RJ45)
• 2 個(gè) MPI/PROFIBUS 連接 (輸入和輸出, M12)
• 集成 CPU 具有 S7-300 CPU 315-2 PN/DP 的性能
• RUN/STOP 開(kāi)關(guān)和 RJ45 PROFINET 端口，位于密封蓋后
• SIMATIC 微存儲(chǔ)卡, 位于連接模板下方

• 密碼保護(hù)；
  通過(guò)密碼，可保護(hù)用戶程序免受未經(jīng)授權(quán)的訪問(wèn)。
• 函數(shù) (FC) 
  和功能塊 (FB) 可以通過(guò) S7 塊加密功能加密存儲(chǔ)于 CPU 以保護(hù)專有技術(shù)。
• 診斷緩沖區(qū)
  中可存儲(chǔ)后 500 條錯(cuò)誤和中斷事件，其中的 100 條事件可以長(zhǎng)期存儲(chǔ)。
• 免維護(hù)數(shù)據(jù)備份；
  如果電源發(fā)生故障，CPU 會(huì)自動(dòng)將保留的數(shù)據(jù)（多可達(dá) 128 KB），這樣一旦電源再次接通，數(shù)據(jù)依然能被使用。

可組態(tài)的參數(shù)屬性

STEP 7可用于對(duì)S7組態(tài)設(shè)置參數(shù)以及設(shè)置CPU的屬性和響應(yīng)參數(shù)：

• I/O 設(shè)定：型號(hào)和范圍
• 概要：定義名稱、工廠名稱和位置名稱
• 準(zhǔn)備工作：定義 CPU 的調(diào)試特性和監(jiān)視時(shí)間
• 同步循環(huán)中斷；設(shè)置 DP 主站系統(tǒng)/IO 系統(tǒng)編號(hào)、過(guò)程映像分區(qū)編號(hào)和延時(shí)時(shí)間
• 循環(huán)/時(shí)鐘存儲(chǔ)器：定義大循環(huán)時(shí)間和負(fù)載以及自檢測(cè)功能設(shè)置時(shí)鐘存儲(chǔ)器地址
• 保持性：定義具有保持功能的存儲(chǔ)位、計(jì)數(shù)器、定時(shí)器和數(shù)據(jù)塊的數(shù)量
• 日期時(shí)間中斷：設(shè)定起始日期、起始時(shí)間和間隔周期。
• 循環(huán)中斷：周期設(shè)定
• 系統(tǒng)診斷：定義診斷報(bào)文的處理和范圍
• 時(shí)鐘：設(shè)定 AS 內(nèi)或 MPI 上的同步方式
• 保護(hù)等級(jí)：指定對(duì)程序和數(shù)據(jù)的訪問(wèn)權(quán)。
• 通信：預(yù)留連接資源
• Web：CPU 的 Web 器設(shè)置
• MPI/PROFIBUS DP接口設(shè)置接口類型。定義節(jié)點(diǎn)地址對(duì)操作模式進(jìn)行參數(shù)化，并組態(tài)使用 PROFIBUS DP 時(shí)的傳輸區(qū)對(duì)時(shí)間同步進(jìn)行參數(shù)化
• PROFIBUS DP 主站/從站接口：針對(duì)分布式 I/O 的用戶自定義地址分配。對(duì)操作模式進(jìn)行參數(shù)化，并組態(tài)使用 PROFIBUS DP 時(shí)的傳輸區(qū)。對(duì)時(shí)間同步進(jìn)行參數(shù)化
• PROFINET接口：設(shè)置地址。對(duì) PROFINET 屬性、PROFINET 上的 I-Device 功能、使用 NTP 步驟的時(shí)間同步、介質(zhì)冗余和 KeepAlive 功能進(jìn)行參數(shù)化。
• 參數(shù)化端口 1、端口 2 和端口 3

顯示功能與信息功能

狀態(tài)和錯(cuò)誤指示；
LED 指示,硬件、編程、時(shí)間、I/O 或 總線錯(cuò)誤，以及工作狀態(tài)，如運(yùn)行、停止和重啟。護(hù)報(bào)警導(dǎo)和 PROFINET 連接/動(dòng)作

測(cè)試功能；
編程設(shè)備可用于顯示在程序執(zhí)行過(guò)程中的信號(hào)狀態(tài)、獨(dú)立地于用戶程序之外修改過(guò)程變量并輸出存儲(chǔ)器堆棧的內(nèi)容。

信息功能；
編程設(shè)備能使用戶獲得有關(guān)存儲(chǔ)容量和 CPU 工作狀態(tài)，以及工作內(nèi)存和負(fù)載內(nèi)存的當(dāng)前負(fù)荷，當(dāng)前的循環(huán)時(shí)間和診斷緩沖器內(nèi)容等方面的信息（純文本）。

集成通信功能

• 編程器/OP 通信
• 共享數(shù)據(jù)通訊
• S7 基本通信
• S7 通信
• S5 兼容通信
• 路由
• 數(shù)據(jù)集路徑
• PROFIBUS DP 主站/從站
• 通過(guò) TCP/IP、UDP 和 ISO-on-TCP (RFC1006) 進(jìn)行開(kāi)放式通信
• PROFINET IO 控制器
• PROFINET 智能設(shè)備
• PROFINET CBA
• Web 器

系統(tǒng)功能

CPU 可以提供大量的系統(tǒng)功能，用于診斷、參數(shù)化、同步、中斷、時(shí)間測(cè)量等。請(qǐng)參考手冊(cè)了解詳情。

西門子PLC高速計(jì)數(shù)器的控制字和狀態(tài)字介紹

. 控制字節(jié)

定義了計(jì)數(shù)器和工作模式之后，還要設(shè)置高速計(jì)數(shù)器的有關(guān)控制字節(jié)。每個(gè)高速計(jì)數(shù)器均有一個(gè)控制字節(jié)，它決定了計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)允許或禁用，方向控制（僅限模式0、1和2）或?qū)λ衅渌Ｊ降某跏蓟?jì)數(shù)方向，裝入當(dāng)前值和預(yù)置值。控制字節(jié)每個(gè)控制位的說(shuō)明如表7所示。

2. 狀態(tài)字節(jié)

每個(gè)高速計(jì)數(shù)器都有一個(gè)狀態(tài)字節(jié)，狀態(tài)位表示當(dāng)前計(jì)數(shù)方向以及當(dāng)前值是否大于或等于預(yù)置值。每個(gè)高速計(jì)數(shù)器狀態(tài)字節(jié)的狀態(tài)位如表8所示。狀態(tài)字節(jié)的0-4位不用。監(jiān)控高速計(jì)數(shù)器狀態(tài)的目的是使外部事件產(chǎn)生中斷，以完成重要的操作。

表7   HSC的控制字節(jié)

表8  高速計(jì)數(shù)器狀態(tài)字節(jié)的狀態(tài)位

• 用于 SIMATIC S7-400H 和 S7-400F/FH。
• 可用于 S7-400H 容錯(cuò)系統(tǒng)
• 可通過(guò) F 運(yùn)行版授權(quán)作為具有 F 功能的 CPU 在 S7-400F/FH 安全相關(guān)系統(tǒng)中使用
• 帶偶集成的 PROFIBUS DP 主站和組合 MPI/PROFIBUS DP 主站接口
• 帶集成 PROFINET 接口（2 端口交換機(jī)）
• 帶兩個(gè)用于 Sync 模塊的插槽

CPU 416-5H 可用于 SIMATIC S7-400H 和 S7-400F/FH。它可建立故障容錯(cuò) S7-400H 系統(tǒng)。也可結(jié)合 F 運(yùn)行授權(quán)一起用于 S7-400F/FH 故障安全自動(dòng)化系統(tǒng)。

內(nèi)置的 PROFIBUS-DP 接口使它能夠作為主站直接連接到 PROFIBUS-DP 現(xiàn)場(chǎng)總線。

基于帶交換機(jī)功能的內(nèi)置 PROFINET 接口，提供 2 個(gè)可外部訪問(wèn)的 PROFINET 端口。這樣，可實(shí)現(xiàn)線性或環(huán)形結(jié)構(gòu)。

• CPU 用于 SIMATIC S7-400H 和 S7-400F/FH
• 可在高可用性 S7-400H 系統(tǒng)中使用
• 可結(jié)合故障安全 S7-400F/FH 系統(tǒng)中的 F-Runtime 授權(quán)和 F 兼容 CPU 使用
• 帶有集成 PROFIBUS DP 主站接口
• 帶有 2 個(gè)用于同步模塊的插槽

CPU 417-5H 是用于 SIMATIC S7-400H 和 S7-400 F/FH 的功能強(qiáng)大的 CPU， 可以用于實(shí)現(xiàn) S7-400H 高可用性系統(tǒng)。也可結(jié)合 F 運(yùn)行授權(quán)一起用于 S7-400F/FH 故障安全自動(dòng)化系統(tǒng)。

通過(guò)內(nèi)置 PROFIBUS-DP 接口，還可使它作為主站，直接連接到 PROFIBUS-DP 現(xiàn)場(chǎng)總線。

基于帶交換機(jī)功能的內(nèi)置 PROFINET 接口，提供 2 個(gè)可外部訪問(wèn)的 PROFINET 端口。這樣，可實(shí)現(xiàn)總線性或環(huán)形結(jié)構(gòu)。