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1、西门子自动化与驱动技术教育合作项目 全集成自动化(T I AA)解决方案培训教教材第一部分第一章章全集成自动化(T I AA)这个手册由西门门子自动化与与驱动集团教教育合作部(autommationn and drivee techhnologgy, Siiemenss A&D Coopeeratess withh Educcationn)以培训为为目的编写。西西门子对其内内容不做任何何形式的保证证。手册的传播或者者复制，包括括其内容的使使用与发表，仅仅作为公共教教育及职业培培训之用。其他情况需要西西门子自动化化与驱动集团团教育合作部部的书面许可可（Knusst先生，E-MMail:mmich
2、aeel.knuusthvvr.sieemens.de）。违违者必究。西西门子保留所所有权力，包包括翻译，以以及专利权、实实用新型或外外观设计专有有权。感谢Michaael Dzziallaas Enggineerring公司司、职业学校校的教师们，和和其他有关朋朋友为本手册册的编写做出出的贡献。 目录：1.前言442.什么是全全集成自动化化（TIA）53各种不同同的系统介绍绍73.1SIMMATIC可可编程序控制制器73.1.1SSIMATIIC S7-20073.1.2SSIMATIIC S7-30083.1.3SSIMATIIC S7-40093.2工业通通讯103.2.1工工业以太网1
3、13.2.2PPROFIBBUS123.2.3AAS-接口133.3人机界界面 (HMMI)143.4SIMMATIC 工业软件153.4.1SSTEP 77153.4.2SS7-GRAAPH编程语语言163.4.3SS7-HiGGRAPH编编程语言（状状态图形）173.4.4SS7- SCCL语句表编编程语言183.4.5SSoft- PLC SSIMATIIC WinnAC baasis19Controllling19Visualiizatioon20Computiing20Networkking203.4.6SSIMATIIC ProoTool / Proo213.4.7人人机界面系统统
4、SIMATTIC WiinCC223.5.驱动动技术243.6.Opperatiion annd insstallaation technnologyy27下面的符号代表表的含义：信息全集成自动化培训手册第 5 页 共 42 页第一部分第一章最终修订: 08/2004全集成自动化 (T I A)1.前言基本STEP 7 编程2-3天第一部分STEP 7 编程晋级2-3天第二部分工业总线系统2-3天第四部分序列编程2-3天第三部分过程可视化2-3天第六部分SIMATIC S7 IT-通讯1-2天第五部分第一部分第一章章作为STEEP 7编程程的基础，讲讲解怎样快速速的开始STTEP-7的的编程。
5、学习目的： 本文引入了全集集成自动化（TTIA）的概概念。因此读者应该对对这种全集成成自动化的几几个部分有一一个整体的了了解。这些部部分的应用程程序将在下面面的章节中加加以说明。 基本条件：这一章中用不到到应用软件，因因此完成这一一章没有什么么特殊的需要要。需要的硬件和软软件： 专用的硬件和软软件不在这里里使用，这一一章是从理论论上讲解。 全集成自动化培训手册第 7 页 共 42 页第一部分第一章最终修订: 08/2004全集成自动化 (T I A)2.什么是全全集成自动化化（TIA）全集成自动化立立足于一种新新的概念以实实现工业自动动控制任务。现现有的自动控控制解决方案案混合了许多多不同的系
6、统统技术和厂商商。可编程序序控制器应用用于现场领域域，在单元层层面上混合使使用微机和可可编程序控制制器，在系统统控制领域只只使用微机。至至今为止，这这些系统使用用完全不同形形式的软件和和用户界面是是一种惯例。这这些额外的差差异是由不同同厂商提供不不同的产品造造成的。这些不同的解决决方案，时常常导致通讯问问题的发生，数数据必须被读读写若干次，以以至于没有统统一的概念来来准备大量的的数据。基本本的想法是以以一个相容的的技术为基础础来解决个体体的问题。这这需要一个彻彻底的解决方方案和维护体体系。全集成自动化意意味着解决现现有的系统瓶瓶颈。所有的的设备和系统统都完整的嵌嵌入到一个彻彻底的自动控控制解决
7、方案案中，在这个个解决方案中中采用共同的的组态和编程程、共同的数数据管理和共共同的通讯。一个全集成自动动化系统有如如下特点：共享数据存储数据只被写入一一次然后由系系统为用户管管理（通过一一个可见的系系统或分布式式I/O在可可编程序控制制器和计算机机的内存中进进行操作）。如如果其他方面面需要这个数数据，软件会会在共享的数据库库中收集这个个数据。节省省了用于数据据格式一致性性检查的费用用。可升级的系统所有的固件和系系统使用一个个完整的标准准的软件工具具包，它们都都是可配置的的、可编程的的、可以操作作、调试并监监控的。用户户可以使用用用户界面下的的工具来进行行每一种解决决方案的操作作。开放的界面在系
8、统中通讯是是完整的，因因此数据可以以在几个系统统和构件中自自由转换。举举例来说，对对于可编程序序控制器的配配置来说，了了解下一个通通讯连接不是是很必要。网网络调节器的的设定只按照照配置选择标标准确定，并并且在任何时时候都是可更更改的。因此此不同自动化化解决方案的的分布式结构构不再是问题题。PROFFIBUS作作为系统总线线。完全的集成驱动技术完全的的集成。配置置、诊断和授授权都集成于于STEP 7中。费用的节省这种集成概念的的结果是使配配置、维护和和员工培训的的费用都将大大大节省。最最佳的硬件利利用使硬件的的花费减少。兼容性和模块化化自动化解决方案案还未构成一一个完整系统统，通过兼容容性和模块
9、化化，软件一次次安装后每次次的升级和扩扩展不论是集集中式的还是是分布似的都都不会发生问问题。 共享的数据库统一的标准共享享的数据库也也可以用于第第三方系统，OOPC（过程程控制的OLLE）允许基基于Winddows的服服务、观察和和控制系统对对数据经行处处理。较老的的S5程序可可以在转化后后使用。 全集成自动化培训手册第 10 页 共 42 页第一部分第一章最终修订: 08/2004全集成自动化 (T I A)3各种不同同的系统介绍绍这一章作为大部部分重要系统统的介绍：各种不同的系统统介绍这一章作为大部部分重要系统统的介绍： SIMATICC S7-2200/3000/4000 工业通讯 人机
10、界面 SIMATICC工业软件3.1SIMMATIC可可编程序控制制器3.1.1SSIMATIIC S7-200(图片1: SSIMATIIC S7-200)用用地球114页的图替替换SIMATICC S7-2200系列适适用于较低的的性能要求。添加最新的产品品介绍It is aavailaable iin varrious gradees. The CPUU is qqualiffied ffor oppen annd cloosed lloop ccontrool tassks inn machhines and ssystemm consttructiion. It is rreal t
11、time ccapablle andd offeers exxtensiive coommuniicatioon posssibillitiess overr a PRROFIBUUS or PC/PPPI caable aand ovver a free progrrammabble innterfaace prrotocool. The SIMMATIC S7-2000 offfers mmodulaar exttensibbilityy and integgratedd PID closeed looop conntrol functtions. The proogram softwwa
12、re SSTEP 77 Micrro/Winn enabbles aa quicck inttroducction in thhe proogrammming aand confiigurattion.3.1.2SSIMATIIC S7-300(Image 2: SIIMATICC S7-3300)SIMATICC S7-3300系列为为中档的性能能要求提供工工业控制解决决方案。添加最新的产品品介绍Propertties oof thee SIMAATIC SS7-3000 Programm memoory upp to 885 K iinstruuctionns Up to 11024 dd
13、igitaal in- and outpuuts Multipooint ccapablle intterfacce forr the confiigurattion oof smaaller netwoorks aand foor connfigurrationn withh help of a PC/PGG. Quick eexecuttion ttime iin whiich thhe perrformaance ccapablle CPUU execcutes 1024 binarry insstructtions insidde of 0.1 mms. Modularr conffi
14、guraation and qquick enhanncemennts arre posssiblee throough iinterfface mmodulees witth an integgratedd backk planne buss. Modularr exteensibiility throuugh ann exteensivee proggram mmodulee of ddigitaal, annalog, simuulatioon andd functtion mmodulees to commuunicattions and oother typess of mmodul
15、ees. Integraated ffunctiions: countters, posittioninng, cllosed loop contrrol, aand frrequenncy meeasuriing byy the CCPUs 3312/3114 IFMM. Integraated PPROFIBBUS innterfaace byy the 300 22-DP SSeriess. CPPU alsso usaable aas a sslave. Processsing oof exttensivve matthemattical formuulas. Preparaation
16、 of cyyclic HMI sservicce inttegratted innto thhe opeeratinng sysstem oof thee CPU. Quick aand siimple confiigurattion aand prrogrammming with help from STEP 7. Extensiive diiagnosstic ppossibbilitiies wiith heelp frrom STTEP 7. Errror meessagee bufffer wiith tiime sttamp and mmodulee diaggnostiic h
17、ellp thee userr duriing errror ssearchhing. 3.1.3SSIMATIIC S7-400(Image 3: SIIMATICC S7-4400)SIMATICC S7-4400系列为为高端的性能能要求提供解解决方案。添加最新的产品品介绍Propertties oof thee SIMAATIC SS7-4000 Programm memoory upp to 6660 K instrructioons. Up to 11310566 digiital iin- annd outtputs. Multipooint ccapablle intterfac
18、ce forr the confiigurattion oof smaaller netwoorks aand foor connfigurrationn withh help of thhe PC/PG. Quick eexecuttion ttime tthat tthe peerformmance capabble CPPU exeecutess 10244 binaary innstrucctionss insside oof 0.11 ms. Modularr conffiguraation and qquick enhanncemennts arre posssiblee thro
19、ough iinterfface mmodulees witth integgratedd backk planne buss. An exttensivve proogram modulle of digittal, aanalogg, simmulatiion annd funnctionn moduules tto commuunicattions and oother typess of mmodulees. Integraated PPROFIBBUS innterfaace byy the S7-4000 2-DDP Serries. The pprofille PROFIBUUS
20、-DP/FMS/PPA andd Induustriaal Ethhernett are useabble. Processsing oof exttensivve matthemattical formuulas. Preparaation of cyyclic HMI sservicce inttegratted innto thhe opeeratinng sysstem oof thee CPU. Quick aand siimple confiigurattion aand prrogrammming with help from STEP 7. Extensiive diiagno
21、sstic ppossibbilitiies wiith heelp frrom STTEP 7. Errror meessagee bufffer wiith tiime sttamp and mmodulee diaggnostiic hellp thee userr duriing errror ssearchhing3.2工业通通讯在过程控制领域域中可以通过过SIMATTIC网络、PROOFIBUSS、以太网或或者TCP/IP进行通通讯。SIMMATIC NET 系系列包含产品品不同性能特特征的分类。他他们通过一个个有效的系统统界面使数据据在各种不同同的层面、自自动控制设备备和驱动程序
22、序之间转换成成为可能。 (图1: 网络络金字塔图)3.2.1工工业以太网工业以太网用于于过程控制的的层面。快速速工业以太网网10 Mbbit/s to100 MMbit/ss的 传输速率使使在相连的节节点之间进行行快速的数据据转换成为可可能。传送可以通过同同轴电缆、双双绞线或者光光纤。工业以以太网有以下下优势： 通过简单的连接接技术可以进进行快速的授授权。 扩展现有的操作作系统使其在在操作中更加加实用。 通过转换技术调调节传输速率率使性能升级级成为可能。. 提供办公室环境境和生产环境境的联网。 提供WAN（广广域网）通讯讯，例如ISSDN 或interrnet的接接入。 持续一致的未来来发展计
23、划保保证了投资的的安全。(图 4: 工工业以太网的的组成)3.2.2PPROFIBBUSPROFIBUUS用于连接接分布式I/O或者驱动动器这样的现现场设备和SSIMATIIC S7这这样的工业控控制系统 。PROFIIBUS 是是一个性能优优越、集成、开开放的系统。它它建立在快速速反应、开放放界面之上，可可以适应不同同的协议。PROFIBUUS-DP可可以以高达112 Mbiit/s的电电子的或者光光纤的传输速速率连结分布布式I/O。PROFIBUUS-PA是是PROFIIBUS的固固有安全模式式，用于在暴暴露的现场（例例如化工厂）进进行指定的数数据传输。PROFIBUUS-FMSS在更高系
24、统统的现场领域域发挥强大的的作用，同时时也应用在单单元层面以及及过程控制领领域中不高的的实时要求。 An exteensivee prodduct ppallett for the pprotoccol vaariantts is availlable for tthe coonnecttion tto thee PROFFIBUS.用户可以STEEP 7软件件上对组态和和程序进行调调试。(图 5: 工工业以太网的的组成)3.2.3AAS-接口 阀门、传动动装置和驱动动器都在现场场领域中得到到应用。完全全不同的部分分必须通过自自动化技术来来进行控制。现现在一个指定定的带有ASS-接口的分分布式
25、I/OO来完成这项项工作。 执行器和传感器器通过一个双双股电缆与控控制器相连。数数据和电力通通过电缆进行行传送。 AS-接口的优优点查阅AS-接口口的技术资料料再添加 Panel ffree cconstrructioons 更高的防护等级级， IP 65 Wiring direcctly ffrom aa posiition Simplerr and more flexiible cconstrructioon witth 2 wwire ccabless withhout aappliccable speciial knnowleddge PROFIBUUS connnectiion ov
26、ver DPP/AS-IInterfface(图 6: AAS-接口) 3.3人机界界面 (HMMI) SIMATTIC HMMI 人机界界面作为连接接设备和用户户的接口部分分。功能、开开关或者程序序数值清晰的的显示在操作作面板或触摸摸屏上。通过过这种可视化化功能，发送送给用户的错错误信息提示示或者正确的的数据都可以以很清晰的显显示。一个可可视的程序操操作显示可以以方便用户快快速的掌握他他进行这步操操作的作用。人机界面分为44个种类： 键控面板 (PPP 7 和和 PP 117)，常规规操作领域创创新的选择 文本显示器 OOP 3，OP 7和OP 177，用于机器的的的监控和操操作 图形显示器
27、 OOP 25，OP 377，TP 27 和 TP 337，用于更更好的显示机机器的监控和和操作 基于Windoows的系统统 例如 OP 37 prro, MPP 370 或者MP 2270 用于于机器操作设备配置的Prro Toool组态软件件有三种不同同的性能来满满足不同的设设备分类。人机界面可以直直接通过MPPI或者PROFFIBUS-DP连接到到自动控制系系统。通过配配置功能转换换、指令按钮钮或显示原理理可以接收CCPU的直接接存储。(图 14: 人机界面)3.4SIMMATIC 工业软件3.4.1SSTEP 77STEP 7是是用于SIMMATIC可可编程序控制制器组态和编编程的标
28、准软软件包。硬件件的组态用于于CUP数字字模块，也用用于连结不同同的部分，PPROFIBBUS 、以以太网或是其其他的部分。软件设计符合IIEC 611131标准准。STEP 7的的功能 以一种简明的设设计结构共享享数据存储 可以用STL, LAD 和FBD语言来来编写程序。 可以在两种语言间进行切换。 CPU的调整 模块地址的调整整 模块诊断的显示示，错误信息息缓冲器的读读取 交叉参考和参考考数据的显示示(图 7: STEP 7)3.4.2SS7-GRAAPH编程语语言 S7-GRAPPH是符合IECC 611331-3标准准的适用于顺顺序控制编程程的工程软件件。它包括生生成一系列顺顺序步，
29、确定定每一步的内内容，以及步步与步之间的的转换条件。编编写每一步的的程序要用特特殊的编程语语言（类似于于语句表），转转换条件是在在梯形逻辑编编程器或功能能块图编程器器中输入的（梯梯形逻辑语言言的流线型版版本）。S7-GRAPPH用来表达达复杂的顺序序控制非常清清晰，用于编编程及故障诊诊断更为有效效。(图 8: SS7-GRAAPH)3.4.3SS7-HiGGRAPH编编程语言（状状态图形）S7-HiGrraph将程程序中各块作作为状态图形形编程。这种种方法将你的的项目分成不不同的功能单单元，每个单单元有不同的的状态。不同同状态之间的的切换要定义义转换条件。每每个功能单元元都用一个图图形来描述其
30、其特性。整个个项目的各个个图形组合起起来为图形组组。各功能单单元的同步信信息可在图形形之间互换。各各功能单元的的状态条件的的清晰表示使使得系统编程程成为可能，故故障诊断简单单易行。这种种状态图形编编程不仅适用用于PLC程程序，也同样样适用于设备备营造商、代代理商和服务务工程师。 S7-HiGrraph可用用于自动控制制系统SIMMATICS7-3000（推荐使使用CPU315或更更高配置）、 SIMATICS7-400、SIMATICC7（推荐C7-626或更高版本）和SIMATICWinAC。(图 9: SS7-HiGGRAPH)3.4.4SS7- SCCL语句表编编程语言S7-SCL （结
31、构化控制制语言）是用用于数据管理理的PASCCAL类型的的高级语言。S7-SCL完完成了 PLC OOpen BBase LLevel-Certiificatte.S7-SCL允允许：-简洁快速的的编程- 提高PLC程序序的质量- 更加清晰- 容易调试 基于以上原因，用用户在公式计计算、复杂的的最优化算法法或管理大量量的数据时适适合使用这种种编程语言。S7-SCL适适用于以下各各种自动控制制系统，SIIMATICCS7-3300 （CPU3314或更高高配置）、SSIMATIICS7-400，SIMATTICC77和SIMATTICWiinAC。 (图 10: S7-SCCL)3.4.5SSo
32、ft- PLC SSIMATIIC WinnAC baasisSIMATICC WinAAC Bassis iss the softwware bbased PC baased ccontrool sollutionn. Itt is uused wwhen ssmalleer conntrol taskss shouuld bee resoolved togetther wwith ttypicaal PC taskss, parrticullarly for ccost eeffecttiveneess.The Sofft- PLLC WinnAc Baasis ccombinnes co
33、ontroll and technnologiical ttasks with standdard aappliccationns forr visuualizaation, dataa proccessinng andd commmunicaation. Thee softtware workss fromm the base of opperatiing syystem Windoows NTT.If one demannds haard annd strrict rreal-ttime rrequirrementts, SIIMATICC WinAAC RTXX is aavailaab
34、le. It iis atttachedd direectly to Wiindowss NT aand guuaranttees ddetermministtic beehavioor forr the contrrol seectionn withh a reeal-tiime exxpansiion. Componeents oof thee SIMAATIC WWinACControlllingThe opeeratioon of the SSlot-PPLC iss idennticall to tthe haandlinng of a harrdwaree PLC (e.g. CP
35、U 315-22 DP).The proogrammming aand thhe diaagnosttics ttake pplace over the sstandaard toools oof thee SIMAATIC MManageer (LAAD/FBDD/STL Editoor, Moonitorr/ModiifyVarriablee).You cann simpply afffect the pperforrmancee of tthe Sooft-PLLC oveer priiorityy conttrol (from Windoows NTT reall-timee resp
36、ponse to seecondaary appplicaation in Wiindowss NT).The seccurityy of tthe PLLC is guaraanteedd throough ppasswoord seecuritty witth whiich alll takken efffectss on tthe coontroll are preveented.Remanennt datta offfers pprotecction againnst syystem failuure. VisualiizatioonPossibiilitiees forr the c
37、reattion oof a BB&B opperatoor intterfacce aree dispplayedd overr the SIMATTIC WiinAC ddata eelemennts.Simple B&B ooperattor innterfaaces aare diisplayyed wiith thhe Sofft-Conntaineer. VVisuall Basiic alsso offfers ppossibbilitiies foor reaalizattion oof HMII-operrator interrfacess.ProTooll Pro ist
38、tthe coomforttable and qquick confiigurattion oof HMII.ComputiingThe datta excchangee of tthe PLLC is accommplishhed wiith thhe PC. Datta eleementss are dealtt withh heree (SIMMATIC Data Contrrol). Withh the help of daata ellementts, Wiindowss-objeects (OCX ccomponnents) are simplly connnecteed witt
39、h thee areaas of Soft-PLC (e.g. Memorry bitt wordds, innputs and ooutputts,.). NetworkkingOver a data elemeent, ddata aalso eexchannges wwith tthe Sooft-PLLC oveer a nnormall offiice neetworkk (Ethhernett) (onnly byy the SIMATTIC S77 416-2 DP ISA).he Winddows LLogic ContrrollerrThe Winndows Logicc C
40、onttrolleer (WiinLC) repreesentss the softwware ssolutiion off a CPPU. YYou caan dissplay the ffunctiions oof thee CPU on a PC wiith WiinLC. The progrram WiinLC ssimulaates tthe coomplette opeeratioon pacckage of a CPU 3315-2 DP annd thee WinLLC sofftwaree woulld alsso be custoomizedd to tthe CPPU 3
41、155-2 DPP. Thhe arrrangemment oof thee erroor LEDDs or the ooperattion ttype sswitchh corrresponnds too the layouut of the hhardwaare CPPU. 11024 ddigitaal andd 128 analoog inpputs ccan bee proccessedd fromm the WinLCC. Thherefoore thhe perripherral coonnecttion ttakes placee overr a diistribbuted I
42、/O, e.g. ET 2000M. The conntrol perfoormancce deppends on thhe perrformaance ccapabiility of thhe proocessoor andd RAM as weell assfrom thhe adjjustedd cyclle timme of the WWinLC softwware. The cyclee timee of tthe WiinLC ccan bee set to bee depeendentt on tthe coontroll taskks. AA cyclle of WinLCC
43、conssists of thhe reaading of thhe inpputs iin thee proccess iimage inputt tablle, prrogramm execcutionn, thee creaation of thhe proocess imagee outpput taable ssuch aas thee execcutionn of tthe waaitingg timee untiil thee creaated mminimaal cyccle tiime iss reacched. In tthe reemainiing tiime, WWin
44、dowws NT finisshes tthe reest off the activve tassks.A real-time soluttion fforms the SSlot-PPLC. The SSlot-PPLC reespondds in a funnctionn packkage oof CPUU 416-2 DP whichh showws detterminnisticc respponse with shortt reacction timess and workss indeependeent frrom thhe opeeratinng sysstem WWindow
45、ws NT and iis appplicattions. A rrestarrt of the ooperatting ssystemm in ooperattion oof thee Slott-PLC is poossiblle. (Image 11: WWinLC) (IImage 12: AAdvanttageouus SIMMATIC WinACC)3.4.6SSIMATIIC ProoTool / ProoHMIs arre connfigurred wiith PrroTooll and/or PrroTooll/Pro whichh servves ass an iinterf