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西门子的全集成自动化（TIA）

西门子公司作为****的自动化系统集成商，一直以其先进的自动化技术与产品向用户提供可靠的自动化解决方案。全集成自动化技术(Totally Integrated Automation，TIA)是西门子自动化系统技术与产品的核

  心思想和主导理念。

  目前已有的自动控制解决方案混合了许多不同厂商的产品和技术，系统使用完全不同的软件和用户界面，因此时常导致通信问题的发生，而且数据需要多次进行读写。这就迫切需要一种相容的技术来解决这些问题。全集成自动化立足于一种新的概念以实现工业自动控制任务，解决现有的系统瓶颈。

  全集成自动化是西门子公司于1997年提出的崭新的革命性的概念，它将所有的设备和系统都完整地嵌入到一个彻底的自动控制解决方案中，采用共同的组态和编程、共同的数据管理和共同的通信。图0-1所示为全集成自动化示意图。

  图0-1 全集成自动化示意图

  TIA集高度的统一性和充分的开放性于一身，标准化的网络体系结构、统一的编程组态环境和高度一致的数据集成，使TIA为企业实现了横向和纵向的信息集成;领先的通信标准、基于组件的自动化技术(CBA)与IT集成，使TIA对全球自动化市场的产品和服务范围真正开放。

  SIMATIC是西门子自动化系列产品品牌的统称，来源于Siemens Automutic，它诞生于1958年，涵盖了从PLC、工业软件到HMI(人机界面)。50年来SIMATIC控制器已从S3系列发展到S7系列。SIMATICS7系列PLC是西门子全集成自动化系统中的控制核心，如图0-2所示，是其集成与开放特性的重要体现。该系列PLC继承了西门子上一代PLC SIMATIC S5系列稳定、可靠和故障率低的精髓，在CPU运算速度、程序执行效率、故障自诊断、联网通信、面向工艺和运动控制的功能集成，以及实现故障安全的容错与冗余技术等方面取得了业界的一致认可。不断创新的PLC编程组态工具STEP7采用SIMATIC软件的集成统一架构，为实现PLC编程组态的易用性和友好性以及与上位机组态系统的集成统一性提供了一个功能强大、风格一贯的软件平台。符合IEC-61131-3的多种**编程语言的补充，使PLC在实现复杂工艺编程、多重回路调节，甚至模糊控制(Fuzzy Control)和神经元控制(Neuron Control)等智能控制算法时具有类似**编程语言的特点和优势。此外，SIMATICS7-300/400PLC集成的强大通信功能，是其得以成功的另一个重要方面。如今PROFIBUS有超过1200余家会员单位，全球的总安装节点已经突破了1000万，是全球公认的工业现场总线标准的领跑者;新一代工业以太网标准PROFInet的提出，为以太网在工业领域更大范围的应用提供了技术保障。凭借集成统一的通信，SIMATIC S7-300/400 PLC在实现车间级、工厂级、企业级乃至全球企业链的生产控制与协同管理中起到中坚作用。

  图0-2 西门子的工业自动化通信网络

  几年以前，当自控界还在围绕PLC、DCS和基于PC的解决方案，争论何者将成为控制系统主流时;当人们还在为如何突破“自动化孤岛”而积极思考、探索和忧虑时;携全集成自动化的理念，西门子提出通过不断丰富和发展PLC的控制功能和总线通信技术，实现了横跨工厂自动化和过程自动化两大自动化领域的统一的控制策略。如今S7系列PLC在全球自动化各个领域的广泛应用和成功经验，充分证明了PLC解决方案的强大生命力和多种不同控制系统在技术、理念突飞猛进的过程中殊途同归的必然趋势。在致力于将先进的控制系统介绍到工业界的过程中，时常听到工程师们对西门子PLC的评论。他们在称赞SIMATIC PLC功能强大的同时，也为不能尽快学习掌握它而苦恼，感到"西门子S7PLC技术门槛太高"。其实，先进性与易用性并不矛盾，一旦突破了"窥豹一斑"的阶段，深入领会了整体系统的结构，就可以充分领略到SIMATIC PLC给人们带来的灵活易用的一面。为了帮助广大读者轻松愉快地学习掌握SIMATICS7 PLC技术，应该首先要从全局上了解西门子全集成自动化技术的核心思想和主导理念，从整体上认识新一代S7PLC的家族。

PID控制软件包

授权的分类

  西门子软件授权分为授权(Authoration)和许可证密匙(License Key)两种。早期的授权只能在*初的黄色和红色的软盘保存和修复，并且只能在计算机的本地硬盘或网络驱动器上安装，而不能在USB存储器上安装。该授权只对软件一种特定版本有效。一个授权许可证号有10位数字，软盘标签上有"ID：KHE"标识。可以使用授权管理软件(AuthorsW)或自动化授权管理器(Automation Licerser)进行管理。

  许可证密匙是西门子启用的新授权。它不能在提供密匙的软盘上恢复，只能在其实际所在的PC/PG上修改，许可证密匙对相同软件的早起版本也是有效的。一个许可证密匙的许可证号有20位数字。可以使用自动化许可证管理器进行管理，不能用AuthorW。许可证密匙的存储介质包括软盘和U盘。

  区别授权和许可证密匙的**方法是许可证号的长度。在自动化许可证管理器中可以查看许可证号。一个授权许可证号有10位数字，而一个许可证密匙的许可证号为20位数字。

  授权分为标准授权和紧急授权两种。标准授权的使用时间无限制，可以在硬盘或网络驱动器上安装，不能在USB存储器上安装保存在黄色或红色的软盘上;紧急授权的使用时间限制为14天，从首次启动相应软件开始计时，当标准授权损坏并修复期间，可以使用紧急授权代替。

  许可证密匙有几种类型，见表0-9，可以根据实际应用要求进行选择，不同类型的许可证使软件具有不同的实际性能。

  表0-9 许可证类型

运行版软件可以由用户程序调用并执行的现成的解决方案，包括集成到SIMATICS7控制器的标准PID控制软件包，模块化PID控制软件包和模糊控制软件包，连接可编程控制器。及Windows应用程序的工总PRODAVE MPI和M7-DDE Serve，以及SIMATIC M7的一个实时操作系统M7-SYS RT。

  标准PID控制软件包提供一种预编程且可以进行参数设置的控制器结构，即连续控制器、脉冲控制器及步进控制器标准系统功能块，它们可以理想地应用于温度、压力、流量或物位相关的中小型自动化任务。参数设置工具可以在很短的时间内将控制器设置为*优模式。

  如果简单的PID控制器无法满足任务要求，则可以使用模块化PID控制软件包，它是一种具有27种标准功能块的模块化系统，可以针对SIMATICS7/C7创建全方位的控制结构。可以提供的控制器类型有：连续作用PID控制器、脉冲作用控制器和步进作用控制器。

  当工业过程具有非线性或无法用数学模型来准确描述，但具有过程运行的经验时，可以采用模糊控制软件包生成模糊逻辑系统。

  连接Windows系统的工具包括：用于SIMATICS7、SIMATIC M7和SIMATIC C7之间过程数据通信的工具 MPI，它通过MPI(多点接口)自行管理数据通信;使用M7-DDE服务器(动态数据交换)，无需另外编程就可将Windows应用程序连接到SIMATIC M7的过程变量。

  M7-SYS RT包含M7 ROMS32操作系统和系统程序，只有安装本实时操作系统，SIMATIC M7软件包才可以使用M7-ProC/C 和CFC。0.4.3 人机接口(HMI)软件人机接口(HMI)是专门用于SIMATIC中操作员控制和监视的软件。其中：

  1) SIMATIC WinCC作为一个基本的开放的过程监视系统，包括了所有重要的操作员控制和监视功能，可用于任何工业系统。

  2) SIMATIC ProTOOL和SIMATIC ProTOOL/Lite是用于组态操作员面板(OP)、触摸屏(TP)以及SIMATIC C7紧凑型设备的工具，现在已被WinCCFlexible取代。

  3) ProAgent通过建立有关故障原因和位置的相关信息来实现对控制系统和设备的快速过程诊断。

  授权文件

  使用STEP7软件需要安装授权，授权类似于一个"电子钥匙"，用来保护西门子公司和用户的权益，没有经过授权的软件是无法使用的。如果要在另一台机器中使用授权，则授权文件可以再传回到软盘上。

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PLC编程软件和PLC工程工具

工程工具

  工程工具是面向任务的工具，主要包括供编程人员使用的**语言(S7-SCL、S7-GRAPHI\、S7-HiGraph 等)，工技术人员使用的图形CFC，以及用于诊断、模拟、远程维护、设备文档制作等功能的扩展软件(如 DOCPRO、HARDPRO、M7 ProC/C 、S7 PDIAG、S7 PLCSIM和Teleservice 等)。

  1) S7-SCL、S7-GRAPH、S7-HiGraph和CFC等**语言和图形语言作为可选软件包，主要用于SIMATIC S7PLC的编程。

  2) 在扩展软件中，Borland C (只用于M7)包含了Borland开发环境。

  3) DOCPRO可以将用STEP7生成的全部组态数据构造为接线手册，使得组态数据的管理更为容易。

  4) HARDPRO是S7-300硬件组态系统，它支持用户对复杂的自动化任务的大范围的组态。

  5) M7ProC/C (只用于M7)，允许将编程语言C和C 的Borland开发环境集成到STEP7的开发环境中。

  6) S7PLCSIM(只用于S7)模拟S7可编程序控制器连接到编程器或PC，方便进行测试。

  7) S7 PDIAG(只用于S7)，可以标准化组态SIMATIC S7-300/400过程诊断，可以检测可编程序控制器之外的故障和故障状态(如未到达限位开关等)。

  8) TeleService软件可以使用编程器PG或PC，通过电话网队S7和M7可编程序控制器作远程在线编程和服务。

西门子公司提供用于对S7-200/300/400 PLC进行编程的设备有PG720、PG740和PG760等。PG720是工业级的编程设备，功能强大且易于使用，不仅可以用于维护和服务，而且可以用于编程和组态设备，是工业现场应用的理想工具。它拥有笔记本电脑的尺寸，独立的电源、AT-兼容，完善的硬件，配备了所有必须的SIMATIC接口。PG740是一款便携编程设备，自动化项目应用的理想选择和强大功能的工业 PC，**系统性能，优良的扩展能力，TFT-显示，防滑设计，配备所有必须的SIMATIC接口。PC760是多功能的桌而编程设备，可以在办公室进行组态和编程，其良好的系统性能、灵活的扩展能力和完善的功能使其成为所有自动化项目的理想办公工具。

  采用普通PC时，对操作系统的要求是：Windows2000 Pro、Windows XP Pro、Windows Server 2003等;另外重要的是在计算机中安装通信卡，如CP5611、CP5613、CP5614、CP5511等，用于连接计算机与S7PLC.

  CP5611和CP5613都是安装在台式计算机中的通信卡，CP5611无通信处理器，CP5613和CP5614集成了通信处理器，因此CP5613和CP5614的通信速度要比CP5611快，CP5614和CP5613比较，前者多了一个PROFIBUS接口，同时前者支持DP主站和从站模式，而后者只支持DP主站模式。

  CP5611和CP5612是用于带有PCMCIA插槽的编程器和便携式计算机的，支持DP主站和从站，具备网络诊断功能。

  此外，还可以使用PC适配器(PC Adupter)，它一端连接计算机的RS-232口或USB口，一端连接PLC 的MPI，没有网络诊断功能。

  在通信卡代码中，5代表PCMCIA接口，6代表PCI总线，3代表有处理器。如果需要在PC上向EPROM 中存储程序，则还需要一个外部编程设备。

  编程软件

  对于S7-200/300/400系统，采用STEP7软件进行编程组态，他是西门子SIMATIC工业软件的组成之一。STEP7提供了几种不同版本以适应不同的应用。

  (1) STEP7 Lite。适用于S7-300、C7系列PLC、ET200X和ET200S系列分布式L/O的编程、组态软件包。

  (2) STEP7 Base。适用于S7-300/400、M7-300/400和C7系列的编程、组态标准软件包。

  (3) STEP7 Professional。除包含标准软件包的标准外，还包括扩展软件包，如 SCL、GRAPH 和PLCSIM等。

  (4) STEP7标准软件包。可以通过可选软件包进行扩展，可选软件包包括的功能范围很广泛，按照其功能可分为以下3个软件类别：

  1)工程工具(Engineering Tool)：相对较高层次的编程语言以及面向工艺的软件。

  2)运行版软件(Run-Time Software)：用于生产过程的集成了一些现成的功能的运行版软件。

  3)软件接口(Human Machine Interface，HMI)：用于操作员控制和监视的软件。

产品远销：

1．华北地区：北京、天津、河北、山西、内蒙古（5个省、市、区）。

2．东北地区：辽宁、吉林、黑龙江、大连（4个省、市）。

3．华东地区：上海、江苏、浙江、安徽、福建、江西、山东、宁波、夏门、青岛（10个省、市）。

4．中南地区：河南、湖北、湖南、广东、广西、海南、深圳（7个省、市）。

5．西南地区：重庆、四川、贵州、云南、西藏（5个省、市）。

6．西北地区：陕西、甘肃、青海、宁夏、新疆（5个省、区）