陇南西门子模块总代理商PLC

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西门子的全集成自动化（TIA）

 西门子公司作为的自动化系统集成商，一直以其的自动化技术与产品向用户提供可靠的自动化解决方案。全集成自动化技术(Totally Integrated Automation，TIA)是西门子自动化系统技术与产品的核

  心思想和主导理念。

  目前已有的自动控制解决方案混合了许多不同厂商的产品和技术，系统使用完全不同的软件和用户界面，因此时常导致通信问题的发生，而且数据需要多次进行读写。这就迫切需要一种相容的技术来解决这些问题。全集成自动化立足于一种新的概念以实现工业自动控制任务，解决现有的系统瓶颈。

  全集成自动化是西门子公司于1997年提出的崭新的革命性的概念，它将所有的设备和系统都完整地嵌入到一个的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。图0-1所示为全集成自动化示意图。

  图0-1 全集成自动化示意图

  TIA集高度的统一性和充分的开放性于一身，标准化的网络体系结构、统一的编程组态环境和高度一致的数据集成，使TIA为企业实现了横向和纵向的信息集成;的通信标准、基于组件的自动化技术(CBA)与IT集成，使TIA对自动化市场的产品和服务范围真正开放。

  SIMATIC是西门子自动化系列产品品牌的统称，来源于Siemens Automutic，它诞生于1958年，涵盖了从PLC、工业软件到HMI(人机界面)。50年来SIMATIC控制器已从S3系列发展到S7系列。SIMATICS7系列PLC是西门子全集成自动化系统中的控制核心，如图0-2所示，是其集成与开放特性的重要体现。该系列PLC继承了西门子上一代PLC SIMATIC S5系列稳定、可靠和故障率低的精髓，在CPU运算速度、程序执行效率、故障自诊断、联网通信、面向工艺和运动控制的功能集成，以及实现故障安全的容错与冗余技术等方面取得了业界的一致认可。不断创新的PLC编程组态工具STEP7采用SIMATIC软件的集成统一架构，为实现PLC编程组态的易用性和友好性以及与上位机组态系统的集成统一性提供了一个功能强大、风格一贯的软件平台。符合IEC-61131-3的多种编程语言的补充，使PLC在实现复杂工艺编程、多重回路调节，甚至模糊控制(Fuzzy Control)和神经元控制(Neuron Control)等智能控制算法时具有类似编程语言的特点和优势。此外，SIMATICS7-300/400PLC集成的强大通信功能，是其得以成功的另一个重要方面。如今PROFIBUS有超过1200余家会员单位，的总安装节点已经突破了1000万，是公认的工业现场总线标准的领跑者;新一代工业以太网标准PROFInet的提出，为以太网在工业领域更大范围的应用提供了技术保障。凭借集成统一的通信，SIMATIC S7-300/400 PLC在实现车间级、工厂级、企业级乃至企业链的生产控制与协同管理中起到中坚作用。

  图0-2 西门子的工业自动化通信网络

  几年以前，当自控界还在围绕PLC、DCS和基于PC的解决方案，争论何者将成为控制系统主流时;当人们还在为如何突破“自动化孤岛”而积极思考、探索和忧虑时;携全集成自动化的理念，西门子提出通过不断丰富和发展PLC的控制功能和总线通信技术，实现了横跨工厂自动化和过程自动化两大自动化领域的统一的控制策略。如今S7系列PLC在自动化各个领域的广泛应用和成功经验，充分证明了PLC解决方案的强大生命力和多种不同控制系统在技术、理念突飞猛进的过程中殊途同归的必然趋势。在致力于将的控制系统介绍到工业界的过程中，时常听到工程师们对西门子PLC的评论。他们在称赞SIMATIC PLC功能强大的同时，也为不能尽快学习掌握它而苦恼，感到"西门子S7PLC技术门槛太高"。其实，性与易用性并不矛盾，一旦突破了"窥豹一斑"的阶段，深入领会了整体系统的结构，就可以充分领略到SIMATIC PLC给人们带来的灵活易用的一面。为了帮助广大读者轻松愉快地学习掌握SIMATICS7 PLC技术，应该要从全局上了解西门子全集成自动化技术的核心思想和主导理念，从整体上认识新一代S7PLC的家族。

PLC执行程序的过程分为三个阶段，即输入采样阶段、程序执行阶段、输出刷新阶段

  1．输入采样阶段

 在输入采样阶段，PLC以扫描工作方式按顺序对所有输入端的输入状态进行采样，并存入输入映象寄存器中，此时输入映象寄存器被刷新。接着进入程序处理阶段，在程序执行阶段或其它阶段，即使输入状态发生变化，输入映象寄存器的内容也不会改变，输入状态的变化只有在下一个扫描周期的输入处理阶段才能被采样到。

    2．程序执行阶段

  在程序执行阶段，PLC对程序按顺序进行扫描执行。若程序用梯形图来表示，则总是按先上后下，先左后右的顺序进行。当遇到程序跳转指令时，则根据跳转条件是否满足来决定程序是否跳转。当指令中涉及到输入、输出状态时，PLC从输入映像寄存器和元件映象寄存器中读出，根据用户程序进行运算，运算的结果再存入元件映象寄存器中。对于元件映象寄存器来说，其内容会随程序执行的过程而变化。

  3．输出刷新阶段

 当所有程序执行完毕后，进入输出处理阶段。在这一阶段里，PLC将输出映象寄存器中与输出有关的状态（输出继电器状态）转存到输出锁存器中，并通过一定方式输出，驱动外部负载。

   因此，PLC在一个扫描周期内，对输入状态的采样只在输入采样阶段进行。当PLC进入程序执行阶段后输入端将被封锁，直到下一个扫描周期的输入采样阶段才对输入状态进行重新采样。这方式称为集中采样，即在一个扫描周期内，集中一段时间对输入状态进行采样。

  在用户程序中如果对输出结果多次赋值，则后一次有效。在一个扫描周期内，只在输出刷新阶段才将输出状态从输出映象寄存器中输出，对输出接口进行刷新。在其它阶段里输出状态一直保存在输出映象寄存器中。这种方式称为集中输出。

对于小型PLC，其I/O点数较少，用户程序较短，一般采用集中采样、集中输出的工作方式，虽然在一定程度上降低了系统的响应速度，但使PLC工作时大多数时间与外部输入/输出设备隔离，从根本上提高了系统的抗干扰能力，增强了系统的可靠性。

    而对于大中型PLC，其I/O点数较多，控制功能强，用户程序较长，为提高系统响应速度，可以采用定期采样、定期输出方式，或中断输入、输出方式以及采用智能I/O接口等多种方式。

     从上述分析可知，当PLC的输入端输入信号发生变化到PLC输出端对该输入变化作出反应，需要一段时间，这种现象称为PLC输入／输出响应滞后。对一般的工业控制，这种滞后是完全允许的。应该注意的是，这种响应滞后不仅是由于PLC扫描工作方式造成，更主要是PLC输入接口的滤波环节带来的输入延迟，以及输出接口中驱动器件的动作时间带来输出延迟，同时还与程序设计有关。滞后时间是设计PLC应用系统时应注意把握的一个参数。