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SIMATIC Step 7 V12是基于TIA Portal平台的全新的工程组态软件，支持SIMATIC S7-1500、SIMATIC S7-1200、SIMATIC S7-300和SIMATIC S7-400控制器，同时也支持基于PC的SIMATIC WinCC自动化系统。由于支持各种可编程控制器，SIMATIC Step 7 V12具有可灵活扩展的软件工程组态能力和性能，能够满足自动化系统的各种要求。这种可扩展性的优点表现为，可将SIMATIC控制器和人机界面设备的已有组态传输到新的软件项目中，使得软件移植任务所需的时间和成本显著减少。

与之对应，基于TIA博途平台的全新SIMATIC WinCC V12支持所有设备级人机界面操作面板，包括所有当前的SIMATIC触摸型和多能面板、新型SIMATIC人机界面精简及精致系列面板，也支持基于PC的SCADA（监控控制和数据采集）过程可视化系统。

对于PLC的学习者来说，学习PLC的终目的就是将它应用到实际的工业控制系统中，亦即进行PLC控制系统设计，这也是PLC学习者必须掌握的技能。

2.1 PLC控制系统概述

PLC控制系统就是使用PLC作为控制器的控制系统，一个PLC控制系统一般由输入部分、逻辑部分和输出部分组成。PLC控制系统涉及系统规模、硬件配置、软件配置和控制能的实现。对任何一个控制系统，都需要分析被控对象，提出控制系统应具有的各种控制能，如PID控制等。熟悉被控对象是设计控制系统的基础，只有深入了解被控对象以及被控过程才能够提出科学合理的控制方案。而后需要对控制方案的可行性进行一个预测性的估计，此时一定要全面考虑整个控制系统的设计和实施将会遇到的各种问题，详细论证设计系统中每一个步骤的可行性，并确定系统是单机控制还是联网控制、是采用远程I/O还是本地I/O、是否需要与其他部分通信、采用何种通信方式以及是否需要冗余备份系统。

简而言之，PLC控制系统首先要能满足用户提出的基本要求，其次要确保使用可靠性，不可以经常出现故障，即使出现故障也不会造成大的损失；后在经济性等方面予以考虑。

2.2 PLC控制系统设计原则

设计PLC应用系统时，首先是进行PLC应用系统的能设计，即根据被控对象的能和工艺要求，明确系统必须要做的工作和因此必备的条件。然后是进行PLC应用系统的能分析，即通过分析系统能，提出PLC控制系统的结构形式，控制信号的种类、数量，系统的规模、布局。后根据系统分析的结果，具体地确定PLC的机型和系统的具体配置。

任何一种控制系统都是为了实现被控对象的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。因此，设计人员在设计PLC控制系统时，应综合考虑各方面因素，并遵循以下基本原则。1. 大限度地满足被控对象的控制要求

充分发挥PLC的能，大限度地满足被控对象的控制要求，是设计PLC控制系统的首要前提，这也是设计中重要的一条原则。这就要求设计人员在设计前就要深入现场进行调查研究，收集控制现场的资料，收集相关先进的国内、国外资料。同时要注意和现场的工程管理人员、工程技术人员、现场操作人员紧密配合，拟定控制方案，共同解决设计中的重点问题和疑难问题。2. 保证PLC控制系统安全可靠

保证PLC控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行，是设计控制系统的重要原则。这就要求设计者在系统设计、元器件选择、软件编程上要全面考虑，以确保控制系统安全可靠。例如：应该保证PLC程序不仅在正常条件下运行，而且在非正常情况下（如突然掉电再上电、按钮按错等），也能正常工作。3. 力求简单、经济、使用及维修方便

一个新的控制工程固然能提高产品的质量和数量，带来巨大的经济效益和社会效益，但新工程的投入、技术的培训、设备的维护也将导致运行资金的增加。因此，在满足控制要求的前提下，一方面要注意不断地扩大工程的效益，另一方面也要注意不断地降低工程的成本。这就要求设计者不仅应该使控制系统简单、经济，而且要使控制系统的使用和维护方便、成本低，不宜盲目追求自动化和高指标。4. 适应发展的需要

由于技术的不断发展，对控制系统的要求也将会不断地提高，设计时要适当考虑到今后控制系统发展和完善的需要。这就要求在选择PLC、输入/输出模块、I/O点数和内存容量时，要适当留有裕量，以满足今后生产的发展和工艺的改进的需要。5. 技术先进

设计人员在进行硬件设计时，应优先选用技术先进、应用成熟广泛的产品组成控制系统，保证系统在一定时间内具有先进性，不致被市场淘汰。此原则应与经济实用原则共同考虑，使控制系统具有较高的性价比。

2.3 PLC控制相关知识点

一个PLC控制系统的完整设计流程图，其中前期工作包括分析被控对象，提出并论证系统方案以及系统总体设计。被控对象的分析和描述是为了确认被控对象和明确控制任务，熟悉被控对象是设计控制系统的基础。系统方案论证和系统总体设计则是为了确定一个可行的控制系统总体构架，其中的每个细节都必须经过反复斟酌，尽量减少工程实施过程中可能遇到的阻碍。中期的工作则是进行硬件设计和软件设计，包括硬件、软件涉及的选型和编程调试。后期则是需要将软硬件组合成完整的控制系统进行调试，排除出现的故障，完成定型的PLC控制系统。

1. CPU一般知识

PLC产品种类繁多，其规格和性能各不相同。其中PLC的中央处理单元（CPU）主要有接收并存储用户程序和数据，诊断电源、内部电路工作状态和编程过程中的语法错误，接收现场输入设备的状态和数据并存入寄存器中，读取用户程序，按指令产生控制信号，完成规定的逻辑或算术运算；以及更新有关状态和内容，再实现输出控制、制表、打印或数据通信等能。

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 CPU存储器

其次，介绍CPU之前，需要了解几个术语。CPU的存储器包括装载存储器（Load Memory）、工作存储器（Work Memory）、系统存储器（System Memory）、微存储卡MMC（Micro Memory Card），具体用途如下。

（1）装载存储器（Load Memory）：其用途是装载用户程序。用户程序经由通信接口，从编程设备传送到CPU的装载存储器中。

（2）工作存储器（Work Memory）：物理上为CPU内置RAM的一部分，当CPU处于运行状态时，用户程序和数据从装载存储区调入工作存储区，在工作存储器中运行。

（3）系统存储器（System Memory）：S7-300系列将CPU的一部分内置RAM划分出来，用于位存储、I/O影像寄存器、计数器、定时器等。系统存储器与工作存储器同属于CPU集成的物理内存，用户程序代码和数据均在这两部分存储区中执行。

（4）微存储卡MMC（Micro Memory Card）：用于对装载存储器的扩充，CPU模块上有专用的MMC插槽，MMC可拆卸，大容量的MMC为8MB。作为装载存储器，MMC用于对用户程序和数据的断电保护，也可存储S7-300系统程序以利于以后的系统升级。3. CPU类型

S7-300有多种不同型号的CPU，这些CPU按性能等级划分，几乎涵盖了各种应用范围大致划分为4个系列。（1）标准型CPU系列。包括CPU313、314、315、315-2 DP、316-2 DP、318-2。型号尾部有后缀“DP”字样的，表明该型号CPU集成有现场总线PROFIBUS-DP通信接口。此外还有几种重新定义型的CPU，包括CPU312、314、317-2 DP等。

（2）集成型CPU系列。主要有CPU 312 IFM和CPU 314 IFM两种。在这两种CPU内部集成了部分I/O点、高速计数器及某些控制能。

（3）紧凑型CPU系列，型号后缀带有字母C，包括CPU 312C、313C、313C-2 PtP、313-2 DP、314C-2 PtP、314-2 DP。型号尾部后缀带有“PtP”字样的，表明该型号CPU集成有第二个串行口，两个串行口都有点对点（PtP）通信能。

（4）故障安全型CPU系列。这个系列的CPU是西门子公司新推出的具有更高可靠性的CPU，主要型号有CPU 315F、317F-2 DP。表2-1列写了几种CPU的主要技术参数

S7-400系列的CPU集成有MPI和DP通信接口，有很强的通信能，有PROFIBUS-DP和工业以太网通信模块，以及点到点通信模块。通过PROFIBUS-DP或AS-i现场总线，可以周期性地自动交换I/O模块的数据。在自动化系统之间，PLC与计算机和HMI站之间，均可以交换数据。数据通信可以周期性地自动进行或基于事件驱动，由用户程序调用。