全集成自动化的概念
随着工业自动控制的快速发展，用户对工业自动化控制系统的可靠性、复杂性、功能性、友好性、数据处理的快速性以及维护的方便性提出了更高的要求。各类控制系统之间数据交换的实时性和开放性要求越来越高，西门子自动化与驱动集团于1996年提出了“全集成自动化”（Totally Integrated Automation,TIA）的概念，每个生产过程不再是独立的局部过程，而成为整个工厂生产过程中一个不可分割的部分。
全集成自动化就是用单一系统或单一自动化平台完成原来由多系统组成才能完成的所有功能，即共同的软件环境、共同的数据管理、共同的通信，是集统一性与开放性于一体的自动化技术。它具有可扩展硬件平台，能够扩展现有的系统或集成将来的自动化解决方案；可采用功能强大的软件提高项目执行的效率，减少工程组态成本，具有方便调试与维护等优点
1）自动控制系统的分类
一般在工业自动化领域，控制系统可以分为逻辑控制、过程控制、运动控制等。逻辑控制是根据条件逻辑关系决定措施的控制，常用逻辑关系包括“与”“或”“非”三种逻辑；过程控制指对生产设备中的物质和能量相互作用与转换过程进行控制，表征过程的主要参量有温度、压力、流量、液位等；运动控制就是对机械运动部件的位置、速度等进行实时控制，使其按照预期的运动轨迹和规定的运动参数进行运动。PLC 可用于对这三类系统中的任何一类系统进行控制。
2）自动控制系统的性能要求
自动控制系统的性能要求可以概括为：稳定性、快速性和准确性。控制系统受到干扰时，被控制量就会偏离给定值，经过一定的过渡过程，被控制量又恢复到原来的稳定值或者稳定到一个新的给定值。被控制量在变化过程中的过渡过程称为动态过程，被控制量处于平衡状态时称为静态或稳态。除了稳态误差应满足要求外，自动控制系统还应满足动态过程的性能要求。自动控制系统的动态过程不仅要稳定，并且希望过渡过程时间（又称调整时间）越短越好，振荡幅度越小越好，衰减得越快越好。
西门子PLC DP信号线
60年代中期，出现了直接数字控制（Direct Digital Control,DDC）系统，人们开始使用一台计算机代替工厂车间的全部模拟仪表，实现“全盘计算机控制”。但在这种结构下，一旦计算机出现问题，整个工厂将陷入瘫痪，任何工段上的故障都有可能引起全厂停产，系统的可靠性和灵活性都较差。
在70年代，为了适应工业大规模生产的要求，控制系统采用了集散控制系统（Distributed Control System,DCS）。集散控制系统将整个工厂划分为各个控制单元，每个控制单元拥有一台控制设备，控制单元之间进行通信，共同组成一个控制系统。这种将控制分散到各个生产现场、各个工段的方式，提高了系统的稳定性、可靠性、容错能力和灵活性。任何一个控制单元的故障，不会对整个工厂的生产造成大的影响。
浔之漫智控技术（上海）有限公司
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自动控制系统*基本的要求是被控制量y(t)的稳态误差（偏差）为零或在允许的范围内。对于一个好的自动控制系统来说，一般要求稳态误差在被控制量设定值的2%～5%内。
根据上述要求可知图1-2中（a）是稳定系统，其中的1和2属于衰减振荡过程，3是单调过程，2的响应速度*快；（b）图中的4和5是不稳定系统。
随着在工业生产中由大批量、少品种的生产转变为小批量、多品种的生产方式，设计省时省力的自动化生产线是必然趋势。欧美国家早期的生产线，其控制部分由继电器、按钮开关、计时器、计数器及检测开关等组成，以达到控制目的。但在1968年美国通用汽车制造公司，为适应汽车型号的不断翻新，于是要求设计一种新型的工业控制器以满足下列条件：体积小；可靠性高，维修方便；可重复使用；容易设定或更换程序；适用于工厂恶劣的环境；成本低；能与电脑连线操作等。
1.PLC的定义
针对上述条件，1969年美国数字设备公司（DEC）首先研制成功第一台可编程控制器，并在通用汽车公司的自动装配线上试用成功，实现了生产的自动化控制。此后，1971年日本开始生产可编程控制器，1973年西欧国家也开始生产可编程控制器，我国从1974年开始研制。这一时期的可编程控制器主要用于替换继电器控制，只能进行逻辑运算，故称为可编程逻辑控制器。
国际电工委员会对PLC的定义为：“可编程控制器是一种数字运算操作电子装置，专为在工业环境应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程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、易于扩充其功能的原则设计。”
PLC的分类
PLC 的分类可以按输入/输出（I/O）点数、结构形式和生产厂家来分类。按 I/O 点数可分为小型机、中型机和大型机，由于点数划分没有严格的界限，但通常在256点以下的称为小型机，如 S7-1200系列 PLC。本书以 S7-1200系列 PLC 为主进行介绍，叙述中常以S7-1200表示该系列PLC。
按结构形式分为整体式和模块式。整体式是将电源、CPU、存储器、I/O 单元等各个功能部件集成在一个机壳内，构成一个整体，组成 PLC 的基本单元（主机）或扩展单元。基本单元上设有扩展接口，通过扩展电缆与扩展单元相连，如 S7-1200、S7-200 Smart 以及S7-200系列PLC都属于整体式。模块式PLC的电源模块、CPU模块、I/O模块等在结构上是独立的，可根据具体生产要求，选择合适的模块，安装在固定的机架或导轨上，构成一个完整的PLC应用系统，如S7-300、S7-400以及S7-1500系列PLC都属于模块式。PLC的定义