SIMATIC S与TIA博途软件使用指南

SIMATIC S71500自动化系统是在SIMATIC S7300/400系统的基础上进一步开发的，通过集成大量的新功能和新特性，SIMATIC S71500自动化系统具有卓越的性能和出色的可用性。借助于西门子新一代框架结构的TIA博途软件，可在同一开发环境下组态开发可编程序控制器、人机界面和驱动系统等。统一的数据库使各个系统之间轻松、快速地进行互连互通，真正达到了控制系统的全集成自动化。本书深入浅出地介绍了在TIA博途V13 SP1环境下如何组态和使用SIMATIC S71500的PROFINET/PROFIBUS通信、编程、Web服务器、PID控制、轨迹追踪等功能，不但适合新手的快速入门，而且可供具有STEP7 V5X和SIMATIC S7300/400使用经验的工程师借鉴和参考，也可以用作大专院校相关专业师生的培训资料。随书附带光盘中带有TIA博途V13 SP1演示版安装软件，可用于学习与实践。除此之外，在光盘中还附带了SIMATIC S71500功能和亮点使用的视频文件，便于读者更加快速地掌握SIMATIC S71500系列可编程序控制器，视频使用早期的TIA博途V12版本制作，与V13版本有微小的差别，但是不影响使用。

序前言缩略语第1章TIA博途软件概述111TIA博途软件简介112TIA博途软件构成1121TIA博途STEP72122TIA博途STEP7工程组态系统的选件2123TIA博途WinCC2124TIA博途WinCC工程组态系统和运行系统的选件313TIA博途软件的安装3131硬件要求3132支持的操作系统4133安装步骤414TIA博途软件的卸载815授权管理功能10151授权的种类10152授权管理器1116TIA博途软件的特性11第2章TIA博途软件平台支持的新一代PLC产品介绍1421完整的PLC产品线全面满足用户需求1422全新分布式和PCBased自动化解决方案1523集成功能安全和信息安全1624高效的开发环境16第3章SIMATIC S71500 PLC控制系统的硬件组成1731负载电源PM与系统电源PS17311负载电源PM(Power Module)17312系统电源PS(Power Supply)17313系统电源选择示例17314查看功率分配详细信息1932SIMATIC S71500 CPU20321SIMATIC S71500 CPU简介20322SIMATIC S71500 CPU操作模式21323SIMATIC S71500 CPU的存储器21324SIMATIC S71500 CPU过程映像区的功能2533SIMATIC S71500显示屏(Display)2734信号模块29341模块特性分类30342模块宽度的划分30343数字量输入模块30344数字量输出模块31345数字量输入/输出模块33346模拟量输入模块34347模拟量输出模块46348模拟量输入／输出模块4935通信模块51351点对点通信模块51352PROFIBUS通信模块51353PROFINET/ETHERNET通信模块5236工艺模块52361高速计数器模块52362基于时间的I/O模块53第4章SIMATIC S71500硬件配置5441配置一个SIMATIC S71500站点54411添加一个SIMATIC S71500新设备54412配置SIMATIC S71500的中央机架55413使用检测功能配置SIMATICS71500中央机架5842CPU参数配置59421常规59422PROFINET接口［X1］59423DP接口［X3］68424启动69425周期71426系统和时钟存储器72427系统诊断73428Web服务器73429显示764210用户界面语言784211时间784212保护794213系统电源794214组态控制804215连接资源804216地址总览8243SIMATIC S71500 I/O参数82431数字量输入模块参数配置83432数字量输出模块参数配置87433模拟量输入模块参数配置88434模拟量输出模块参数配置9044配置分布式I/O91441配置PROFIBUS从站91442配置PROFINET设备94第5章数据类型与地址区9751SIMATIC S71500 PLC的数据类型97511基本数据类型97512复合数据类型103513PLC数据类型106514参数类型107515系统数据类型108516硬件数据类型11052SIMATIC S71500 PLC的地址区111521CPU地址区的划分及寻址方法111522全局变量与局部变量117523全局常量与局部常量118第6章SIMATIC S71500 PLC的编程指令11961指令的处理120611LAD指令处理120612STL指令处理121613立即读与立即写12362基本指令123621位逻辑运算指令123622定时器指令125623计数器指令126624比较器指令127625数学函数指令128626移动操作指令130627转换指令132628程序控制操作指令133629字逻辑运算指令1356210移位和循环移位指令1366211原有指令1376212STL其他指令13863扩展指令138631日期与时间指令138632字符串与字符指令139633过程映像指令139634分布式I/O指令140635PROFIenergy指令140636模块参数化分配指令141637中断指令141638报警指令142639诊断指令1426310配方和数据记录指令1436311数据块控制指令1436312寻址指令14364工艺指令14465通信指令145第7章程序块14771用户程序中的程序块147711组织块与程序结构148712用户程序的分层调用14972组织块(OB)149721组织块类型与优先级151722CPU的过载特性156723组织块的本地数据区堆栈(L堆栈)156724组织块的接口区15873函数(FC)158731函数的接口区158732无形参函数(子程序功能)159733带有形参的函数160734函数嵌套调用时允许参数传递的数据类型16274函数块(FB)164741函数块的接口区164742函数块与背景数据块165743函数块嵌套调用时允许参数传递的数据类型16875数据块(DB)169751全局数据块(Global DB)170752背景数据块171753系统数据类型作为全局数据块的模板172754通过PLC数据类型创建DB173755数组DB174第8章SIMATIC S71500组态控制功能17781组态控制的原理17782软件、硬件要求以及使用范围17783SIMATIC S71500硬件配置的数据记录格式17884SIMATIC S71500中央机架模块组态控制示例17985PROFINET IO系统的组态控制181851软硬件要求以及实现原理181852IO系统的组态控制的数据格式181853IO系统的组态控制示例182第9章SIMATIC S71500 PLC的通信功能18691网络概述18692网络及通信服务的转变187921从PROFIBUS到PROFINET的转变187922MPI接口被PROFINET接口替代188923基于PROFIBUS通信服务的变化18893PROFIBUS网络188931PROFIBUS接口的种类188932PROFIBUS的访问机制189933PROFIBUS网络的通信速率与通信距离189934PROFIBUS网络拓扑结构189935安装GSD文件191936使用PROFIBUSDP进行CPU站点间通信19294工业以太网与PROFINET194941工业以太网通信介质195942工业以太网拓扑结构195943SIMATIC S71500系统以太网接口195944SIMATIC S71500 PLC以太网支持的通信服务196945SIMATIC S71500 OUC通信示例200946SIMATIC S71500 S7通信示例209947SIMATIC S71500路由通信功能222948配置PROFINET IO设备224949无需存储介质更换IO设备2279410允许覆盖PROFINET设备名称模式2299411按网段自动分配IP地址和设备名称2299412网络拓扑功能与配置2329413MRP介质冗余2339414IDevice智能设备的配置2349415MODBUS TCP23895SIMATIC S71500 PLC与HMI通信244951SIMATIC S71500 PLC与HMI在相同项目中通信244952SIMATIC S71500 PLC与HMI在不同项目中通信246953使用OPC连接SIMATIC S71500PLC24796串行通信250961SIMATIC S71500/ET200MP串行通信模块的类型250962串行通信接口类型及连接方式251963自由口协议参数设置254964串行通信模块的通信函数258965自由口协议通信示例258966MODBUS RTU通信协议260第10章SIMATIC S71500 PLC的PID功能267101控制原理2671011受控系统2671012受控系统的特征值2681013执行器2691014不同类型控制器的响应269102SIMATIC S71500 PLC支持的PID指令2701021PIDCompact指令2701022PID3Step指令2711023PIDTemp指令2711024控制器的串级控制271103PIDCompact指令的调用与PID调试示例2711031组态PIDCompact V2工艺对象2721032调用指令PIDCompact V22761033调试PID279第11章SIMATIC S71500 PLC的工艺及特殊功能模块282111工艺模块282112工艺对象282113计数模块和位置检测模块的分类和性能283114TM Count模块和TM PosInput模块通过工艺对象(TO)实现计数和测量284115使用TM PosInput模块检测来自SSI值编码器的信号291116带计数功能的DI模块296117Timebased IO模板2981171功能描述2981172Timebased IO时间控制功能举例299第12章SIMATIC S71500 PLC的诊断功能309121SIMATIC S71500 PLC诊断功能介绍309122通过LED状态指示灯实现诊断310123通过PG/PC实现诊断311124在HMI上通过调用诊断控件实现诊断312125通过SIMATIC S71500的Web服务器功能实现诊断313126通过SIMATIC S71500 CPU自带的显示屏实现诊断319127通过编写程序实现诊断319128通过模块自带诊断功能进行诊断324129通过模块的值状态功能实现诊断3251210通过用户自定义报警诊断程序实现诊断327第13章访问保护330131SIMATIC S71500的访问保护方式330132通过设置CPU的4层访问级别实现访问控制330133通过设置CPU Web服务器访问密码实现访问控制332134通过CPU自带的显示屏实现访问保护332135通过设置PLC的程序块专有技术保护功能实现访问保护333136绑定程序块到CPU序列号或SMC卡序列号334137通过带安全功能的CP15431以太网模块3351371通过CP 15431的防火墙功能实现访问保护3361372通过CP 15431的VPN功能实现访问保护337第14章程序调试339141程序信息3391411调用结构3391412从属性结构3391413分配列表3401414程序资源340142交叉引用341143程序的下载、上传、复位操作3431431设置SIMATIC S71500 CPU的IP地址3431432下载程序到CPU3441433下载程序到SIMATIC存储卡SMC3451434SIMATIC S71500的一致性下载特性3461435SIMATIC S71500程序的上传3461436SIMATIC S71500 CPU存储器复位3481437删除SIMATIC S71500 CPU中的程序块3481438改变SIMATIC S71500数据块内容对过程值的影响3481439 SIMATIC S71500 数据块的快照功能350144SIMATIC S71500的路由编程功能351145比较功能3521451离线/在线比较3521452离线/离线比较354146使用程序编辑器调试程序3541461调试LAD/FBD程序3541462调试STL程序3551463调用环境功能356147使用监控表进行调试3571471创建监控表并添加变量3571472变量的监控和修改3581473强制变量359148硬件诊断3601481硬件的诊断图标3601482模块的在线与诊断功能3611483更新硬件固件版本362149使用仿真器SIMATIC S7PLCSIM测试用户程序3641491启动SIMATIC S71500仿真器3651492创建SIM表格3651493创建序列3661494仿真通信功能3671410使用Trace跟踪变量36714101配置Trace36714102Trace的操作3691411SIMATIC S71500联合调试功能370第15章TIA博途软件的库功能372151库基本知识3721511项目库类型的使用3721512项目库主模板的使用3751513全局库的使用376第16章打印和归档程序379161打印简介3791611打印设置3791612框架和封面3811613文档信息3821614打印预览384162程序归档简介3841621程序归档的方式3841622项目恢复386第17章移植S7300/400项目到SIMATIC S71500387171S7300/400项目移植到SIMATICS71500简介387172移植S7300/400项目的限制3871721硬件限制3871722功能限制3871723集成项目的注意事项388173项目移植的前期准备工作388174在STEP 7 V55中对原项目进行检查3891741移植STEP 7 V55的S7300/400项目到TIA博途软件3911742移植TIA博途软件中的S7300/400项目到SIMATIC S71500392附录寻求帮助395参考文献398

西门子工业自动化集团于2010年11月23日发布的全集成自动化软件TIA博途(TIA Portal)，是业内首个采用统一工程组态和软件项目环境的自动化软件，适用于所有自动化任务，用户能够快速、直观地开发和调试自动化系统。 勇于创新、不断探索是西门子工业自动化集团一直追求的目标，创新的TIA博途采用新型、统一的软件框架，可在同一开发环境中组态西门子可编程序控制器、人机界面和驱动装置，各种数据的共享可大大降低连接和组态成本。 新一代的SIMATIC系列控制器S71500作为TIA全集成自动化架构的核心单元，与S7300／400系列控制器相比，从现场的接线、编程设计、实现通信的灵活方式以及系统的诊断和柔性控制方面都有显著的提高和创新。 TIA博途与SIMATIC　S71500的完美结合，无论是设计、安装、调试，还是维护和升级自动化系统，都能做到节省工程设计的时间、成本和人力。 在本书即将出版时，特别要感谢西门子（中国）有限公司数字化工厂集团工厂自动化产品管理部部门经理莫瑞茨（Moritz Mauer）先生为本书撰写序言。同时，本书还得到了西门子数字化工厂集团工业客户服务部客户服务中心相关领导及众多同事的大力支持和指导。本书由崔坚主编，参加编写的还有朱昱、赵欣、刘力康、邓俊民、杨升、周晓峰、周洋、张鹏飞等，他们对本书的编写和审核付出了辛勤劳动，在此一并表示深深的谢意。 无论您是西门子的工业产品用户、自动化领域的工程技术人员，还是工业自动化的设计人员以及各大院校相关专业的师生，《SIMATIC S71500与TIA博途软件使用指南》一书都能成为您的良师益友，为您提供相关技术支持，为您的成功助一臂之力。 由于本书编写时间仓促，书中错误和不足之处在所难免。诚恳希望专家、学者、工程技术人员以及所有的读者批评指正，我们将衷心感谢您的赐教，谢谢！ 刘力康工厂自动化部TIA　PLC团队主管2016年3月2日