2.6 SIMATIC自动化控制系统

2.6.1 SIMATIC的组成

SIMATIC（Siemens Automatic）即西门子自动化，它是由一系列的部件组合而成的，包括SIMATIC PLC、PROFIBUS-DP分布式I/O、PROFINETI/O系统中的分布式I/O、SIMAT⁃IC HMI、SIMATIC NET和标准工具STEP7等，其中PLC是它的核心部件。

SIMATIC PLC包括S7系列、M7系列、C7系列和WinAC。S7系列是传统意义的PLC产品，它包括微型PLC（如S7-200），小规模性能要求的PLC（如S7-300），中、高性能要求的PLC（如S7-400）等。

S7-200 PLC是超小型化的PLC，是西门子专门应用于小型自动化设备的控制装置，主要包括CPU22X系列。它适用于各行各业，各种场合中的自动检测、监测及控制等。S7-200PLC的强大功能使其无论单机运行，或连成网络都能实现复杂的控制功能。S7-300是模块化小型PLC系统，能满足中等性能要求的应用。各种单独的模块之间可进行广泛组合构成不同要求的系统。图2-7为某款S7-200 PLC的外观。

与S7-200 PLC相比，S7-300 PLC是模块化的中小型PLC系统，能满足中等性能要求的应用，具备高速的指令运算速度；用浮点数运算，有效地实现了更为复杂的算术运算；带有用户接口的软件工具，方便用户给所有模块进行参数赋值；方便的人机界面服务已经集成在S7-300PLC操作系统内，使人机对话的编程要求大大减少。图2-8为西门子S7-300 PLC的CPU外观。

S7-400 PLC是中、高档性能的可编程序控制器。它采用模块化无风扇的设计，可靠耐用，易于扩展，同时可以选用多种级别的CPU，并配有多种功能模板，这使用户能根据需要组合成不同的专用系统。当控制系统规模扩大或升级时，只要适当地增加一些模板，便能使系统升级以充分满足需要。适合于对可靠性要求极高的大型复杂的控制系统。

SIMATIC S7-1200PLC和SIMATIC S7-1500PLC控制器是SIMATIC PLC产品家族的旗舰产品。SIMATIC S7-1200PLC是西门子公司最新推出的面向离散自动化系统和独立自动化系统的紧凑型自动化产品，定位在原有的SIMATIC S7-200PLC和S7-300 PLC产品之间，主要应用在简单控制和单机应用，而SIMATIC S7-1500PLC产品家族为中高端工厂自动化控制任务量身定制，适合较复杂的应用。SIMATIC S7-1200PLC是西门子低端PLC产品的一记重拳，西门子已经停止除在中国的S7-200CN系列以外的S7-200生产线，S7-200CN以其低廉的价格还要争夺发展中国家的自动化市场份额。而在欧美低端市场将全部被S7-1200 PLC产品覆盖。在中国有很多厂商相继推出兼容S7-200PLC的模块这也使得西门子在低端市场的份额占去一部分，所以为了降低成本而保住市场还要延续200CN系列的辉煌，西门子将会把最新的通信和控制技术应用在S7-1200 PLC这款产品上，同样西门子也将会用S7-1200 PLC这款产品强力打造全球PLC中低端市场。图2-9和图2-10分别为西门子S7-1200 PLC和SIMATICS7-1500的外观。

M7系列PLC中的M7-300/400PLC采用与S7-300/400 PLC相同的结构，具有AT兼容计算机的功能。可以用C、C++等高级语言编程，适用于处理数据量大、对数据管理、显示和实时性有较高要求的系统中。SIMATICC7由紧凑型CPUS7-31xC、OP、I/O、通信和过程监控系统组成。它的结构紧凑，面向用户的组态/编程、数据管理与通信集成在一起，具有很高的性价比。WinAC是在PC上实现PLC功能的，它突破了传统PLC开放性差、硬件昂贵、开发周期长等束缚，可以实现控制、数据处理、通信、人机界面等功能。

DP是现场总线PROFIBUS-DP的简称，ET200分布式I/O可以安装在远离PLC的地方，通过PROFIBUS-DP总线系统实现PLC与分布式I/O之间的通信。分布式I/O可以减少大量的I/O接线。集成了DP接口的CPU可以用作DP网络中的主站。

PROFINET I/O系统由I/O控制器和I/O设备组成，它们通过工业以太网互联。集成有PROFINET接口的CPU和通信处理器可以用作PROFINETI/O控制器，I/O控制器与它的I/O设备之间进行循环数据交换。IE/PB链接器用于将工业以太网和PROFIBUS子网连接在一起。I/O控制器可以通过链接器来访问DP从站。

HMI是人机界面。HMI的硬件配合PLC使用，为用户提供数据、图形和事件显示。主要有文本操作面板TD200、OP3、OP7、OP17；图形/文本操作面板OP27、OP37；触摸屏操作面板TP7、TP27/37、TP170A/B；SIMATIC面板型PC670。个人计算机（PC）也可以作为HMI硬件使用。HMI硬件需要经过软件组态才能配合PLC使用。

SIMATIC NET将控制系统中所有的站点连接在一起，可以确保站点之间的可靠通信。符合通信标准的非SIMATIC设备也可以集成到SIMATICNET中。

SIMATIC的标准工具是STEP7，它用于对所有的SIMATIC部件进行硬件组态和通信连接组态、参数设置和编程。STEP7还有测试、启动、维护、文件建档、运行和诊断等功能。

2.6.2 全集成自动化

“全集成自动化（Totally Integrated Automation，TIA）”是西门子公司于1997年提出的崭新的革命性的概念，是西门子自动化为响应市场对工业自动化过程控制系统的可靠性、复杂性、功能的完善性、人机界面的友好性、数据分析、管理的快速性、系统安装调试和运行与维护的方便性提出了愈来愈高的需求而提出的概念。它将所有的设备和系统都完整地嵌入到一个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。全集成自动化思想就是用一种系统完成原来由多种系统搭配起来才能完成的所有功能。应用这种解决方案，可以大大简化系统的结构，减少了大量接口部件，应用全集成自动化可以克服上位机和工业控制器之间，连续控制和逻辑控制之间，集中与分散之间的界限。全集成自动化TIA是统一的组态和编程、统一的数据库管理和统一的通信，是集统一性和开放性于一身的自动化技术。全集成自动化的特征主要包括统一的数据管理、统一的组态和编程、统一的通信等。

以STEP 7为操作平台，所有软件组态都访问同一个数据库。这种统一的数据库管理机制不仅可以减少系统开发的费用，还可以减少出错的概率，提高系统诊断的效率。各软件可以通过全局变量共享一个统一的符号表。在一个项目中只需在一点对变量进行输入和修改。这不仅降低了系统集成的工作量，而且可以避免出现错误。在工程系统中定义的参数可以通过网络向下传输到现场传感器、执行器或驱动器。

在全集成自动化中所有的西门子工业软件都是可以互相配合的，从而实现了高度统一和高度集成。STEP 7使系统具有统一的组态和编程方式，统一的数据管理和数据通信方式。全集成自动化还采用统一的集成通信技术，使用国际通行的开放的通信标准。TIA支持基于互联网的全球信息流动，实现了从现场级、控制级到管理级协调一致的通信。

TIA Portal（TIA博途）是未来西门子全集成自动化系列所有用于工程、编程和调试自动化设备和驱动系统的基础。包括用于Simatic控制器的全新工程师站Simatic Step 7 V11，以及用于Simatic HMI（人机界面）以及过程可视化应用的Simatic WinCC V11。