04 SIMATIC S7 系统及其组态软件
plc课程设计结合组态软件
plc课程设计结合组态软件一、教学目标本课程的教学目标是使学生掌握PLC（可编程逻辑控制器）的基本原理和应用，能够利用组态软件进行PLC系统的监控和调试。
具体目标如下：1.知识目标：•了解PLC的基本组成和工作原理。
•掌握PLC编程语言和常用指令。
•熟悉组态软件的使用和配置。
2.技能目标：•能够使用PLC进行简单的控制系统设计。
•能够利用组态软件进行PLC系统的监控和调试。
•能够分析并解决PLC控制系统中的问题。
3.情感态度价值观目标：•培养学生的创新意识和团队合作精神。
•培养学生对自动化技术的兴趣和热情。
•培养学生对工程实践的责任感和安全意识。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括PLC的基本原理、编程语言、组态软件的使用和应用案例。
具体安排如下：1.PLC的基本原理：•PLC的组成和工作原理。
•PLC的编程语言和指令系统。
2.编程语言和指令：•基本指令的使用和编程方法。
•功能指令的使用和编程方法。
3.组态软件的使用：•组态软件的基本功能和操作界面。
•组态软件的配置和监控方法。
4.应用案例：•PLC控制系统的设计和实施。
•组态软件在PLC控制系统中的应用实例。
三、教学方法本课程的教学方法包括讲授法、案例分析法、实验法和讨论法。
具体使用如下：1.讲授法：用于讲解PLC的基本原理和编程语言。
2.案例分析法：用于分析PLC控制系统的应用案例，引导学生思考和解决问题。
3.实验法：用于让学生亲自动手进行PLC控制系统的实验操作，加深对知识的理解和应用能力。
4.讨论法：用于分组讨论和分享学习心得，培养团队合作和沟通能力。
四、教学资源本课程的教学资源包括教材、实验设备、多媒体资料和参考书籍。
具体准备如下：1.教材：选用权威、实用的教材，如《PLC原理与应用》。
2.实验设备：准备PLC实验设备，包括控制器、编程器和传感器等。
3.多媒体资料：制作课件、教学视频和案例资料，以图文并茂的形式呈现教学内容。
4.参考书籍：提供相关的参考书籍，供学生深入学习和参考。
现场总线复习整理
第一章1、自动控制系统的发展四个阶段及其体系结构1.模拟仪表控制系统(ACS)缺点：信号变化缓慢，计算速度精度比较低、信号传输的抗干扰能力较差。
2.直接数字控制系统(DDC)优点：集中管理、控制、监视、报警和收集历史数据等。
缺点：布线费用高、不便于扩展、危险集中、可靠性低等。
3集散控制系统（DCS)系统主要缺点（1）信息集成能力不强（2）系统不开放、可集成性差、专业性不强（3）可靠性不易保证4）可维护性不高。
4、现场总线控制系统（FCS)现场总线技术主要特征是采用数字式通信方式取代设备级的4-20mA(模拟量)/24VDC(开关量)信号，使用一根电缆连接所有现场设备。
2、DCS的结构由分散过程控制装置、操作管理装置和通信系统三部分组成3、现场总线定义：数字通信协议，应用与生产现场，在一些智能化的控制设备之间所执行双向串行通信，多节点的数字通信系统，是开放的数字化多点通信的底层控制网络。
4、现场总线控制系统的技术特点（1）系统的开放性、可集成性2）互操作性与互用性3）现场设备的智能化与功能自治性4）系统的高度分散性5）对现场环境的适应性。
5、与DCS相比FCS在结构上有哪些优越性：1 实现全数字化通信；2实现彻底的全分散式控制；3实现不同厂商产品互连、互操作；4增强系统的可靠性、可维护性；5降低系统工程成本。
第二章 1、总线就是传输信号或信息的公共路径，是遵循同一技术规范的连接与操作方式。
一组设备通过总线连在一起称为“总线段”。
2、总线主设备：可在总线上发起信息传输的设备,又称命令者。
总线从设备：能在总线上主动发起通信、只能挂接在总线上、对总线信息进行接收查询的设备称为总线从设备，也称基本设备。
3、总线上的控制信号通常有三种类型：a、控制连在总线上的设备，让它进行所规定的操作；b、用于改变总线操作的方式； c、表明地址和数据的含义。
总线协议：管理主、从设备使用总线的一套规则称为“总线协议”。
这是一套事先规定的、必须共同遵守的规约。
Wincc组态软件介绍
一、组态软件概述及功能组态软件是数据采集监控系统SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition)的软件平台工具，是工业应用软件的一个组成部分。
它具有丰富的设置项日，使用方式灵活，功能强大。
组态软件由早先单一的人机界面向数据处理机方向发展，管理的数据量越来越大。
随着组态软件自身以及控制系统的发展，监控组态软件部分地与硬件发生分离，为自动化软件的发展提供了充分发挥作用的舞台。
OPC(OLE for Process Control)的出现，以及现场总线尤其是工业以太网的快速发展，大大简化了异种设备间互连，降低了开发I/O设备驱动软件的工作量。
I/O驱动软件也逐渐向标准化的方向发展。
实时数据库的作用进一步加强。
实时数据库是SCADA系统的核心技术。
从软件技术上讲，SCADA系统的实时数据库，实质上就是一个可统一管理酌、支持变结构的、支持实时计算的数据结构模型。
在实时数据库技术中，还有对工业标准的支持(如OPC规范等)，对分布式计算的支持和对实时数据库系统冗余的支持，等等。
目前看到的所有组态软件都能实现类似的功能：几乎所有运行于32位windows平台的组态软件都采用类似资源浏览器的窗口结构，并对工业控制系统中的各种资源(设备、标签量、画面等)进行配置和编辑；处理数据报警及系统报警；提供多种数据驱动程序；各类报表的生成和打印输出；使用脚本语言提供二次开发的功能；存储历史数据并支持历史数据的查询，等等。
二、WinCC简介西门子视窗控制中心SIMATIC WinCC（Windows Control Center）是HMI／SCADA软件中的后起之秀，1996年进入世界工控组态软件市场，当年就被美国Control Engnieering杂志评为最佳HMI软件，以最短的时间发展成第三个在世界范围内成功的SCADA系统；而在欧洲，它无可争议地成为第一。
在设计思想上，SIMATIC WinCC秉承西门子公司博大精深的企业文化理念，性能最全面、技术最先进、系统最开放的HMI/SCADA软件是WinCC开发者的追求。
SIEMENS 全新组态软件 SIMATIC WinCC flexible 说明书
新产品简介simatic hmi全新组态软件SIMATIC WinCC flexibleSIMATIC多功能面板不仅具备人机界面功能基于Windows CE操作系统，SIMATIC多功能面板平台不仅具有工业PC的灵活性,而且坚固耐用，价格适宜。
同其他操作面板，SIMATIC Multi Panels(MP)可用于本机操作和监视，高性能、开放性和可扩展性是其突出特征。
SIMATIC MP 270BMP 270B面板是多功能面板系列中的一款输入级设备。
提供 5.7″和10.4″TFT 触摸屏型或10.4″TFT显示屏和薄膜键盘型。
MP 270B可提供最佳性能，颇具吸引力。
SIMATIC MP 370MP 370多功能面板可满足最高的性能要求。
提供有12.1″和15.1″TFT触摸屏型或12.1″TFT显示屏和薄膜键盘型。
一个平台，多种用途使用基于标准Windows CE的应用软件,在SIMATIC多功能面板上可实现多种自动化功能。
例如，下载Microsoft PocketInternet Explorer(随产品提供)，即可在多功能面板MP270B/MP370上显示HTML文档并浏览保存在主机系统上的操作和工作说明。
除可视化功能，还可将SIMATIC WinACMP软件PLC集成到MP 370设备上(WinCCflexible V1.1 版以上)。
显然，对于有确定要求的大量数据的控制任务，WinACMP选项是一种经济的解决方案，理想用于需要较坚固硬件的分布式自动化任务。
通过SIMATIC ThinClient/MP选项,10″12″和15″触摸式多功能面板可作为Windows 2000终端服务器的瘦客户机使用，可兼用于可视化图形显示，或作为单纯的终端客户机。
这样，就可以使用多功能面板来操作所有运行于终端服务器上的应用程序。
中央数据管理或项目管理通过以太网(TCP/IP)，可将多功能面板联网来访问办公环境。
现场总线技术第四章 SIMATIC S7 系统及其组态软件(第3版)
3.二类主站
二类主站主要用于完成系统各站的系统配置、编 程、参数设定、在线检测、数据采集与存储等功 能。
(1)以PC为主机的编程终端及监控操作站
1)主机。具有 AT总线、MICRODOS/Windows 的 PC机、笔记本计算机、工业计算机均可配置 成 PROFIBUS的编程、监控、操作工作站。西 门子公司为其自动化系统专门设计提供了紧凑结 构工业级工作站，即PG。
(3)SIMATIC WinCC
在PC基础上的操作员监控系统己经 得到很大发展， SIMATIC WinCC( Windows Control Center， Windows控制中心)使用最新软件 技术，在Windows环境中提供各种 监控功能，确保安全可靠地控制生 产过程。
4.PROFIBUS的软件
（2）PLC作为从站——智能I/O从站 1）CPU215-2DP 2）CPU315-2DP 3）S7 300+CPU342-5
（3）DP/PA耦合器/链接器 1）IM157 DP/PA链接 2） DP/PA Couple
（4）CNC数控装置 1）SINUMERIK 840D 2）SINUMERIK 840C/IM392.N
2)网卡或编程接口 CP5X11自身不带微处理器 ,CP5411是短ISA卡，CP5511是TYPE2PCMCIA 卡,CP5611是PCI卡。
(2)操作员面板OP
操作员面板用于操作员控制，如设定 修改参数、设备启停等;并可在线监视 设备运行状态，如流程图、趋势图、 数值、故障报警、诊断信息等。西门 子公司生产的操作员面板主要有字符 型操作员面板，如OP5、0P7、0Pl5 、OP17等;图形操作员面板有OP25、 0P35、OP37等。
SIMATICS7系统及其组态软件
实时监控与数据记录
总结词
实时显示设备状态和工艺流程，支持历史数据查询和趋势分析。
详细描述
Simatics7系统软件能够实时监控设备的运行状态和工艺流程，通过图形界面展示数据变化。用户可 以随时查看历史数据，进行趋势分析，以便更好地了解生产情况。
报警与事件处理
总结词
自动检测异常情况并触发报警，支持事 件触发和处理。
人机界面支持多种语言显示，可以根 据不同地区的需求进行语言切换。同 时，人机界面还支持多种数据格式显 示，如文本、图形、表格和曲线等， 方便用户进行数据分析。
通讯模块
通讯模块是Simatics7系统的通讯设备，用于实现控制器、 I/O模块、人机界面等设备之间的数据交换和通讯。通讯模 块支持多种通讯协议，如Profibus、Profinet、 EtherNet/IP等，方便与各种设备进行连接和通讯。
技术创新
Simatics7系统在技术创新方面不 断取得突破，支持更多的通讯协 议和功能模块，提高了系统的可 靠性和稳定性。
02
Simatics7系统硬件组成
控制器
控制器是Simatics7系统的核心部件 ，负责系统的控制和数据处理。它具 有强大的运算能力和高度的可靠性， 能够满足各种复杂控制需求。
控制器采用模块化设计，可以根据实 际需求进行灵活配置。控制器支持多 种通讯协议，方便与外部设备进行数 据交换。
I/O模块
I/O模块是Simatics7系统的输入输出设备，用于采集和输出 模拟信号和数字信号。根据不同的应用需求，可以选择不同 类型的I/O模块，如模拟量输入模块、模拟量输出模块、数字 量输入模块和数字量输出模块等。
系统定义与特点
定义
Simatics7系统是一种基于工业自动化 领域的控制系统，用于监控、控制和 优化工业生产过程。
SIMATICPCS7系统概述
Simatic PCS7系统的硬件和软件都支持模块化设计，可 以根据实际需求进行灵活配置，满足不同规模和复杂度的 工业生产过程控制需求。
系统应用领域
流程工业
Simatic PCS7系统广泛应用于石 油、化工、制药、食品等流程工 业领域，实现对生产过程的自动
化控制和优化管理。
离散工业
Simatic PCS7系统也可以应用于 机械制造、汽车制造等离散工业领 域，实现设备控制、工艺过程控制 等功能。
电源模块
提供系统所需的电源。
软件架构
01
WinCC软件
用于监控和操作PCS7系统的人 机界面软件。
02
Step7软件
用于配置和编程PCS7系统的控 制逻辑。
03
S7-300/0编程软 件
用于编写和调试S7系列PLC的程 序。
网络架构
以太网
Profinet网络
用于连接PCS7控制器、HMI设备和上 层监控系统。
按照系统设计要求，进行硬件安装、软件调试和系统集成，确保系 统各部分能够协同工作。
运行效果
系统投产后，实现了生产过程的自动化控制，提高了生产效率，降 低了能耗和物耗，取得了显著的经济效益和社会效益。
案例总结与启示
成功因素
选择合适的系统配置和设计、实 施过程的高效管理和技术支持、 以及系统运行过程中的维护和优 化。
软件安装与配置
安装必要的操作系统、数据库和应用程序，并 进行相应的配置和优化。
系统调试与测试
对整个系统进行集成测试、功能测试和性能测试，确保系统稳定可靠。
系统维护与升级
日常维护
定期检查系统硬件和软件的运行状态，及时 处理故障和问题。
安全防护
西门子SIMATICS7系统、维护和编程课程
换电源模块后系统恢复正常。
案例二
02
某生产线Simatics7控制器报错，提示通信故障，经检查发现通
信线缆接触不良，重新接线后故障排除。
案例三
03
某控制系统Simatics7程序运行异常，经分析发现程序中存在逻
辑错误，修复程序后系统运行恢复正常。
05
西门子simatics7系统未来发展与趋势
技术创新与升级
系统简介
西门子simatics7系统是西门子 公司推出的一款自动化控制系统，
主要用于工业自动化领域。
该系统基于西门子可编程控制器 （PLC）技术，集成了自动化控 制、监测、数据处理等功能于一
体。
西门子simatics7系统适用于各 种工业生产过程，如制造业、电 力、化工、制药等行业的自动化
控制和监测。
图进行编程，易于理解和实现简单的逻辑控制。
开发工具
西门子提供了一系列的编程工具，如STEP 7和TIA Portal。这些工具提供了图形化界面， 使得编程更为直观和便捷。同时，这些工具还提供了代码编辑、程序调试、系统配置等
功能。
程序结构与流程
程序结构
西门子simatics7系统的程序由若干个功能块（FB、FC、DB等）组成。这些功 能块具有特定的功能和参数，通过参数设置和逻辑组合实现复杂的控制功能。
集成性
该系统可以与其他工业自动化系统进行集成，实现数据共 享和协同工作，提高了整个工业生产线的智能化水平。
系统应用领域
制造业
用于生产线控制、工艺流程监 测等。
电力行业
用于发电厂控制、电网监测等 。
化工行业
用于化学反应控制、工艺流程 监测等。
制药行业
用于制药生产线控制、药品质 量监测等。
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支持编程，包括主站应用程序的开发、编辑、调试;
执行应用程序;
通过PROFIBUS接口对从站的数据读写;
从站远程参数化设置; 主-从站故障报警与记录; 图形监控画面设计、数据库建立等监控程序的开发 与调试; 设备组态、在线图形监控、数据存储与统计、报表 等功能。
4.3 PROFIBUS系统配置中的选型
2.SIMATIC S7系统组成
系统的硬件部分包括控制器（CPU）模块、电 源模块、输入/输出模块、编程设备和通信电 缆； 系统软件采用STEP7组态软件，安装在编程设 备中。 由编程设备中的STEP7组态软件完成系统的硬 件组态和控制软件的编制，并通过编程设备 电缆下传给控制器模块。
SIMATIC S
第四章
SIMATIC S7 系统及其组态软件
4 SIMATIC S7 系统及其 组态软件
4.1 SIMATIC S7 系统基础
4.2 PROFIBUS控制系统的配置
4.3 PROFIBUS系统配置中的选型 4.4 STEP7 编程组态软件介绍
4.1 SIMATIC S7 系统基础
1. SIMATIC S7系统概述
4.4 STEP7 编程组态软件介绍
4.4.1 何谓STEP7
4.4.2 STEP7的软件结构 4.4.3 STEP7操作步骤说明
4.4.1 何谓STEP7
4.4.2 STEP7的软件结构
4.4.3 STEP7 操作 步骤 说明
复习题
1. SIMATIC S7系统主要由哪些设备组成? 各部分的功能是什么? 2.STEP7软件的主要功能是什么?
(2)选择PC机加网络接口卡作为一类主站
PC机加PROFIBUS网络接口卡可作为主站，这
类网卡具有PROFIBUS-DP/PA/FMS接口。选择
与网卡配合使用的软件包，软件功能决定PC
机作为一类主站还是只作编程监控的二类主
站。 CP5411、CP5511、CP5611网卡 CP5412通信处理器
CP5613PCI卡
（4）适合连续系统；
（5）适合过程控制、人工控制和混合控制等 各种工业现场； （6）适合厂级集中工程系统； （7）现场设备与PROFIBUS总线易于集成； （8）具有可靠的安全体系； （9）具有开放式层（级）结构； （10）各层（级）具有可选的冗余操作，增 加了系统的实用性。
4.2 PROFIBUS控制系统的配置
4) ET200C
5) ET200X
6) ET200U
（2）PLC作为从站——智能I/O从站
1）CPU215-2DP 2）CPU315-2DP 3）S7-300+CPU342-5 （3）DP/PA耦合器/链接器 1）IM157 DP/PA链接 2） DP/PA Couple
（4）CNC数控装置
1）SINUMERIK 840D
(2)操作员面板OP
操作员面板用于操作员控制，如设定修改参 数、设备启停等;并可在线监视设备运行状态， 如流程图、趋势图、数值、故障报警、诊断 信息等。西门子公司生产的操作员面板主要 有字符型操作员面板，如OP5、0P7、0Pl5、 OP17等;图形操作员面板有OP25、0P35、OP37 等。
(3)SIMATIC WinCC
1.主站的选择 (1)选择PLC作为一类主站 CPU带内置PROFIBUS接口:这种CPU通常具有 一个PROFIBUS-DP和一个MPI接口。 PROFIBUS通信处理器:CPU不带PROFIBUS接口， 需要配置PROFIBUS通信处理器模块。 IM308-C接口模块 CP5431 FMS/DP通信处理器 CP242-5通信处理器 CP443-5通信处理器 IF964-DP接口子模板
7 系 统 图
3. SIMATIC PCS7系统 SIMATIC PCS7（Process Control System） 系统适用于各种工业领域，具有多类模块或 组件，可以构成大、中、小集散控制系统 （Distributed Control System）。 SIMATIC PCS7系统具有以下特点： （1）具有符合工业标准并经过测试验证的硬 件和软件； （2）实现分布式的客户/服务器结构； （3）实现工厂级或具有 60000个过程对象的 复杂系统；
4)使用PC机加PROFIBUS网络接口卡作为一类
主站，监控站与一类主站一体化。
5)充分考虑未来扩展需要，如增加几条生产
线和扩展出几条DP网络，车间要增加几个监
控站等，因此采用两级网络结构。
5)紧凑式PC机 (compact
computer)+PROFIBUS网络接口卡+softPLC的
结构形式。
2） SINUMERIK 840C/IM392.N
(5)SIMODRIVER传感器
具有PROFIBUS接口的绝对值编码器
SIMODRIVER传感器是装有光电旋转编码器的 传感器，用于测量机械位移、角度以及速度。 (6)数字直流驱动器6RA24/CB24
数字直流驱动器6RA24/CB24是三相交流电源 供电、数字式小型直流驱动装置，可用于直 流电枢或磁场供电，完成直流电机的速度连 续调节。
3.二类主站 二类主站主要用于完成系统各站的系统配置、 编程、参数设定、在线检测、数据采集与存 储等功能。 (1)以PC为主机的编程终端及监控操作站 1)主机。具有 AT总线、MICRODOS/Windows的 PC机、笔记本计算机、工业计算机均可配置 成 PROFIBUS的编程、监控、操作工作站。西 门子公司为其自动化系统专门设计提供了紧 凑结构工业级工作站，即 PG。 2)网卡或编程接口 CP5X11自身不带微处理 器,CP5411是短ISA卡，CP5511是TYPE2PCMCIA 卡,CP5611是PCI卡。
2.SIMATIC S7系统组成
3. SIMATIC PCS7系统
1. SIMATIC S7系统概述
SIMATIC S7通过DP网络连接分散的设备，应 用STEP7所具有的硬件和软件组态功能将分散 的设备集成在一起，构成分散控制系统； SIMATIC S7系统提供集成式或插入式设备模 块，如输入、输出、运算和控制模块，还提 供操作站和编程器等人机接口设备。
在PC基础上的操作员监控系统己经得到 很大发展， SIMATIC WinCC(Windows、 control Center，Windows控制中心)使 用最新软件技术，在Windows环境中提 供各种监控功能，确保安全可靠地控制 生产过程。
4.PROFIBUS的软件
用于SIMATICS7，其主要设备的所有PROFIBUS 通信功能都集成在STEP7编程软件中; 用于SIMATICS5和PC网卡，它们的参数配置由 COMPROFIBUS软件完成。 使用这两种软件可完成PROFIBUS系统及各站 点的配置、参数化、文件、编制启动、测试、 诊断等功能。
1.按现场设备类型配置
根据现场设备是否具有PROFIBUS接口，
PROFIBUS控制系统配置可分为3种模式：
(1)总线接口型
(2)单一总Leabharlann 型 (3)混合型2.按实际应用需要配置
根据实际需要及经费情况，通常有如下几种 结构类型。
1)以PLC或控制器作为一类主站，不设监控站， 但调试阶段配置一台编程设备。 2)以PLC或控制器作为一类主站，监控站通过 串口与PLC一对一连接。 3)以PLC或其他控制器作为一类主站，监控站 作为二类主站连接在PROFIBUS总线上。
3.STEP7软件主要由哪几部分组成?
4.STEP7软件主要包括哪几种编程语言?
5.STEP7软件使用的具体操作步骤有哪些?
2.从站的选择 根据实际需要，选择带PROFlBUS接口的分散 式I/0、传感器、驱动器等从站。从站性能指 标要首先满足现场设备控制需要，再考虑 PROFIBUS接口问题，如从站不具备PROFIBUS 接口可考虑分散式I/0方案。 (1)分散式I/O
l)ET200M
3) ET200B
2) ET200L