S7-1200_PLC的硬件与硬件组态解析
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A/D和D/A的二进制位数反映了它们的分辨率，位数越多，分辨 率越高。
29
1.2 S7-1200 的硬件——集成的PROFINET接口 1/3
实时工业以太网是现场总线发展的趋势，PROFINET是基于工业 以太网的现场总线，是开放式的工业以太网标准，它使工业以太 网的应用扩展到了控制网络最底层的现场设备。
模拟量I/O模块的任务就是实现A/D和D/A。
模拟量首先被传感器和变送器转换为标准量程的电压或电流， 例如420mA，15V， 010V，PLC用模拟量输入模块的A/D转 换器将它们转换成数字量。带正负号的电流或电压在A/D转换后 用二进制补码来表示。
模拟量输出模块的D/A转换器将PLC中的数字量转换为模拟电压 或电流，再去控制执行机构。
可以使用 TIA Portal 在同一个工程组态系统中组态 PLC 和可视化。
所有数据均存储在一个项目中，STEP 7和WinCC不是单独的程序，
而是可以访问公共数据库。
所有数据均存储在一个公共的项目文件中。
38
1.3 编程工具STEP 7 Basic——数据管理
在 TIA Portal 中，所有数据都存储在一个项目中。修改后的应用 程序数据（如变量）会在整个项目内(甚至跨越多台设备)自动更新。
于是，美国电器制造商协会将其正式命名为可编程序控制器 （Programmable Controller），简称PC。
由于它与个人计算机(Personal computer)的简称PC相同，所以 人们习惯上仍将其称为PLC。
3
PLC的定义
1987年2月，国际电工委员会(IEC)对可编程控制器的定义是： 可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，是专为在工业 环境下的应用而设计的。 它采用一类可编程序的存储器，用于其内部存储程序、执行逻 辑运算、顺序控制、定时、计数和算术操作等面向用户的指令， 并通过数字式或模拟式输入/输出，控制各种类型的机械或生产 过程。 可编程序控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统 连成一个整体、易于扩充功能的原则设计。
3点/100kHz 3点/30kHz
2点/100kHz(DC/DC/DC型)
无
有
有
300
300
400
9010075
9010075
1110075 16
1.2 S7-1200 的硬件—— CPU模块技术规范
CPU的共性： •集成的24V传感器/负载电源可供传感器和编码器使用，也可以 用做输入回路的电源。 • 集成的2点模拟量输入(010V)，输入电阻100k，10位分辨率。 • 2点脉冲列输出 (PTO)或脉宽调制 (PWM)输 出，最高频率为 100kHz。 • 有16个参数自整定的PID控制器。 • 4个时间延迟与循环中断，分辨率为1ms。 • 可以扩展3块通信模块和一块信号板，CPU可以用信号板扩展 一路模拟量输出或高速数字量输入/输出。
9
过程映像寄存器
I/O的存取通过I/O映像寄存器，而不是实际I/O，优点： 1、程序执行阶段输入固定，执行完后再用输出映像寄存器的 值更新输出点，使系统运行稳定； 2、用户程序读写I/O映像寄存器比读写I/O点快得多，可以提 高程序的执行速度。
10
立即I/O的处理
在程序执行的过程中使用立即I/O指令可以直接存取I/O点。 用立即I/O指令读输入点时，相应的输入过程映像寄存器的值未 被更新。 用立即I/O指令写输出点时，相应的输出过程映像寄存器的值被 更新。
可以使用信号模块给 CPU 增加附加功能。信号模块连接在 CPU 右侧。
27
1.2 S7-1200 的硬件——数字量I/O
可以选用8点、16点和32点的数字量输入/输出模块，来满足不 同的控制需要。
28
1.2 S7-1200 的硬件——模拟量I/O
在工业控制中，某些输入量(温度、压力、流量、转速等)是模拟 量，某些执行机构(例如电动调节阀和变频器等)要求PLC输出模 拟量信号，而PLC的CPU只能处理数字量。
外形尺寸/mm
CPU1211C 6I/ຫໍສະໝຸດ BaiduO 2 6
CPU1212C 8I/6O 2 8
CPU1214C 14I/10O 2 14
-
2
8
6/6
8/8
12/12
25KB/不可扩展 1MB/24MB
3点/100kHz
25KB/不可扩展
1MB/24MB
3点/100kHz 1点/30kHz
50KB/不可扩展
2MB/24MB
11
1.1 S7-1200 PLC 简介
S7-1200 PLC (Programmable Logic Controller) 是西门子公司推 出的一款PLC，主要面向简单而高精度的自动化任务。 S7-1200设计紧凑、组态灵活且具有功能强大的指令集，这些特 点的组合使它成为控制各种应用的完美解决方案。 CPU将微处理器、集成电源、输入电路和输出电路组合到一个设 计紧凑的外壳中以形成功能强大的PLC。 CPU根据用户程序逻辑监视输入并更改输出，用户程序可以包含 布尔逻辑、计数、定时、复杂数学运算以及与其它智能设备的通 信。
DC 530V AC/DC/Relay AC 85264V DC 24V
AC 5250V
2A,DC30W/ AC200W
18
1.2 S7-1200 的硬件—— CPU1214C AC/DC/Relay的外部接线图
19
1.2 S7-1200 的硬件—— CPU1214C DC/DC/DC的外部接线图
22
1.2 S7-1200 的硬件——信号板SB 1221接线图
23
1.2 S7-1200 的硬件——信号板SB 1222接线图
24
1.2 S7-1200 的硬件——信号板SB 1223接线图
25
1.2 S7-1200 的硬件——信号板SB 1232 1x模拟量输出接线图
26
1.2 S7-1200 的硬件——信号模块 SM (signal module)
17
1.2 S7-1200 的硬件—— CPU模块技术规范
CPU的3种版本：
版本
电源电压
DI
DO
输入电压 输出电压
DO 输出电流
DC/DC/DC DC 24V DC 24V DC 24V 0.5A,MOSFET
DC/DC/Relay DC 24V
DC 530V DC 24V
AC 5250V
2A,DC30W/ AC200W
STEP 7 Basic 提供了两种编程语言(LAD 和 FBD) 。 有两种视图：Portal(门户)视图，可以概览自动化项目的所有任 务；项目视图，将整个项目(包括PLC和HMI)按多层结构显示在 项目树中。
35
1.3 编程工具STEP 7 Basic——典型的自动化系统 1/2
典型的自动化系统包含以下内容： 借助程序来控制过程的PLC； 用来操作和可视化过程的 HMI 设备。
4
PLC的基本结构
工业自动控制中使用的可编程控制器的种类很多，不同类型的 产品各有特点，但可编程控制器在组成、工作原理及编程方法 等许多方面是基本相同的。 PLC是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术 和通信技术而发展起来的一种新型、通用的自动控制装置。其 硬件组成与微型计算机相似。
5
第1章 S7-1200 PLC的硬件与硬件组态
1
PLC的起源-1
1968年，美国最大的汽车制造商通用汽车公司为了适应生产工艺 不断更新的需要，期望找到一种新的方法，尽可能减少重新设计 继电控制系统和重新接线的工作，以降低成本、缩短周期，设想 把计算机通用、灵活、功能完备等优点和继电控制系统的简单易 懂、价格便宜等优点结合起来，制成一种通用控制装置，并把计 算机的编程方法和程序输入方式加以简化，用面向控制过程、面 向问题的“自然语言”进行编程，使不熟悉计算机的人也能方便 地使用。
39
工作区
1.3 编程工具STEP 7 Basic——界面总览 任务卡
设备或网 络概览区
详细视图 巡视区
编辑器栏
40
1.3 编程工具STEP 7 Basic——创建新项目
“项目”“新建”，出现“创建新项目”对话框：
41
1.3 编程工具STEP 7 Basic——添加新设备
双击项目树中的“添加新设备”：
PLC控制系统示意图
6
PLC的特点
1. 2. 功能强，性能价格比高 3. 硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强 4. 可靠性高，抗干扰能力强 5. 系统的设计、安装、调试工作量少 6. 维修工作量小， 7. 体积小，能耗低
7
PLC的工作原理 扫描过程
8
扫描周期
PLC在RUN工作状态时，执行一次扫描过程所需的时间称为 扫描周期，典型值为1100ms。
20
1.2 S7-1200 的硬件—— CPU1214C DC/DC/Relay的外部接线图
21
1.2 S7-1200 的硬件——信号板SB (signal board)
通过信号板可以给 CPU 增加 I/O。 SB 连接在 CPU 的前端。 具有 4 个数字量 I/O（2 x DC 输入和 2 x DC 输出）的 SB 具有 1 路模拟量输出的 SB
12
1.1 S7-1200 PLC 简介 ——S7-1200 PLC在西门子PLC系列产品中的定位
13
1.2 S7-1200 的硬件
14
1.2 S7-1200 的硬件—— CPU模块
电源接口
指示CPU 运行状态 的LED
可拆卸用户接线 连接器（保护盖 下面）
PROFINET 连接器（CPU 的底部）
S7-1200与编程计算机的通信
30
1.2 S7-1200 的硬件——集成的PROFINET接口 2/3
S7-1200与精简系列面板的通信
31
1.2 S7-1200 的硬件——集成的PROFINET接口 3/3
利用工业以太网交换机CSM 1277 进行多设备的连接
32
1.2 S7-1200 的硬件——通信模块 (Communication module) 1/2 有两种通信模块：CM1241 RS232 和CM1241 RS485 CPU 最多支持 3 个通信模块 各 CM 连接在 CPU 的左侧（或连接到另一 CM 的左侧）
36
1.3 编程工具STEP 7 Basic——典型的自动化系统 2/2
TIA Portal 可用来帮助您创建自动化系统，关键的组态步骤为： 创建项目 配置硬件 联网设备 对PLC 编程 组态可视化 加载组态数据 使用在线和诊断功能
37
1.3 编程工具STEP 7 Basic——工程组态系统
板载 I/O 的状态LED
15
1.2 S7-1200 的硬件—— CPU模块技术规范
特性 本机数字量I/O 本机模拟量输入点 脉冲捕获输入点数
扩展模块个数
上升沿/下降沿中断点数 集成/可扩展的工作存储器 集成/可扩展的装载存储器 高速计数器点数/最高频率
高速脉冲输出点数 /最高频率
操作员监控功能
传感器电源输出电流/mA
1969年，美国数字设备公司研制出了第一台可编程序逻辑控制器， 在通用汽车公司的自动装配线上试用获得了成功。
2
PLC的起源-2
可编程逻辑控制器 （Programmable Logic Controller）简称 PLC，最初只能进行计数、定时及开关量逻辑控制。 随着计算机技术的发展，可编程逻辑控制的功能不断扩展和完 善，其功能远远超出了逻辑控制的范围，具有了PID、A/D、 D/A、算术运算、数字量智能控制、监控、通信联网等多方面 的功能，它已变成了实际意义上的一种工业控制计算机。
33
1.2 S7-1200 的硬件——通信模块 (Communication module) 2/2 在编程接口模式下利用 CM1241 进行点对点连接
34
1.3 编程工具STEP 7 Basic——特点
SIMATIC STEP 7 Basic 是西门子公司开发的高集成度工程组态 系统，包括面向任务的HMI智能组态软件SIMATIC Wincc Basic。 上 述 两 个 软 件 集 成 在 一 起 ， 也 称 为 TIA (Totally Integrated Automation，全集成自动化)Portal， 它提供了直观易用的编辑 器，用于对S7-1200 和精简系列面板进行高效组态。 除了支持编程以外，STEP 7 Basic还为硬件和网络组态、诊断等 提供通用的工程组态框架。
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1.2 S7-1200 的硬件——集成的PROFINET接口 1/3
实时工业以太网是现场总线发展的趋势，PROFINET是基于工业 以太网的现场总线，是开放式的工业以太网标准，它使工业以太 网的应用扩展到了控制网络最底层的现场设备。
模拟量I/O模块的任务就是实现A/D和D/A。
模拟量首先被传感器和变送器转换为标准量程的电压或电流， 例如420mA，15V， 010V，PLC用模拟量输入模块的A/D转 换器将它们转换成数字量。带正负号的电流或电压在A/D转换后 用二进制补码来表示。
模拟量输出模块的D/A转换器将PLC中的数字量转换为模拟电压 或电流，再去控制执行机构。
可以使用 TIA Portal 在同一个工程组态系统中组态 PLC 和可视化。
所有数据均存储在一个项目中，STEP 7和WinCC不是单独的程序，
而是可以访问公共数据库。
所有数据均存储在一个公共的项目文件中。
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1.3 编程工具STEP 7 Basic——数据管理
在 TIA Portal 中，所有数据都存储在一个项目中。修改后的应用 程序数据（如变量）会在整个项目内(甚至跨越多台设备)自动更新。
于是，美国电器制造商协会将其正式命名为可编程序控制器 （Programmable Controller），简称PC。
由于它与个人计算机(Personal computer)的简称PC相同，所以 人们习惯上仍将其称为PLC。
3
PLC的定义
1987年2月，国际电工委员会(IEC)对可编程控制器的定义是： 可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，是专为在工业 环境下的应用而设计的。 它采用一类可编程序的存储器，用于其内部存储程序、执行逻 辑运算、顺序控制、定时、计数和算术操作等面向用户的指令， 并通过数字式或模拟式输入/输出，控制各种类型的机械或生产 过程。 可编程序控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统 连成一个整体、易于扩充功能的原则设计。
3点/100kHz 3点/30kHz
2点/100kHz(DC/DC/DC型)
无
有
有
300
300
400
9010075
9010075
1110075 16
1.2 S7-1200 的硬件—— CPU模块技术规范
CPU的共性： •集成的24V传感器/负载电源可供传感器和编码器使用，也可以 用做输入回路的电源。 • 集成的2点模拟量输入(010V)，输入电阻100k，10位分辨率。 • 2点脉冲列输出 (PTO)或脉宽调制 (PWM)输 出，最高频率为 100kHz。 • 有16个参数自整定的PID控制器。 • 4个时间延迟与循环中断，分辨率为1ms。 • 可以扩展3块通信模块和一块信号板，CPU可以用信号板扩展 一路模拟量输出或高速数字量输入/输出。
9
过程映像寄存器
I/O的存取通过I/O映像寄存器，而不是实际I/O，优点： 1、程序执行阶段输入固定，执行完后再用输出映像寄存器的 值更新输出点，使系统运行稳定； 2、用户程序读写I/O映像寄存器比读写I/O点快得多，可以提 高程序的执行速度。
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立即I/O的处理
在程序执行的过程中使用立即I/O指令可以直接存取I/O点。 用立即I/O指令读输入点时，相应的输入过程映像寄存器的值未 被更新。 用立即I/O指令写输出点时，相应的输出过程映像寄存器的值被 更新。
可以使用信号模块给 CPU 增加附加功能。信号模块连接在 CPU 右侧。
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1.2 S7-1200 的硬件——数字量I/O
可以选用8点、16点和32点的数字量输入/输出模块，来满足不 同的控制需要。
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1.2 S7-1200 的硬件——模拟量I/O
在工业控制中，某些输入量(温度、压力、流量、转速等)是模拟 量，某些执行机构(例如电动调节阀和变频器等)要求PLC输出模 拟量信号，而PLC的CPU只能处理数字量。
外形尺寸/mm
CPU1211C 6I/ຫໍສະໝຸດ BaiduO 2 6
CPU1212C 8I/6O 2 8
CPU1214C 14I/10O 2 14
-
2
8
6/6
8/8
12/12
25KB/不可扩展 1MB/24MB
3点/100kHz
25KB/不可扩展
1MB/24MB
3点/100kHz 1点/30kHz
50KB/不可扩展
2MB/24MB
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1.1 S7-1200 PLC 简介
S7-1200 PLC (Programmable Logic Controller) 是西门子公司推 出的一款PLC，主要面向简单而高精度的自动化任务。 S7-1200设计紧凑、组态灵活且具有功能强大的指令集，这些特 点的组合使它成为控制各种应用的完美解决方案。 CPU将微处理器、集成电源、输入电路和输出电路组合到一个设 计紧凑的外壳中以形成功能强大的PLC。 CPU根据用户程序逻辑监视输入并更改输出，用户程序可以包含 布尔逻辑、计数、定时、复杂数学运算以及与其它智能设备的通 信。
DC 530V AC/DC/Relay AC 85264V DC 24V
AC 5250V
2A,DC30W/ AC200W
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1.2 S7-1200 的硬件—— CPU1214C AC/DC/Relay的外部接线图
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1.2 S7-1200 的硬件—— CPU1214C DC/DC/DC的外部接线图
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1.2 S7-1200 的硬件——信号板SB 1221接线图
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1.2 S7-1200 的硬件——信号板SB 1222接线图
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1.2 S7-1200 的硬件——信号板SB 1223接线图
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1.2 S7-1200 的硬件——信号板SB 1232 1x模拟量输出接线图
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1.2 S7-1200 的硬件——信号模块 SM (signal module)
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1.2 S7-1200 的硬件—— CPU模块技术规范
CPU的3种版本：
版本
电源电压
DI
DO
输入电压 输出电压
DO 输出电流
DC/DC/DC DC 24V DC 24V DC 24V 0.5A,MOSFET
DC/DC/Relay DC 24V
DC 530V DC 24V
AC 5250V
2A,DC30W/ AC200W
STEP 7 Basic 提供了两种编程语言(LAD 和 FBD) 。 有两种视图：Portal(门户)视图，可以概览自动化项目的所有任 务；项目视图，将整个项目(包括PLC和HMI)按多层结构显示在 项目树中。
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1.3 编程工具STEP 7 Basic——典型的自动化系统 1/2
典型的自动化系统包含以下内容： 借助程序来控制过程的PLC； 用来操作和可视化过程的 HMI 设备。
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PLC的基本结构
工业自动控制中使用的可编程控制器的种类很多，不同类型的 产品各有特点，但可编程控制器在组成、工作原理及编程方法 等许多方面是基本相同的。 PLC是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术 和通信技术而发展起来的一种新型、通用的自动控制装置。其 硬件组成与微型计算机相似。
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第1章 S7-1200 PLC的硬件与硬件组态
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PLC的起源-1
1968年，美国最大的汽车制造商通用汽车公司为了适应生产工艺 不断更新的需要，期望找到一种新的方法，尽可能减少重新设计 继电控制系统和重新接线的工作，以降低成本、缩短周期，设想 把计算机通用、灵活、功能完备等优点和继电控制系统的简单易 懂、价格便宜等优点结合起来，制成一种通用控制装置，并把计 算机的编程方法和程序输入方式加以简化，用面向控制过程、面 向问题的“自然语言”进行编程，使不熟悉计算机的人也能方便 地使用。
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工作区
1.3 编程工具STEP 7 Basic——界面总览 任务卡
设备或网 络概览区
详细视图 巡视区
编辑器栏
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1.3 编程工具STEP 7 Basic——创建新项目
“项目”“新建”，出现“创建新项目”对话框：
41
1.3 编程工具STEP 7 Basic——添加新设备
双击项目树中的“添加新设备”：
PLC控制系统示意图
6
PLC的特点
1. 2. 功能强，性能价格比高 3. 硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强 4. 可靠性高，抗干扰能力强 5. 系统的设计、安装、调试工作量少 6. 维修工作量小， 7. 体积小，能耗低
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PLC的工作原理 扫描过程
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扫描周期
PLC在RUN工作状态时，执行一次扫描过程所需的时间称为 扫描周期，典型值为1100ms。
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1.2 S7-1200 的硬件—— CPU1214C DC/DC/Relay的外部接线图
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1.2 S7-1200 的硬件——信号板SB (signal board)
通过信号板可以给 CPU 增加 I/O。 SB 连接在 CPU 的前端。 具有 4 个数字量 I/O（2 x DC 输入和 2 x DC 输出）的 SB 具有 1 路模拟量输出的 SB
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1.1 S7-1200 PLC 简介 ——S7-1200 PLC在西门子PLC系列产品中的定位
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1.2 S7-1200 的硬件
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1.2 S7-1200 的硬件—— CPU模块
电源接口
指示CPU 运行状态 的LED
可拆卸用户接线 连接器（保护盖 下面）
PROFINET 连接器（CPU 的底部）
S7-1200与编程计算机的通信
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1.2 S7-1200 的硬件——集成的PROFINET接口 2/3
S7-1200与精简系列面板的通信
31
1.2 S7-1200 的硬件——集成的PROFINET接口 3/3
利用工业以太网交换机CSM 1277 进行多设备的连接
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1.2 S7-1200 的硬件——通信模块 (Communication module) 1/2 有两种通信模块：CM1241 RS232 和CM1241 RS485 CPU 最多支持 3 个通信模块 各 CM 连接在 CPU 的左侧（或连接到另一 CM 的左侧）
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1.3 编程工具STEP 7 Basic——典型的自动化系统 2/2
TIA Portal 可用来帮助您创建自动化系统，关键的组态步骤为： 创建项目 配置硬件 联网设备 对PLC 编程 组态可视化 加载组态数据 使用在线和诊断功能
37
1.3 编程工具STEP 7 Basic——工程组态系统
板载 I/O 的状态LED
15
1.2 S7-1200 的硬件—— CPU模块技术规范
特性 本机数字量I/O 本机模拟量输入点 脉冲捕获输入点数
扩展模块个数
上升沿/下降沿中断点数 集成/可扩展的工作存储器 集成/可扩展的装载存储器 高速计数器点数/最高频率
高速脉冲输出点数 /最高频率
操作员监控功能
传感器电源输出电流/mA
1969年，美国数字设备公司研制出了第一台可编程序逻辑控制器， 在通用汽车公司的自动装配线上试用获得了成功。
2
PLC的起源-2
可编程逻辑控制器 （Programmable Logic Controller）简称 PLC，最初只能进行计数、定时及开关量逻辑控制。 随着计算机技术的发展，可编程逻辑控制的功能不断扩展和完 善，其功能远远超出了逻辑控制的范围，具有了PID、A/D、 D/A、算术运算、数字量智能控制、监控、通信联网等多方面 的功能，它已变成了实际意义上的一种工业控制计算机。
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1.2 S7-1200 的硬件——通信模块 (Communication module) 2/2 在编程接口模式下利用 CM1241 进行点对点连接
34
1.3 编程工具STEP 7 Basic——特点
SIMATIC STEP 7 Basic 是西门子公司开发的高集成度工程组态 系统，包括面向任务的HMI智能组态软件SIMATIC Wincc Basic。 上 述 两 个 软 件 集 成 在 一 起 ， 也 称 为 TIA (Totally Integrated Automation，全集成自动化)Portal， 它提供了直观易用的编辑 器，用于对S7-1200 和精简系列面板进行高效组态。 除了支持编程以外，STEP 7 Basic还为硬件和网络组态、诊断等 提供通用的工程组态框架。