SIMATIC S7-1500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自动化系统具有很好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1
1.1TIA博途软件简介1
1.2TIA博途软件构成1
1.2.1TIA博途STEP72
1.2.2TIA博途STEP7工程组态系统的选件2
1.2.3TIA博途WinCC2
1.2.4TIA博途WinCC工程组态系统和运行系统的选件3
1.3TIA博途软件的安装3
1.3.1硬件要求3
1.3.2支持的操作系统4
1.3.3安装步骤4
1.4TIA博途软件的卸载8
1.5授权管理功能10
1.5.1授权的种类10
1.5.2授权管理器11
1.6TIA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14
2.1完整的PLC产品线全面满足用户需求14
2.2全新分布式和PC-Based自动化解决方案15
2.3集成功能安全和信息安全16
2.4高效的开发环境16
第3章SIMATICS7-1500PLC控制系统的硬件组成17
3.1负载电源PM与系统电源PS17
3.1.1负载电源PM(PowerModule)17
3.1.2系统电源PS(PowerSupply)17
3.1.3系统电源选择示例17
3.1.4查看功率分配详细信息19
3.2SIMATICS7-1500CPU20
3.2.1SIMATICS7-1500CPU简介20
3.2.2SIMATICS7-1500CPU操作模式21
3.2.3SIMATICS7-1500CPU的存储器21
3.2.4SIMATICS7-1500CPU过程映像区的功能25
3.3SIMATICS7-1500显示屏(Display)27
3.4信号模块29
3.4.1模块特性分类30
3.4.2模块宽度的划分30
3.4.3数字量输入模块30
3.4.4数字量输出模块31
3.4.5数字量输入/输出模块33
3.4.6模拟量输入模块34
3.4.7模拟量输出模块46
3.4.8模拟量输入／输出模块49
3.5通信模块51
3.5.1点对点通信模块51
3.5.2PROFIBUS通信模块51
3.5.3PROFINET/ETHERNET通信模块52
3.6工艺模块52
3.6.1高速计数器模块52
3.6.2基于时间的I/O模块53
第4章SIMATICS7-1500硬件配置54
4.1配置一个SIMATICS7-1500站点54
4.1.1添加一个SIMATICS7-1500新设备54
4.1.2配置SIMATICS7-1500的中央机架55
4.1.3使用检测功能配置SIMATIC
S7-1500中央机架58
4.2CPU参数配置59
4.2.1常规59
4.2.2PROFINET接口［X1］59
4.2.3DP接口［X3］68
4.2.4启动69
4.2.5周期71
4.2.6系统和时钟存储器72
4.2.7系统诊断73
4.2.8Web服务器73
4.2.9显示76
4.2.10用户界面语言78
4.2.11时间78
4.2.12保护79
4.2.13系统电源79
4.2.14组态控制80
4.2.15连接资源80
4.2.16地址总览82
4.3SIMATICS7-1500I/O参数82
4.3.1数字量输入模块参数配置83
4.3.2数字量输出模块参数配置87
4.3.3模拟量输入模块参数配置88
4.3.4模拟量输出模块参数配置90
4.4配置分布式I/O91
4.4.1配置PROFIBUS从站91
4.4.2配置PROFINET设备94
第5章数据类型与地址区97
5.1SIMATICS7-1500PLC的数据类型97
5.1.1基本数据类型97
5.1.2复合数据类型103
5.1.3PLC数据类型106
5.1.4参数类型107
5.1.5系统数据类型108
5.1.6硬件数据类型110
5.2SIMATICS7-1500PLC的地址区111
5.2.1CPU地址区的划分及寻址方法111
5.2.2全局变量与局部变量117
5.2.3全局常量与局部常量118
第6章SIMATICS7-1500PLC的编程指令119
6.1指令的处理120
6.1.1LAD指令处理120
6.1.2STL指令处理121
6.1.3立即读与立即写123
6.2基本指令123
6.2.1位逻辑运算指令123
6.2.2定时器指令125
6.2.3计数器指令126
6.2.4比较器指令127
6.2.5数学函数指令128
6.2.6移动操作指令130
6.2.7转换指令132
6.2.8程序控制操作指令133
6.2.9字逻辑运算指令135
6.2.10移位和循环移位指令136
6.2.11原有指令137
6.2.12STL其他指令138
6.3扩展指令138
6.3.1日期与时间指令138
6.3.2字符串与字符指令139
6.3.3过程映像指令139
6.3.4分布式I/O指令140
6.3.5PROFIenergy指令140
6.3.6模块参数化分配指令141
6.3.7中断指令141
6.3.8报警指令142
6.3.9诊断指令142
6.3.10配方和数据记录指令143
6.3.11数据块控制指令143
6.3.12寻址指令143
6.4工艺指令144
6.5通信指令145
第7章程序块147
7.1用户程序中的程序块147
7.1.1组织块与程序结构148
7.1.2用户程序的分层调用149
7.2组织块(OB)149
7.2.1组织块类型与优先级151
7.2.2CPU的过载特性156
7.2.3组织块的本地数据区堆栈(L堆栈)156
7.2.4组织块的接口区158
7.3函数(FC)158
7.3.1函数的接口区158
7.3.2无形参函数(子程序功能)159
7.3.3带有形参的函数160
7.3.4函数嵌套调用时允许参数传递的数据类型162
7.4函数块(FB)164
7.4.1函数块的接口区164
7.4.2函数块与背景数据块165
7.4.3函数块嵌套调用时允许参数传递的数据类型168
7.5数据块(DB)169
7.5.1全局数据块(GlobalDB)170
7.5.2背景数据块171
7.5.3系统数据类型作为全局数据块的模板172
7.5.4通过PLC数据类型创建DB173
7.5.5数组DB174
第8章SIMATICS7-1500组态控制功能177
8.1组态控制的原理177
8.2软件、硬件要求以及使用范围177
8.3SIMATICS7-1500硬件配置的数据记录格式178
8.4SIMATICS7-1500中央机架模块组态控制示例179
8.5PROFINETIO系统的组态控制181
8.5.1软硬件要求以及实现原理181
8.5.2IO系统的组态控制的数据格式181
8.5.3IO系统的组态控制示例182
第9章SIMATICS7-1500PLC的通信功能186
9.1网络概述186
9.2网络及通信服务的转变187
9.2.1从PROFIBUS到PROFINET的转变187
9.2.2MPI接口被PROFINET接口替代188
9.2.3基于PROFIBUS通信服务的变化188
9.3PROFIBUS网络188
9.3.1PROFIBUS接口的种类188
9.3.2PROFIBUS的访问机制189
9.3.3PROFIBUS网络的通信速率与通信距离189
9.3.4PROFIBUS网络拓扑结构189
9.3.5安装GSD文件191
9.3.6使用PROFIBUS-DP进行CPU站点间通信192
9.4工业以太网与PROFINET194
9.4.1工业以太网通信介质195
9.4.2工业以太网拓扑结构195
9.4.3SIMATICS7-1500系统以太网接口195
9.4.4SIMATICS7-1500PLC以太网支持的通信服务196
9.4.5SIMATICS7-1500OUC通信示例200
9.4.6SIMATICS7-1500S7通信示例209
9.4.7SIMATICS7-1500路由通信功能222
9.4.8配置PROFINETIO设备224
9.4.9无需存储介质更换IO设备227
9.4.10允许覆盖PROFINET设备名称模式229
9.4.11按网段自动分配IP地址和设备名称229
9.4.12网络拓扑功能与配置232
9.4.13MRP介质冗余233
9.4.14I-Device智能设备的配置234
9.4.15MODBUSTCP238
9.5SIMATICS7-1500PLC与HMI通信244
9.5.1SIMATICS7-1500PLC与HMI在相同项目中通信244
9.5.2SIMATICS7-1500PLC与HMI在不同项目中通信246
9.5.3使用OPC连接SIMATICS7-1500PLC247
9.6串行通信250
9.6.1SIMATICS7-1500/ET200MP串行通信模块的类型250
9.6.2串行通信接口类型及连接方式251
9.6.3自由口协议参数设置254
9.6.4串行通信模块的通信函数258
9.6.5自由口协议通信示例258
9.6.6MODBUSRTU通信协议260
第10章SIMATICS7-1500PLC的PID功能267
10.1控制原理267
10.1.1受控系统267
10.1.2受控系统的特征值268
10.1.3执行器269
10.1.4不同类型控制器的响应269
10.2SIMATICS7-1500PLC支持的PID指令270
10.2.1PIDCompact指令270
10.2.2PID3Step指令271
10.2.3PIDTemp指令271
10.2.4控制器的串级控制271
10.3PIDCompact指令的调用与PID调试示例271
10.3.1组态PIDCompactV2工艺对象272
10.3.2调用指令PIDCompactV2276
10.3.3调试PID279
第11章SIMATICS7-1500PLC的工艺及特殊功能模块282
11.1工艺模块282
11.2工艺对象282
11.3计数模块和位置检测模块的分类和性能283
11.4TMCount模块和TMPosInput模块通过工艺对象(TO)实现计数和测量284
11.5使用TMPosInput模块检测来自SSI绝对值编码器的信号291
11.6带计数功能的DI模块296
11.7Time-basedIO模板298
11.7.1功能描述298
11.7.2Time-basedIO时间控制功能举例299
第12章SIMATICS7-1500PLC的诊断功能309
12.1SIMATICS7-1500PLC诊断功能介绍309
12.2通过LED状态指示灯实现诊断310
12.3通过PG/PC实现诊断311
12.4在HMI上通过调用诊断控件实现诊断312
12.5通过SIMATICS7-1500的Web服务器功能实现诊断313
12.6通过SIMATICS7-1500CPU自带的显示屏实现诊断319
12.7通过编写程序实现诊断319
12.8通过模块自带诊断功能进行诊断324
12.9通过模块的值状态功能实现诊断325
12.10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330
13.1SIMATICS7-1500的访问保护方式330
13.2通过设置CPU的4层访问级别实现访问控制330
13.3通过设置CPUWeb服务器访问密码实现访问控制332
13.4通过CPU自带的显示屏实现访问保护332
13.5通过设置PLC的程序块专有技术保护功能实现访问保护333
13.6绑定程序块到CPU序列号或SMC卡序列号334
13.7通过带安全功能的CP1543-1以太网模块335
13.7.1通过CP1543-1的防火墙功能实现访问保护336
13.7.2通过CP1543-1的VPN功能实现访问保护337
第14章程序调试339
14.1程序信息339
14.1.1调用结构339
14.1.2从属性结构339
14.1.3分配列表340
14.1.4程序资源340
14.2交叉引用341
14.3程序的下载、上传、复位操作343
14.3.1设置SIMATICS7-1500CPU的IP地址343
14.3.2下载程序到CPU344
14.3.3下载程序到SIMATIC存储卡SMC345
14.3.4SIMATICS7-1500的一致性下载特性346
14.3.5SIMATICS7-1500程序的上传346
14.3.6SIMATICS7-1500CPU存储器复位348
14.3.7删除SIMATICS7-1500CPU中的程序块348
14.3.8改变SIMATICS7-1500数据块内容对过程值的影响348
14.3.9SIMATICS7-1500数据块的快照功能350
14.4SIMATICS7-1500的路由编程功能351
14.5比较功能352
14.5.1离线/在线比较352
14.5.2离线/离线比较354
14.6使用程序编辑器调试程序354
14.6.1调试LAD/FBD程序354
14.6.2调试STL程序355
14.6.3调用环境功能356
14.7使用监控表进行调试357
14.7.1创建监控表并添加变量357
14.7.2变量的监控和修改358
14.7.3强制变量359
14.8硬件诊断360
14.8.1硬件的诊断图标360
14.8.2模块的在线与诊断功能361
14.8.3更新硬件固件版本362
14.9使用仿真器SIMATICS7-PLCSIM测试用户程序364
14.9.1启动SIMATICS7-1500仿真器365
14.9.2创建SIM表格365
14.9.3创建序列366
14.9.4仿真通信功能367
14.10使用Trace跟踪变量367
14.10.1配置Trace367
14.10.2Trace的操作369
14.11SIMATICS7-1500联合调试功能370
第15章TIA博途软件的库功能372
15.1库基本知识372
15.1.1项目库类型的使用372
15.1.2项目库主模板的使用375
15.1.3全局库的使用376
第16章打印和归档程序379
16.1打印简介379
16.1.1打印设置379
16.1.2框架和封面381
16.1.3文档信息382
16.1.4打印预览384
16.2程序归档简介384
16.2.1程序归档的方式384
16.2.2项目恢复386
第17章移植S7-300/400项目到SIMATICS7-1500387
17.1S7-300/400项目移植到SIMATICS7-1500简介387
17.2移植S7-300/400项目的限制387
17.2.1硬件限制387
17.2.2功能限制387
17.2.3集成项目的注意事项388
17.3项目移植的前期准备工作388
17.4在STEP7V5.5中对原项目进行检查389
17.4.1移植STEP7V5.5的S7-300/400项目到TIA博途软件391
17.4.2移植TIA博途软件中的S7-300/400项目到SIMATICS7-1500392
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