电气控制与S7-1200应用 第4章

电气控制与PLC原理及应用

（第四章）主编：王成凤

陈建明副主编：赵明明郭香静

白

磊第4章S7-1200PLC的系统配置及开发环境熟悉并掌握常用的信号板、信号模块、通信模块学习在开发环境下的编程方法，能够根据实际需要，设计小型PLC控制系统学习目标：第4章S7-1200PLC的系统配置及开发环境教学内容：

4.1S7-1200PLC的基本组成

4.2CPU模块

4.3

信号板、信号模块

4.4

通信板、通信模块

4.5S7-1200PLC系统配置

4.6开发环境4.1S7-1200PLC的基本组成图4-1S7-1200PLC的基本组成

工程上CPU模块也称为主机，由中央处理单元（CPU，CentralProcessingUnit）、存储器、电源及数字量输入/输出单元等组成。这些都被紧凑地安装在一个独立的装置中。基本单元可以构成一个独立的控制系统。4.1S7-1200PLC的基本组成图4-2常见的S7-1200PLC控制系统组成结构图

一个常见的S7-1200PLC控制系统除需要CPU模块外，还可以通过信号板、信号模块、通信板、通信模块扩展连接输入/输出设备和通信接口，其结构如图4-2所示。4.2CPU模块CPU模块实质上就是一台专用的工业控制计算机，通常一个主机模块都安装有一个或多个CPU。若有多个CPU，那么其中必定有一个主CPU，其余的为辅助CPU，它们协同工作，大大提高了整个系统的运算速度和功能，缩短了程序执行时间。S7-1200PLC是一个系列，其中包括多种型号的CPU模块。不同的CPU型号提供了不同的特征和功能，这些特征和功能可帮助用户针对不同的应用创建有效的解决方案。有关CPU模块的详细信息，可参考表4-1。4.2CPU模块特性CPU1211CCPU1212CCPU1214CCPU1215CCPU1217C本机数字量I/O点数6入/4出8入/6出14入/10出14入/10出14入/10出本机模拟量AI/AD点数2入2入2入2入/2出2入/2出扩展信号模块个数—2888扩展通信块个数3上升沿/下降沿中断点数6/68/812/1212/1212/12工作存储器/KB303075100125高速计数器点数/最高频率3点/100kHz3点/100kHz3点/100kHz3点/100kHz4点/1MHz高速脉冲输出点数/最高频率最多4路，CPU本机100kHz，通过信号板可输出200kHz（CPU1217C最多支持1MHz）操作员监控功能无有有有有传感器电源输出电流/mA300300400400400外形尺寸/mm×mm×mm90×100×7590×100×75110×110×75130×100×75150×100×75表4-1S7-1200PLC各CPU模块的技术规范表4-1S7-1200PLC各CPU模块的技术规范4.2CPU模块任何CPU模块的前方均可插入一个信号板（或通信板），轻松扩展数字量或模拟量I/O点数（或通信接口），同时不影响控制器的实际大小。主机可以通过在其右侧扩展连接信号模块，进一步扩展数字量或模拟量I/O点数。CPU1211C不能扩展信号模块，CPU1212C可扩展2个信号模块，其他CPU模块均可扩展8个信号模块。所有的S7-1200CPU控制器的左侧均可连接多达3个通信模块，便于实现端到端的串行通信，如下图所示。4.2CPU模块4.2CPU模块信号板（或通信板）是对CPU模块本体的扩展和补充，装于CPU模块本体上，小巧灵活，点数很少。受物理条件限制，一个CPU模块本体一般只能添加1个信号板（或通信板）。而信号（或通信）模块则是正常外挂的模块，连接信号模块后，设备体积有所增加。主机可连接模块的数量受CPU模块性能的限制。因此，当仅需要在现有CPU模块本体外再多加少数I/O点时，用信号板就经济合算得多，一是价格便宜，二是减少空间，特别适合临时性的增加端口或者小型项目。4.2.1各CPU模块的共同点S7-1200系列各CPU模块的主要区别在于本机数字量I/O点数不同，但其共性如下。①

集成的24V传感器/负载电源可供传感器和编码器使用，也可以用作输入回路的电源。②

2点集成的模拟量输入（0～10V），输入电阻100kΩ，10位分辨率。③

2点脉冲列输出（PTO）或脉宽调制（PWM）输出，最高频率100kHz。④

每条位运算、字运算和浮点数数学运算指令的执行时间分别为0.1μs、12μs和18μs。4.2.1各CPU模块的共同点⑤最多可以设置2048B（字节）有掉电保持功能的数据存储区（包括位存储器、功能块的局部变量和全局数据块中的变量）。通过可选的SIMATIC存储卡，可以方便地将程序传输到其他CPU。存储卡还可以用来存储各种文件或更新PLC系统的固件。⑥输入过程映像寄存器、输出过程映像寄存器各安排了1024B的指定地址空间。⑦数字量输入电路的电压额定值为DC24V，输入电流为4mA。1状态允许的最小电压/电流为DC

15V/2.5mA，0状态允许的最大电压/电流为DC

5V/1mA。可组态输入延迟时间（0.2～12.8ms）和脉冲捕获功能，在输入信号的上升沿或下降沿可以产生快速响应的中断输入。4.2.1各CPU模块的共同点⑧继电器输出的电压范围为DC5~30V或AC5~250V，最大电流为2A，白炽灯负载为DC30W或AC200W。DC/DC型MOSFET的1状态最小输出电压为DC20V，输出电流为0.5A；0状态最大输出电压为DC0.1V，最大白炽灯负载为5W。⑨可以扩展3个通信模块和1块信号板（或通信板），CPU可以用信号板扩展一路模拟量输出或高速数字量输入/输出。⑩时间延迟与循环中断，分辨率为1ms。⑪实时时钟的缓存时间典型值为10天，最小值为6天，25℃时的最大误差为60s/月。4.2.1各CPU模块的共同点⑫带隔离的PROFINET以太网接口，可使用TCP/IP和ISO-on-TCP两种协议。支持S7通信，可以做服务器和客户机，数据传输速率为10Mbps、100Mbps，可建立最多16个连接。自动检测数据传输速率，RJ-45连接器有自协商和自动交叉网线（AutoCrossOver）功能。后者是指用一条直通网线或者交叉网线都可以连接CPU和其他以太网设备或交换机。⑬所支持的标准编程语言有梯形图（LAD）、功能块图（FBD）和结构化控制语言（SCL）。⑭可以用可选的SIMATIC存储卡，扩展存储器的容量和更新PLC的固件。通过存储卡，还可以很方便地将程序传输到其他CPU。⑮参数自整定的PID控制器。⑯可采用数字量开关板为数字量输入点提供输入信号，进行用户程序测试。4.2.2CPU模块的电源配置根据电源电压、输入电压、输出电压的交、直流不同和电压大小不同，每种CPU有3种不同的电源配置方案，具体见表4-2。（Relay表示继电器）

电源电压输入电压输出电压输出电流DC/DC/DCDC24VDC24VDC24V0.5A,MOSFETDC/DC/RelayDC24VDC24VDC5～30V,AC5～250V2A,DC30W/AC200WAC/DC/RelayAC85～264VDC24VDC5～30V,AC5～250V2A,DC30W/AC200W表4-2S7-1200PLC各CPU的3种电源配置注：Relay继电器输出

MOSFET金属-氧化物半导体场效应晶体管4.2.3CPU模块集成的工艺功能

CPU模块具有强大的集成工艺功能，包括高速计数与频率测量、高速脉冲输出、PWM控制、运动控制和PID控制等1．高速计数与频率测量

高速计数，又称高速输入。S7-1200系列各CPU模块带有多达6个高速计数器。其中，三点输入为100kHz（单相）或80kHz（互差90°的正交相位信号），其他三点输入为30kHz（单相）或20kHz（正交相位信号），可用于计数和测量。如果使用信号板，则还可以测量频率高达200kHz的单相脉冲信号，或最高160kHz的正交相位信号。CPU1217C有4个最高频率为1MHz的高速计数器。4.2.3CPU模块集成的工艺功能2．高速脉冲输出S7-1200集成了4个100kHz的高速脉冲输出（包括信号板的DQ输出），用于步进电机或伺服驱动器的速度和位置控制。CPU本体100kHz，信号板200kHz，CPU1217C最多支持1MHz的高速脉冲输出。

这4个输出都可以输出脉宽调制信号来控制电机速度、阀位置或加热元件的占空比（使用PLCopen运动控制指令）。轴工艺对象有专用的组态窗口、调试窗口和诊断窗口。

PLCopen是一个国际性的运动控制标准，支持绝对、相对运动和在线改变速度的运动，支持找原点和爬坡控制，用于步进或伺服电机的简单启动和试运行、提供在线检测。3．PID控制PID功能用于对闭环过程进行控制。SIMATICS7-1200控制器中提供了多达16个带自动调节功能的PID控制回路，用于简单的闭环过程控制。4.2.4CPU模块的相关硬件概念1．通信接口

近几年出产的PLC产品一般都带有通信接口。S7-1200PLC在CPU本身集成有PROFINET接口，用户可通过这个接口实现PLC与编程器的硬件连接。PROFINET接口支持的协议有TCP、ISO-on-TCP等。用户也可以通过PROFINET接口实现与西门子HMI触摸屏、其他PLC之间的通信，使S7-1200与其他设备之间的数据交换变得简单方便。2．电池

在主机模块中通常配有锂电池，用于在掉电时保存用户程序和数据。S7-1200PLC可以通过RS-485通信端口返回锂电信息，此时，PLC做主站，锂电池做从站，提供锂电池通信格式，即可通过编程实现PLC读取锂电池的电量。4.2.4CPU模块的相关硬件概念3．LED指示灯

在主机上安装有LED指示灯，用于提供有关模块或I/O端口的运行状态的信息。S7-1200的LED指示灯共有3类。

第一类是状态指示灯，其意义如下。（参见表4-3）STOP/RUN：黄色常亮指示STOP模式、绿色常亮指示RUN模式、闪烁（绿色和黄色交替）指示CPU处于STARTUP运行状态。ERROR：呈红色闪烁即表示出错，例如CPU内部出错、存储卡出错或组态出错（不匹配模块），红色闪烁3s表示当前错误未持续。例如，实时时钟（RTC）会在断电时重置为默认时间。故障状态：纯红色指示硬件出现故障，如果固件检测到故障，则所有LED闪烁。MAINT（维护）：在每次插入存储卡时闪烁，然后CPU切换到STOP模式。4.2.4CPU模块的相关硬件概念

第二类是CPU提供的两个可指示PROFINET通信状态的LED。打开底部端子块的盖子可以看到PROFINETLED，其点亮状态及对应的意义如下：Link，绿色点亮指示连接成功；Rx/Tx，黄色点亮指示传输活动。

第三类是SM上的状态LED。（参见表4-4）①各数字量SM提供了指示模块状态的DIAGLED：绿色指示模块处于运行状态；红色指示模块有故障或处于非运行状态。②各模拟量SM为各路模拟量输入和输出提供了I/OChannelLED：绿色指示通道已组态且处于激活状态；红色指示个别模拟量输入或输出处于错误状态。③此外，各模拟量SM还提供有指示模块状态的DIAGLED：绿色指示模块处于运行状态；红色指示模块有故障或处于非运行状态。4.2.4CPU模块的相关硬件概念4．输入/输出接口

各主机模块上均配有少量的I/O端口，允许本机直接连接少量的I/O设备。PLC的I/O功能主要靠配置各种I/O模块来实现。

输入端、输出端是PLC与外部输入信号、外部负载联系的窗口。

输入/输出扩展接口是PLC主机为了扩展输入/输出点数和类型而设置的部件。根据控制需要，PLC主机可以通过输入/输出扩展接口扩展系统。

扩展模块共有3种类型。①信号模块。信号模块安装在CPU的右侧。在不考虑功率预算的情况下，每个CPU可允许的最大信号模块数量见表4-1。（2-8个不等）②通信模块。通信模块安装在CPU的左侧。如果不考虑功率预算，则任何CPU都允许最多3个通信模块。③信号板、通信板和电池板。信号板、通信板和电池板安装在CPU的顶部。任何CPU最多允许使用1块信号板、通信板或电池板。4.3

信号板、信号模块S7-1200允许通过信号板和信号模块扩展I/O设备.S7-1200的各CPU模块只设置有少量的DI/DO和AI/AO接口，当系统容量比较大，系统需要连接的外部DI/DO甚至是AI/AO设备较多时，可以通过信号板或信号模块进行扩展。S7-1200的各CPU模块都允许在正面连接一块信号板，用来扩展数字量或模拟量I/O。也可以在CPU的右侧连接信号模块扩展数字量或模拟量I/O。各CPU模块允许扩展的信号模块数量不同。4.3.1

信号板SignalBoard，SB，是可以内插在CPU模块中、用于扩展少量I/O点的一块小集成电路板。S7-1200的所有CPU模块都可以安装一块信号板，采用内嵌式安装，信号板直接插到S7-1200CPU前面的插座中，相互电气、机械连接，安装前后不会增加控制器所需的空间，安装尺寸不变。S7-1200共有5种信号板，分别是：数字量输入/输出信号板SB1221、SB1222、SB1223，模拟量输入/输出信号板SB1231、SB1232，这5种信号板适用于所有的CPU模块，规范概要见表4-5和表4-6。其中常用的是SB1223和SB1231。4.3.1

信号板4.3.1

信号板型号SB1221SB1222SB1223尺寸（W×H×D，

mm×mm×mm）38×62×2138×62×2138×62×21额定电压5V24V5V24V5V24V电流消耗SM总线40mA40mA35mA35mA35mA35mA5/24VDC15mA/输入+15mA7mA/输入+20mA15mA15mA15mA/输入+15mA7mA/输入+30mA功耗1.0W1.5W0.5W0.5W0.5W1.0WDI点数44——22DO点数——4422表4-5S7-1200数字量输入/输出信号板技术规范概要4.3.1

信号板型号SB1231SB1232尺寸（W×H×D,mm×mm×mm）38×62×2138×62×21额定电压5V24V5V24V功耗1.5W1.5WAI点数1×12bit

AO点数

1×12bit表4-6S7-1200模拟量输入/输出信号板技术规范概要4.3.2

信号模块SignalModule，简称SM除通过信号板进行少量点数的扩展外，S7-1200也提供了各种信号模块进行较多点数的I/O扩展。信号模块连接在CPU的右侧。如表4-1所述，CPU1212C可以扩展2个信号模块，CPU1214C、CPU1215C、CPU1217C都可以接受8个信号模块的扩展。信号模块不能与CPU1211C一起使用。在信号模块中，用光电耦合器、光敏晶闸管、小型继电器等来隔离PLC的内部电路和外部的输入、输出电路。因此，信号模块除传递信号外，还有电平转换与隔离的作用。4.3.2

信号模块信号板与信号模块的不同：第一，尺寸：安装信号板不影响CPU的安装尺寸，而信号模块装在CPU的外侧，则影响CPU的尺寸。第二，适用性：信号板适用于所有的CPU模块，信号模块不适用于CPU1211C。第三，扩展点数：信号板用于少量I/O点的扩展，信号模块用于较多点数、更灵活的I/O点扩展。4.4通信板、通信模块CommunicationBoard，CBCommunicationModule，CMS7-1200可以通过通信板和通信模块进行串口通信。通信模块使SIMATICS7-1200可以连接到现场设备、打印机、机器人控制、调制解调器、扫描仪、条码读取器、其他SIMATICS7和SIMATICS5PLC，以及许多其他制造商提供的系统。4.4通信板、通信模块型号功

能CB1241（RS-485）用于串行通信，支持标准协议：ASCII、Modbus、USS驱动协议，只有RS-485接口CM1241（RS-232/422/485）用于串行通信，支持标准协议：ASCII、Modbus、USS驱动协议CSM1277（紧凑型交换机）4端口交换机，用于配置统一或混合网络CP1242-7（通信处理器）用于通过GPRS进行数据传输CM1243-5（PROFIBUSDP主站）作为SIMATICS7-1200的PROFIBUSDP主站CM1242-5（PROFIBUSDP从站）作为SIMATICS7-1200的PROFIBUSDP从站CM1243-2（AS-Interface主站）作为SIMATICS7-1200的AS-Interface主站表4-8通信板、通信模块

西门子PLCS7-1200系列的通信板和通信模块主要有CB1241、CM1241、CM1242-5、CM1243-5、CM1243-2、CSM1277、CP1242-7等，如表4-8所示。4.4通信板、通信模块1．CB1241（RS-485）CB1241属于通信板，通过点到点连接，可进行快速、高性能的串行数据交换，执行的协议有ASCII、USS驱动协议、ModbusRTU，随后可加载附加协议，使用STEP7Basic可实现简单的参数化过程，可直接插入CPU。2．CM1241（RS-232/422/485）CM1241属于通信模块，其端口都是隔离的，均由CPU进行供电，不需要提供外部电源，可以通过LED查看通信的发送和接收情况。根据电气接口的不同，CM1241分为3种，CM1241RS-232，CM1241RS-422和CM1241RS-485，分别适用于不同的硬件接口和通信协议。4.4通信板、通信模块3．CM1243-5（PROFIBUSDP主站）作为1类主站运行，是SIMATICS7-1200实现PROFIBUS-DP主站功能的模块，可以实现S7-1200与PROFIBUS现场总线系统的连接。支持以下通信：●分布式I/OSIMATICET200；●配备CM1242-5的S7-1200CPU；●带有PROFIBUSDP模块EM277的S7-200CPU；●SINAMICS变频器；（西门子SINAMICS系列变频器）●各厂家提供的驱动器、执行器和传感器；●具有PROFIBUS接口的S7-300/400CPU；●配备PROFIBUSCP的S7-300/400；●配备PROFIBUSCP的SIMATICPC站。CM1243-5必须由CPU的24VDC传感器电源供电。注：SIMATIC是西门子自动化系列产品品牌统称4.4通信板、通信模块4．CM1242-5（PROFIBUSDP从站）作为从站运行，是SIMATICS7-1200实现PROFIBUS-DP从站功能的模块，可以实现S7-1200与PROFIBUS现场总线系统的连接。它简化了S7-1200与PROFIBUS的连接，通过背板总线提供电源，无需使用额外电缆。支持以下通信：●SIMATICS7-1200、S7-300、S7-400、S7-ModularEmbeddedController；●DP主站模块和分布式I/OSIMATICET200；●SIMATICPC站；●SIMATICNETIE/PBLinkPNIO。IE/PBLinkPNIO是一个网络转换模块，可作为工业以太网和Profibus网的网关模块，IE/PBLink可作为独立组件通过实时通讯在工业以太网和Profibus之间形成平滑过渡，并将现有Profibus设备连接到Profibus应用中，IO控制器处理所有DP从站的方法与处理带以太网接口的IO设备方法相同，即IE/PBLinkPNIO代表其位置。●各厂家提供的可编程控制器。CM1242-5通过背板总线供电，不需要单独的电源。4.4通信板、通信模块5．CM1243-2（AS-Interface主站）西门子CM1243-2通信模块是SIMATICS7-1200的AS-Interface主站，具有以下功能：●连接最多62个AS-Interface从站；●集成模拟量传输：由于集成了模拟值处理，因此可以在S7-1200的AS-Interface处获取模拟值（每个CM最多31个标准模拟从站，每个从站最多4个通道，或者每个CM最多62个A/B模拟从站，每个从站最多2个通道）；●根据AS-Interface技术规范V3.0，支持所有AS-Interface主站功能；●通过前面板后面的LED显示工作模式、AS-Interface电压故障、组态故障和外设故障；●适用于AS-i电源24V：与可选的DCM1271数据解耦模块相结合，可使用标准24V电源装置；●通过TIAportal进行组态和诊断。4.4通信板、通信模块6．CP1242-7（通信处理器）CP1242-7通信处理器用于将SIMATICS7-1200连接到全球普遍采用的GSM/GPRS移动无线网络，它具有以下特性：●在S7-1200之间和/或S7-1200与带有Internet连接的控制中心之间进行全球范围的无线数据交换；●基于通用无线分组业务（GeneralPacketRadioService，GPRS）、移动无线业务进行通信，数据传输速率高达86kb/s（下行链路）和43kb/s（上行链路）；●带有固定IP地址和具有标准移动电话合约的动态IP地址的GPRS模式；●基于网络时间协议（NetworkTimeProtocol，NTP）的时间同步；●通过语音呼叫或文本消息建立按需连接；●发送和接收文本消息；●可使用STEP7方便地组态，调试十分迅速。4.4通信板、通信模块7．CSM1277（紧凑型交换机）

CSM1277是一个4端口非管理型交换机，可用于配置统一或者混合网络（采用线状、树状或星状拓扑结构）。CSM1277允许SIMATICS7-1200与最多3个额外的设备相连接。

CSM1277与S7-1200系列的信号模块(SM)、通信模块(CM)不同，它没有与背板总线连接的插槽/插头，因此也不会消耗背板总线电流，不算在扩展模块的范围之内。也因为它不与背板总线相连接，因此只能放在机架的两侧，不能放在中间。CSM1277属于即插即用型设备，不需要组态。4.4通信板、通信模块

综上所述，根据控制系统的不同要求，可以灵活地选用通信板或通信模块对系统通信功能进行扩展。

通信板CB1241与通信模块CM1241的不同之处在于：通信板CB1241仅支持RS-485通信，而通信模块CM1241可支持RS-232、RS-422和RS-485通信；安装通信板不影响CPU的安装尺寸，通信模块装在CPU的外侧，则影响CPU的尺寸；通信板只有CB1241，而通信模块有各种功能类型模块可供选择。4.5S7-1200PLC系统配置——功率预算当CPU自身的接口或功能不能满足实际控制系统的要求时，可通过连接其他模块来扩展。S7-1200主机带扩展模块时受电源供电能力的限制。每个CPU都提供了5VDC和24VDC电源，连接扩展模块时，CPU会为这些扩展模块提供5VDC电源。如果扩展模块的5VDC功率要求超出CPU的功率预算，则必须减少一些扩展模块，直到功率在功率预算范围内。24VDC的电源又称传感器电源，可以为本地输入点或扩展模块上的继电器线圈供电。如果使用CPU自带的24VDC电源供电，则需要对电源进行功率检验。很多情况下，也可以由用户在外部提供一个24VDC电源，此时需要用户手动将外部电源与输入点或继电器线圈进行连接。若超出CPU功率预算，将导致无法连接CPU所允许的最大数量的模块。4.5S7-1200PLC系统配置——功率预算传感器的内部传感器电源和外部24VDC电源不能并联。内部电源和外部电源应分别给不同的位置供电，允许将多个公共端连接到一个位置。所有非隔离的相应公共接线端必须连接到同一个外部参考电位。功率预算示例：假设某PLC控制系统，选用了S7-1200CPU1214CAC/DC/继电器型，用到的信号板为1个SB12232×24VDC输入/2×24VDC输出，通信模块需要1个CM1241、信号模块需要3个SM12238DC输入/8路继电器输出以及1个SM12218DC输入的组态。功率预算表见表4-94.5S7-1200PLC系统配置——功率预算CPU额定负载能力CPU功率计算5VDC24VDCCPU1214CAC/DC/继电器1600mA400mA系统实际功耗计算系统实际连接要求5VDC24VDCCPU1214C，14点输入－

14×4mA=56mA1个SB12232×24VDC输入/2×24VDC输出50mA2×4mA=8mA1个CM1241RS-422/485，5V电源220mA－3个SM1223，5V电源3*145mA=435mA－1个SM1221，5V电源1*105mA=105mA－3个SM1223，各8点输入－3×8×4mA=96mA3个SM1223，各8个继电器线圈－3×8×11mA=264mA1个SM1221，各8点输入－8×4mA=32mA累计810mA456mACPU额定负载能力与系统实际连接要求的差额

5VDC24VDC总电流差额790mA-56mA表4-9功率预算注：该CPU已分配驱动内部继电器线圈所需的功率(5VDV)。功率预算计算中无需包括内部继电器线圈的功率要求。4.5S7-1200PLC系统配置——功率预算计算结果表明：①5VDC电源的额定负载能力为1600mA，远大于该项目实际需求的810mA；②输入和输出模块需要24VDC提供456mA的电流，而CPU只能提供400mA，那么实际应该额外提供一个至少能够提供56mA电流的24VDC电源，以运行所有应提供该电源电压的输入和输出模块。4.6开发软件4.6.1软件介绍1．软件简介S7-1200PLC用户程序的编写，可以在SIMATICSTEP7Basic中进行，SIMATICSTEP7BasicV10.5是第一个投入中国市场的版本，后来被合并到TIAportal软件中。全集成自动化软件TIAportal（简称“博途”）是西门子公司发布的一款全新的自动化软件。它是业内首个采用统一的工程组态和软件项目环境的自动化软件，几乎适用于所有的自动化任务。借助该全新的工程技术软件平台，用户能够快速、直观地开发和调试自动化系统，可对西门子公司全集成自动化中所涉及的所有自动化和驱动产品进行组态、编程和调试。博途软件有4个级别的版本：Basic、Comfort、Advanced、Professional。4.6.1软件介绍2．软件组成

专业版（Professional）的博途软件由4部分组成：用于硬件组态和编写PLC程序的SIMATICSTEP7；用于组态可视化监控系统、支持触摸屏和PC工作站的SIMATICWinCC；用于设置和调试变频器的SINAMICSStartdrive和用于在工程平台上实现SIMOTIONPLC运动控制器的工艺对象配置/用户编程、调试和诊断的SCOUT。4.6.1软件介绍3．软件安装要求

如果安装博途软件，为了保证软件流畅运行，则对计算机的硬件要求如下。

处理器：四核以上。

内存：不少于4GB，建议8GB。

硬盘：300GB以上。

显示器：不小于15.6英寸宽屏。

图形分辨率：不低于1920×1080像素。博途软件可安装的计算机操作系统是：Windows7HomePremiumSP1（Basic版），Windows7ProfessionalSP1或EnterpriseSP1或UltimateSP1，Windows8.1（Basic版）、Windows8.1Pro或Enterprise、MicrosoftServer2012R2Standard、WindowsServer2008R2StandardEditionSP2，并且要求在管理员操作权限下进行安装和操作。4.6.2TIAPortal安装下面以博图V16为例介绍安装过程，其他版本的安装过程几乎一样，安装界面从V14开始也差不多相同，建议采用默认的“典型”安装，有特殊需求的用户可以选择“用户自定义”安装。（1）按照安装指南启动安装文件，图4-4为博图V16的安装界面。（2）安装语言选择，如图4-5所示；产品语言选择，一般选择中文，将“英语”作为基本产品语言进行安装，不可取消，如图4-6所示。（3）若要以最小配置安装程序，则选择“最小(M)”；若要以典型配置安装程序，则选择“典型(T)”；若自主选型需要安装组件，则选择“用户自定义(U)”，如图4-7所示。接下来，需要确认接受所有许可协议，如图4-8所示。（4）如果在安装TIA博图时需要更改安全和权限设置，则打开安全控制对话框，接受对安全和权限设置的更改，如图4-9所示。安装前会显示安装设置概览，如图4-10所示，点击“安装”按钮，安装随即启动，如图4-11所示。（5）安装完成后，会显示重启计算机提示，按照要求重启计算机完成安装全过程，如图4-12所示。4.6.2TIAPortal安装图4-4

博图V16的安装界面图4-6选择产品语言图4-5

选择安装语言图4-7

选择安装配置4.6.2TIAPortal安装图4-10安装设置概览图4-11

开始安装图4-9

安全和权限限制图4-8

许可证条款认证4.6.2TIAPortal安装图4-12

提示重启计算机界面4.6.3软件基本使用方法为帮助用户提高效率，STEP7提供了两种不同的项目视图：根据工具功能组织的面向任务的Portal视图，如图4-13所示；项目中各元素组成的面向项目的视图（项目视图），如图4-14所示。用户只需通过单击，就可以切换Portal视图和项目视图。图4-13

Portal视图4.6.3软件基本使用方法图4-14

项目视图4.6.3软件基本使用方法1．项目树可以从项目树中添加新的设备，编辑已有的设备，打开处理项目数据的编辑器，以及访问所有的设备和项目数据。2．详细视图详细视图显示项目树中被选中的对象的下一级的内容，可能包含文本列表和变量。3．工作区为进行编辑而打开的对象将显示在工作区，但是一般只能在工作区同时显示一个当前打开的编辑器。图4-4的工作区显示的是“设备视图”选项卡，可执行以下任务：①配置和分配设备参数；②配置和分配模块参数。单击“网络视图”选项卡，可以打开网络视图，可执行以下任务：①配置和分配设备参数；②实现设备互连。4．巡视窗口巡视窗口用来显示选中的工作区中的对象的附加信息，可在“属性”选项卡中编辑所选对象的设置。5．编辑器栏巡视窗口下面的区域是编辑器栏，显示打开的所有编辑器，可以用编辑器栏在打开的编辑器之间快速地切换工作区显示的编辑器。4.6.4硬件组态硬件组态的大致步骤如下：①添加设备；②设备组态；③组态网络：组态网络之前，不能分配I/O设备的I/O地址；④设置网络参数。具体步骤参见本书第7章。编译检查没有错误后，就可以保存以上信息。常用的硬件组态包括以下几种。1．CPU与编程设备CPU与编程设备通信时，第一，需要进行硬件配置，如果是一对一通信，则不需要以太网交换机；第二，需要为CPU或编程设备分配IP地址。在PROFINET网络中，每个设备必须具有一个MAC地址和Internet协议（IP）地址。2．CPU与HMICPU与HMI组态通信时的步骤如下。（1）建立硬件通信连接。通过PROFINET接口建立HMI和CPU之间的物理连接。由于CPU内置了自动跨接功能，因此对该接口既可以使用标准以太网电缆，又可以使用跨接以太网电缆，连接一个HMI和一个CPU不需要以太网交换机。（2）配置设备。4.6.4硬件组态（3）组态HMI与CPU之间的逻辑网络连接。可使用“网络视图”创建项目中各设备之间的网络连接。具体步骤：首先，单击“连接”选项卡，然后单击右侧的下拉框，选择连接类型。例如，创建PROFINET连接，单击CPU上的绿色（PROFINET）框，然后拖出一条线，连接到第二个设备上的PROFINET框。松开鼠标，即可创建PROFINET连接。（4）在项目中组态IP地址。（5）测试PROFINET网络。完成组态后，下载项目到CPU中，下载项目时会组态所有IP地址。可以手动配置，也可以在线配置。但S7-1200CPU不具有预组态的IP地址，必须手动为其分配。在线配置CPU的IP地址的方法是，在“项目树”中，使用如下菜单选项检查是否还没有给CPU分配任何IP地址：设备——在线访问——设备所在网络的适配器卡——更新可访问的设备。如果显示的是MAC地址，而不是IP地址，则表示尚未给CPU分配IP地址。3．CPU与CPU硬件配置后，组态两个CPU之间的通信：建立硬件通信连接、配置设备、组态两个CPU之间的逻辑网络连接、在项目中组态两个CPU的IP地址、组态传送参数和接收参数、测试PROFINET网络。通过使用TSEND_C和TRCV_C指令，一个CPU可与网络中的另一个CPU进行通信。4.6.5PLC编程1．程序块项目中默认的只有一个用户程序块。要添加程序块，需要在项目树的程序块中双击“添加新块”，然后选择块的名称、类型、编号和编程语言。可供选择的块类型有4种：组织块（OB）、函数块（FB）、函数（FC）、数据块（DB）。OB、FC和FB可供选择的编程语言有3种：LAD、FBD和SCL。2．指令系统提供的指令可以在指令目录和库目录窗口中选择。其中，指令目录包含基本指令模块、扩展指令模块、工艺执行模块和通信指令模块4大类。双击项目树中要编辑的程序块，就可以打开程序编辑器。双击项目树中的PLC变量的“显示所有变量”项目，进入符号编辑器。在编写PLC程序之前先创建变量，有利于程序的阅读、分析和修改。有效的PLC变量名允许使用字母、数字、特殊字符，但不允许使用引号。PLC变量的名称在CPU范围内具有唯一性，即使变量位于CPU的不同变量表中。块已经使用的名称、CPU内其他PLC变量或常量的名称，不能用于新的PLC变量的命名。变量名的唯一性检查不区分大小写字母。如果输入了一个已经存在的变量名，则系统自动为第二次输入的名称后加上序号（1）。4.6.5PLC编程3．用户程序来源用户程序是在SIMATICSTEP7软件环境中，由用户编写的、用于实现特殊控制任务和功能的程序。为了方便用户高效地开发控制程序，SIMATICSTEP7提供了5种标准编程语言。①LAD（梯形图）：一种图形编程语言，使用基于电路图的表示法。②FBD（函数块图）：基于布尔代数中使用的图形逻辑符号的编程语言。③SCL（结构化控制语言）：一种基于文本的高级编程语言。下面以梯形图语言为例，利用类似于电路图的元件（如常闭触点、常开触点和线圈）相互连接构成程序段，如图4-15所示。要创建复杂运算逻辑，可插入分支以创建并行电路的逻辑。图4-15

梯形图语言编程示例4.6.6程序的调试、运行监控与故障诊断博途软件是一款集成软件，不仅集成了SIMATICSTEP7Basic，还集成了仿真软件SIMATICS7-PLCSIM。仿真PLC与实际PLC既有相通之处，也有较多区别。SIMATICS7-PLCSIM仿真软件的安装与博途V16的安装过程相同，安装完成后，也需要重新启动计算机1．仿真要求SIMATICS7-PLCSIM软件