[工业自动化-14]：西门子S7-15xxx编程 - 软件编程 - STEP7 TIA博途是全集成自动化软件TIA portal快速入门

目录

一、TIA博途是全集成自动化软件TIA portal快速入门

1.1 简介

1.2 软件常用界面

1.3 软件安装的电脑硬件要求

1.4 入口

1.5 主界面

二、PLC软件编程包含哪些内容

2.1 概述

2.2 电机运动控制

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一、TIA博途是全集成自动化软件TIA portal快速入门

1.1 简介

Siemens TIA Portal（Totally Integrated Automation Portal）是由西门子（Siemens）公司开发的全集成自动化软件，它整合了不同的自动化技术，并提供了高效的开发环境。

TIA Portal包含多个工程集成在一个软件平台中，包括控制器编程、人机界面设计、网络配置和诊断等功能。它可以用于各种自动化应用，从单台机器到大规模制造过程的控制。

TIA Portal提供了一个直观的、可定制的工作区，使使用者可以灵活地组织和访问他们需要的工具和资源。它还包含了智能化的代码生成和诊断工具，使用户能够快速生成可靠性高、效率高的应用程序，并进行实时监视和控制，以实现更高的生产效率。

如果您想要开始学习使用TIA Portal，可以先参考相关的快速入门指南或教程，通过其提供的逐步指导和示例代码，来熟悉TIA Portal的基本操作和功能。同时，您还可以进一步探索其更丰富的功能和应用场景，以逐步提升您的技能水平。

1.2 软件常用界面

1.3 软件安装的电脑硬件要求

1.4 入口

1.5 主界面

二、PLC软件编程包含哪些内容

2.1 概述

在PLC（可编程逻辑控制器）编程中，涉及以下几个主要方面：

1. 硬件配置与连接：类似嵌入式系统的BSP和设备树配置
   在PLC编程之前，需要进行硬件配置和连接。这包括将PLC与输入和输出（I/O）设备、传感器、执行器、通信模块等连接起来，并进行相应的配置。您需要指定每个设备的类型、位置和连接方式，以确保正确的数据交换和通信。博图软件能够支持各种型号的硬件以及他们的组合。

2. 逻辑编程：
   逻辑编程是PLC编程的核心部分。在逻辑编程阶段，您使用特定的编程语言（如梯形图、结构化文本、指令列表等）来编写逻辑程序。这些程序定义了对输入信号进行监测和对输出信号进行控制的逻辑。您需要使用逻辑元素，如逻辑门、计数器、定时器等构建逻辑，并将其转换为PLC可以理解和执行的指令序列。逻辑编程的目标是实现对外部设备的精确控制。

3. 数据处理和算法：
   在许多PLC应用中，需要进行数据处理和算法运算。这可能涉及实时数据采集、数据过滤、算术运算、逻辑判断、模拟计算等操作。PLC编程需要定义适当的数据结构和变量，并编写相应的算法来处理和处理这些数据。

4. 电机运动控制：

5. 通信和网络：
   对于分布式控制系统或多个PLC之间的通信，PLC编程还需要涉及网络和通信方面。这包括与其他设备（如人机界面、上位机、传感器等）进行数据交换、使用各种通信协议（如MODBUS、Ethernet/IP等）、配置网络参数等。

6. 异常处理和报警管理：
   在PLC编程中，需要考虑到异常情况和错误的处理。这可能涉及设置报警条件、触发报警、记录错误信息、执行紧急停止等操作。异常处理和报警管理是确保系统安全运行的重要环节。

除了上述方面，PLC编程还可能涉及跟踪和记录数据、用户界面设计、系统调试和测试等。具体要求取决于应用的需求和系统的功能。

2.2 电机运动控制

在PLC（可编程逻辑控制器）中实现电机运动控制通常涉及以下几个方面：

1. 选择合适的电机和驱动器：
   在进行电机运动控制之前，需要选择适合您应用需求的电机和驱动器。根据应用要求，选择步进电机、直流电机、交流伺服电机等，并选择相应的驱动器来控制电机运动。

2. 连接电机和驱动器：
   将PLC与电机驱动器进行连接，确保信号和电源连接正确稳定。这涉及连接电机的功率线、信号线（如脉冲信号、方向信号）以及相关的编码器（如果适用）。

3. 配置和调整驱动器参数：
   在运动控制之前，需要配置和调整驱动器的参数。这包括设置电机的最大转速、最大加速度、运动模式（如速度控制、位置控制）、编码器类型等。根据具体的驱动器型号和厂商提供的文档，可以进行相应的参数配置和调整。

4. 编写逻辑程序：
   在PLC编程软件中，使用适当的编程语言（如梯形图、结构化文本等）编写逻辑程序来控制电机的运动。这可能涉及设置目标位置或速度、控制电机的加速度和减速度、监测电机状态（如位置反馈、速度反馈）、实时监控电机运动等。

5. 实时监控和反馈：
   为了实时监控电机运动，并进行反馈控制，您可以使用编码器或其他传感器来获取关于电机位置、速度等信息。这些信息可以被反馈给PLC，以便进行精确的控制和调整。

6. 定位和运动控制算法：
   对于需要精确定位和控制的应用，您可能需要编写特定的算法来实现定位和运动控制。这可能包括使用PID控制算法、位置环控制等来实现准确的位置和速度控制。

请注意，以上步骤仅是概述了在PLC中实现电机运动控制的一般流程。具体实施和步骤可能因应用需求、PLC型号和驱动器选择等因素而有所不同。最佳实践是参考PLC和驱动器的相关文档和规范，并根据具体的应用需求进行编程和配置。

三、PLC编程与其他编程的区别

3.1 PLC编程是FPGA编程的比较

3.1.1 概述

PLC编程和FPGA（现场可编程门阵列）编程是两种不同的编程方式，针对不同的应用和硬件平台。

下面是PLC编程和FPGA编程的比较：

1. 应用领域：
   PLC编程主要用于工业自动化和控制领域。它常用于控制和监测各种机器和过程，以实现自动化和精确控制。FPGA编程则更加广泛，可用于各种领域，包括通信、图像处理、数据加解密等。

2. 编程模型：
   PLC编程使用特定的编程语言，如梯形图（Ladder Diagram）、结构化文本（Structured Text）等。PLC编程通常使用基于事件和状态的模型，通过监测输入信号和执行相应的逻辑操作来控制输出。FPGA编程则使用硬件描述语言（HDL），如VHDL（Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language）或Verilog，以描述硬件电路。FPGA编程注重电路的硬件实现和时序逻辑。

3. 灵活性：
   FPGA提供了更高的灵活性和可定制性。由于FPGA的可编程结构，可以根据应用需求重新配置和优化硬件电路。与之相比，PLC通常采用固定的硬件结构，因此不太灵活。但PLC编程在工业自动化领域具有广泛的应用和成熟的生态系统。

4. 性能：
   FPGA可以提供更高的处理性能和并行计算能力，适用于需要高速数据处理和实时响应的应用。PLC的处理能力相对较低，但在控制和管理工业过程方面表现出色。

5. 学习曲线：
   PLC编程相对容易上手，使用梯形图等图形化编程语言可以快速理解和实现逻辑控制。而FPGA编程需要更深入的硬件知识和理解，并需要掌握硬件描述语言的语法和概念。

最终选择PLC编程还是FPGA编程，应该根据具体应用需求、可用资源和开发团队的技术背景来综合考虑。PLC编程适合工控领域，FPGA编程适合对硬件电路有更高要求的应用。

3.1.2 相同点与不同点

虽然PLC编程和FPGA编程在应用和硬件平台上有很大的不同，但它们也有一些相同点，同时也存在着一些不同点。

下面是PLC编程和FPGA编程的比较：

相同点：

1. 可编程性：PLC和FPGA都具有可编程性，可以根据需求进行重新配置和优化，实现特定的功能和逻辑。

2. 硬件控制：无论是PLC还是FPGA，都可以用于控制硬件设备和实现逻辑操作。它们都用于连接传感器、执行器等，并根据输入信号进行相应的控制和反馈。

3. 实时性要求：PLC编程和FPGA编程都具有实时性的要求。PLC编程用于在工业自动化领域控制过程和机器，需要及时响应输入信号。FPGA编程也常用于需要高速数据处理和实时响应的应用。

4. 性能优化：无论是PLC编程还是FPGA编程，都可以通过对算法和硬件电路进行优化来提高实时性、性能和效率。

不同点：

1. 应用领域：PLC编程主要用于工业自动化和控制领域，而FPGA编程多用于高性能计算、数字信号处理及高速数据存储等领域。

2. 编程语言和模型：PLC编程使用特定的编程语言，如梯形图（Ladder Diagram）、结构化文本（Structured Text）等，而FPGA编程使用硬件描述语言（如Verilog和VHDL），采用的是图形化界面绘图。此外，PLC编程的逻辑控制模型主要基于状态和事件，而FPGA编程的逻辑处理模型通常基于数字电路。

3. 硬件平台：PLC编程是为特定的硬件平台（PLC）设计的，FPGA可以使用多种硬件平台实现，如FPGA芯片、FPGA板卡等。

4. 并行计算能力：FPGA具备一定的并行计算能力，而PLC编程中只有一些特殊的PLC才具备一定的并行计算能力，通常只能处理单个逻辑。

5. 学习曲线：由于PLC编程使用的编程语言和逻辑控制模型较简单，学习容易上手，而FPGA编程则较为复杂，对硬件电路和数字信号处理等知识有较高要求，入门门槛略高。

总之，PLC编程和FPGA编程在应用、编程语言和模型、硬件平台、性能等方面都有所不同。因此，在选择PLC编程还是FPGA编程时，应根据具体的应用需求、可用资源和开发团队的技术背景来综合考虑。

3.1.3 PLC编程和计算机编程原理比较

PLC编程和计算机编程是在不同硬件和应用领域下开发的软件，二者的原理存在一定差异。

PLC编程的原理：

1. 硬件架构：PLC作为一种专门用于控制现场设备的计算机硬件，其内置的输入输出接口可以接受各种传感器和执行器的电信号。

2. 逻辑控制模型：PLC编程是基于逻辑控制模型的，其主要的编程语言有梯形图、指令表、结构化文本、函数块等。在 PLC 中，梯形图是最常用的编程方式之一。

3. 事件驱动：PLC编程是事件驱动的，当传感器触发一个事件的时候，PLC通过扫描IO点的状态来检测输入的信号变化。

4. 周期性扫描：PLC根据定义的扫描周期，周期性的循环扫描输入和输出的状态，并根据逻辑关系分析这些状态，然后输出控制信号到执行器。

5. 实时性要求：PLC编程强调实时性和可靠性，因而也会采用硬实时和软实时等多种方式来保证系统的实时性能。

计算机编程的原理：

1. 软件开发平台：计算机编程是基于各种通用计算机运行平台进行的，可以在不同操作系统上运行程序，并使用各种编程语言和工具。

2. 算法和数据结构：计算机编程需要先通过算法设计来解决问题，然后通过不同的数据结构来组织数据。

3. 编程语言和模型：计算机编程使用多种编程语言，如C++、Java、Python等。同时，计算机编程也有不同的编程范式，如面向对象、过程式、函数式等不同的编程模型。

4. 输入输出处理：计算机编程通过输入设备例如键盘鼠标获取用户输入，经过计算和处理，利用输出设备（如显示器、打印机等）显示结果。计算机编程还能通过网络、数据库等方式对数据进行传输和存储。

5. 非实时性：计算机编程并不强调实时性，更注重解决算法和大数据处理的问题，因此没有真正的实时要求。

总之，PLC编程和计算机编程在硬件架构、逻辑控制模型、事件驱动、实时性要求等方面存在明显的区别，所以选择使用哪种方式需要综合考虑应用需求、可用资源和开发团队的技术背景。

3.2 PLC编程与计算机编程的比较

3.2.1 概述

PLC编程和计算机编程是两种不同的编程方式，用于不同的应用和硬件平台。

下面面是PLC编程和计算机编程的比较：

1. 应用领域：
   PLC编程主要用于工业自动化和控制领域。它通常用于控制和监测各种机器和过程，以实现自动化和精确控制。计算机编程则广泛应用于软件开发、网站开发、数据分析、人工智能等各个领域。

2. 编程语言和模型：
   PLC编程使用特定的编程语言，如梯形图（Ladder Diagram）、结构化文本（Structured Text）等。PLC编程的模型通常基于状态和事件的逻辑控制。而计算机编程使用多种编程语言，如C、Python、Java等，通过算法和数据结构来实现各种功能和应用。

3. 硬件平台：
   PLC编程是为特定的硬件平台（PLC）设计的，将其与传感器、执行器等连接，实现控制和反馈。计算机编程则是在通用计算机上进行开发，并与操作系统和各种硬件设备交互。

4. 处理能力和实时性：
   PLC编程注重实时性和可靠性，要求及时响应输入信号并进行相应操作。这使得PLC编程适用于对时间要求严格的控制应用。计算机编程则更注重算法的优化和处理的性能，在处理大规模数据或复杂计算时更具优势。

5. 程序调试和故障排除：
   PLC编程通常具有在线调试、热插拔等功能，便于故障排除和修改。这是由于PLC系统的实时性和连续运行性质所决定的。计算机编程通常是通过离线调试和测试来处理错误和异常。

6. 学习曲线：
   PLC编程相对容易上手，使用图形化编程语言（如梯形图）可以快速理解和实现逻辑控制。计算机编程的学习曲线可能更陡峭，需要掌握编程语言的语法、数据结构、算法设计等概念。

最终选择PLC编程还是计算机编程，应根据具体应用需求、可用资源和开发团队的技术背景来综合考虑。PLC编程适用于工业自动化和控制领域，而计算机编程适用于广泛的软件开发和数据处理任务。

3.2.2 相同点与不同点

PLC编程和计算机编程是两种不同的编程方式，用于不同的应用和硬件平台。下面是它们的相同点和不同点：

相同点：

1. 都是编程语言：PLC编程和计算机编程都是通过编写代码来实现逻辑功能的软件开发方法。

2. 都需要数据处理：PLC编程和计算机编程都需要对输入的数据进行处理，并根据处理结果进行相应的输出。

3. 都需要算法设计：PLC编程和计算机编程都需要设计算法来解决问题和实现功能。

4. 都需要调试和测试：PLC编程和计算机编程都需要调试和测试才能保证程序的正确性和性能。

5. 都需要注重程序的可维护性：PLC编程和计算机编程都需要考虑程序的可维护性，例如代码的结构、注释、变量命名等。

不同点：

1. 应用领域：PLC编程主要用于工业自动化和控制领域，而计算机编程则广泛应用于软件开发、网站开发、数据分析、人工智能等各个领域。

2. 硬件平台：PLC编程是为特定的硬件平台（PLC）设计的，而计算机编程则是在通用计算机上进行开发，并与操作系统和各种硬件设备进行交互。

3. 编程语言和模型：PLC编程使用特定的编程语言，如梯形图（Ladder Diagram）、结构化文本（Structured Text）等，而计算机编程使用多种编程语言，如C、Python、Java等，并以面向对象、过程式或函数式等模型为基础。

4. 处理能力和实时性：PLC编程注重实时性和可靠性，要求及时响应输入信号并进行相应操作；而计算机编程则更注重算法的优化和处理的性能，在处理大规模数据或复杂计算时更具优势。

5. 学习曲线：由于PLC编程使用的编程语言和逻辑控制模型较简单，学习容易上手；而计算机编程涉及更多的概念和技术，学习曲线较陡峭。

综上所述，PLC编程和计算机编程在应用、硬件平台、编程语言和模型、处理能力及学习曲线等方面都有所不同。因此，在选择PLC编程还是计算机编程时，应根据具体的应用需求、可用资源和开发团队的技术背景来综合考虑。

3.2.3 PLC编程和计算机编程原理比较

PLC编程和计算机编程在原理上也存在一些区别。

下面是PLC编程和计算机编程各自的原理比较：

PLC编程原理：

1. 硬件架构：PLC（可编程逻辑控制器）是一种专用的计算机硬件设备，由CPU、输入和输出模块以及通信接口组成。它的设计目的是用于在实时环境中控制和监测工业过程。

2. 逻辑控制模型：PLC编程使用不同的编程语言，如梯形图（Ladder Diagram）、结构化文本（Structured Text）等。这些编程语言基于逻辑控制模型，其中主要的模型是梯形图。梯形图类似于电路图，通过横向排列的电气符号来表示逻辑控制的条件和动作。

3. 事件驱动：PLC编程是事件驱动的，它会根据输入信号的变化触发相应的逻辑操作。

4. 周期性扫描：PLC采用周期性扫描的方式运行程序。它会定期扫描输入和输出的状态，根据定义的逻辑条件执行相应的操作。

5. 实时性要求：PLC编程注重实时性和可靠性。它需要及时响应输入信号并进行相应操作，以满足工业自动化领域的实时控制要求。

计算机编程原理：

1. 软件开发平台：计算机编程是在通用计算机上进行的软件开发，使用各种编程语言和工具。它可以在不同的操作系统上运行，并与各种硬件设备交互。

2. 算法和数据结构：计算机编程涉及设计和实现算法以解决问题。它还涉及选择和使用适当的数据结构来有效地组织和处理数据。

3. 编程语言和模型：计算机编程使用多种编程语言，如C、Python、Java等，并以面向对象、过程式或函数式等模型为基础。

4. 输入输出处理: 计算机编程通过输入设备（如键盘、鼠标等）获取用户的输入，经过计算和处理后，使用输出设备（如显示屏、打印机等）呈现结果。此外，计算机编程还可以通过网络、数据库等进行数据传输和存储。

5. 非实时性：相对于PLC编程，计算机编程更注重算法的优化和处理的性能，而不是实时控制。计算机编程可以处理大规模数据或复杂计算，但在实时性要求较高的场景中，需要使用特定的技术和架构来实现实时性。

综上所述，PLC编程和计算机编程在硬件架构、逻辑控制模型、事件驱动、实时性要求等方面存在明显差异。合理选择编程方式需要综合考虑应用需求、可用资源和开发团队的技术背景。