电气控制与PLC技术（S7-1200）课件 第3-5章 典型机械设备电气控制系统分析、可编程序控制器的基础知识、TIA博途软件及使用

第3章典型机械设备电气控制系统分析3.1车床电气控制电路3.2铣床电气控制电路3.3桥式起重机电气控制电路3.1车床电气控制线路用途：车床是应用最广泛的金属切削机床，普通车床可以用来切削工件的外圆、内圆、端面和螺纹等，并可以装上钻头或铰刀等进行钻孔和铰孔的加工。

3.1.1主要结构与运动形式卧式车床主要由床身、主轴变速箱、尾座进给箱、丝杠、光杠、刀架和溜板箱等组成。主运动：卡盘或顶尖带动工件的旋转运动；

进给运动：溜板带动刀架的纵向或横向直线运动；

辅助运动：刀架的快速进给与快速退回。

车床的调速采用变速箱。3.1车床电气控制线路3.1.2电力拖动与控制要求

1.主轴的旋转运动

C650型车床的主运动是工件的旋转运动，由主电机拖动，其功率为30kW。主电机由接触器控制实现正反转，为提高工作效率，主电机采用反接制动。

2.刀架的进给运动

溜板带着刀架的直线运动，称为进给运动。刀架的进给运动由主轴电动机带动，并使用走刀箱调节加工时的纵向和横向走刀量。

3.刀架的快速移动

为了提高工作效率，车床刀架的快速移动由一台单独的快速移动电动机拖动，其功率为2.2kW，并采用点动控制。

4.冷却系统

车床内装有一台不调速、单向旋转的三相异步电动机拖动冷却泵，供给刀具切削时使用的冷却液。3.1.3电气控制电路分析（一）主电路分析M1（主电动机）：①KM1、KM2实现正反转；②KT与电流表PA用于检测运行电流；③KM3用于点动和反接制动时串入电阻R限流；正反转电动运行时R短路。④速度继电器KS用于反接制动。M2（冷却泵电机）：

KM4用于起停控制。M3（快移电动机）：KM5用于起停（点动）控制。（二）控制电路分析1.主轴电动机的点动控制按下点动按钮

SB2不松手→接触器KM1线圈通电→KM1主触点闭合→主轴电动机把限流电阻R串入电路中进行降压起动和低速运转。

2.主轴电动机的正反转控制正转起动反转起动按下正转SB3→KM3线圈通电、KT线圈通电延时→主回路R被短路→KA线圈通电→KM1线圈通电自锁→M1正向起动。启动完毕，KT延时时间到→PA投入检测运行电流。3.主轴电动机的反接制动控制正转或反转时，当n>120r/min时，KS的其中一个触点闭合。按下停车按钮SB1→KM1、KT、KM3、KA线圈失电，松开SB1→KM2线圈通电→M1串R反接制动→n<100r/min时→KM2线圈断电，切除反接电源，M1停止转动。4.主轴电动机负载检测及保护环节

防止起动电流的冲击。当按下停止按钮SB1时,KT线圈相继失电释放,KT触点瞬时闭合，将电流表短接，不会受到反接制动电流的冲击。

5.刀架快速移动控制

限位开关SQ（3—17）闭合→接触器KM5线圈通电→快速移动电动机M3起动运转。

6.冷却泵控制

按SB6（14—15）按钮→接触器KM4线圈得电并自锁→KM4主触点闭合→冷却泵电动机M2起动运转；按下SB5（3—14）→接触器KM4线圈失电→M2停转。车床电气控制电路的特点

1.主轴的正反转是通过电气方式，而不是通过机械方式实现的。

2.主电动机的制动采用了电气反接制动形式，并用速度继电器进行控制。

3.控制回路由于电器元件很多，故通过控制变压器TC与三相电网进行电隔离，提高了操作和维修时的安全性。

4.采用时间继电器KT对电流表PA进行保护。

5.中间继电器KA起着扩展接触器KM3触点的作用。3.2铣床电气控制线路3.2.1主要结构与运动形式用途：铣床主要用于加工零件的平面、斜面、沟槽等型面的机床，装上分度头后，可以加工齿轮或螺旋面，装上回转圆工作台则可以加工凸轮和弧形槽。铣床由床身、主轴、刀杆、横梁、工作台、回转盘、横溜板和升降台等几部分组成（一）铣床的主要结构3.2.2电力拖动及控制要求1.主运动

铣刀的旋转运动为铣床的主运动，由一台笼型异步电动机M1拖动。铣削加工有顺铣和逆铣两种加工方式，所以要求主轴电动机能正反转。但考虑到正反转操作并不频繁（批量顺铣或逆铣），因此采用倒顺开关SA5来改变电源相序实现主轴电动机的正反转。由于主轴传动系统中装有避免振动的惯性轮，使主轴停车困难，主轴电动机采用电磁离合器制动以实现准确停车。

2.进给运动

工作台纵向、横行和垂直三种运动形式、六个方向的直线运动为进给运动。由一台进给电动机M2拖动，进给电动机能正反转。

3.辅助运动

铣床的辅助运动为工作台纵向、横行和垂直三个方向上的快速移动。它是通过采用快速电磁铁YA2吸合来改变传动链的传动比从而实现快速移动的。

4.变速冲动

为保证变速时齿轮易于啮合，减小齿轮端面的冲击，要求变速时有电动机冲动（短时转动）控制。

5.联锁控制根据工艺要求，主轴旋转与工作台进给应有联锁控制，即进给运动要在铣刀旋转之后才能进行，加工结束时必须在铣刀停转前停止进给运动；圆工作台的旋转运动与工作台的纵向、横行和垂直三个方向的运动之间也有联锁控制，即圆工作台旋转时，工作台不能向其他方向移动。

6.两地控制

为操作方便，应能在两处控制各部件的起停。

7.冷却泵控制

由一台电动机M3拖动，供给铣削时的冷却液。1.主轴电动机M1由KM2控制，由倒顺开关SA5预选转向，KM2的主触点串联两相电阻与速度继电器KS配合实现停车反接制动。通过机械结构和接触器KM2进行变速冲动控制。2.进给电动机M2由接触器KM3、KM4的主触点控制，并由接触器KM5主触点控制快速电磁铁YA，决定工作台移动速度，KM5接通为快速，断开为慢速。3.冷却泵电动机M3由接触器KM6控制，单方向旋转。3.2.3电气控制电路分析（一）主电路分析（二）控制电路分析1.主轴电动机控制电路分析（1）主轴电动机的起动控制（2）主轴电动机的变速冲动控制ST72.进给电动机控制电路分析运动方向（三维空间）：纵向（左右）、横向（前后）、升降（上、下）。操作方法：纵向操作手柄，左、停、右（3工位）位置。十字操作手柄（两个机械联动），前、上、停、下、后（5工位）位置。位置触点接通圆工作台接通长工作台SA1-1－+SA1-2

+－SA1-3－+工作状态选择开关SA1触点通断情况工作台选择选择开关SA1为长工作台和圆工作台操作状态选择开关，其工作状态见下表。（1）工作台纵向（左右）进给控制工作台移动到终点，终点档铁撞击手柄的凸起部分可使其返回中间位置，实现终点停车。纵向操作手柄向右，压下位置开关SQ1；操作手柄向左，压下位置开关SQ2；操作手柄在中间0位为停止状态。（2）工作台前后和上下进给控制十字手柄向下和向前压下位置开关SQ3，向上和向后压下位置开关SQ4。安放在床身上的限位档铁，能使十字手柄自动返回0位。实现横向、垂直的终点停车。互锁：长工作台的垂直和横向运动中，SA1、SQ1-2、SQ2-2常闭触点的闭合条件要求纵向手柄在0位及SA1选择长工作台，否则横向和垂直运动无法进行。（3）工作台快速移动控制按下SB5（或SB6）→KM5得电→KM5的主触点闭合→电磁铁YA通电，接上快速离合器→工作台快速向操作手柄预选的方向移动松开SB5或SB6→YA线圈断电，工作台改为工进。（4）工作台进给变速冲动控制进给变速手柄外拉→对准需要速度，将手柄拉出到极限→压动限位开关SQ6→KM4得电→进给电动机M2正转，便于齿轮啮合。（5）圆工作台进给控制长工作台各个操作手柄在0位，且将工作台选择开关SA1置于圆工作台接通位置。互锁分析：SQ1～SQ4常闭触点闭合的条件是纵向和十字手柄均在0位。（6）铣床各运动方向的联锁及保护主运动与进给运动的顺序联锁（KM1的常开触点（11～12）为防止刀具和铣床的损坏，要求只有主轴旋转后才允许有进给运动和进给方向的快速移动。工作台6个方向的联锁（由纵向和十字操作手柄实现）6个方向的进给运动中同时只能有一种运动产生，该铣床采用了机械操纵手柄和位置开关相配合的方式来实现6个方向的联锁。长工作台与圆工作台的联锁（SA1实现）保护环节当主轴电动机或冷却泵电动机过载时，进给运动必须立即停止，以免损坏刀具和铣床。冷却泵、照明控制、保护环节铣床电气控制线路的特点1.采用电磁磨擦离合器的传动装置，实现主轴电动机的停车制动和主轴上刀时的制动，以及对工作台工作进给和快速进给的控制。2.主轴变速与进给变速均设有变速冲动环节。3.进给电动机的控制采用机械挂挡-电气开关联动的手柄操作，而且操作手柄扳动方向与工作台运动方向一致具有运动方向的直观性。4.工作台上下左右前后6个方向的运动具有联锁保护。3.3桥式起重机电气控制电路3.3.1概述

起重机分类：桥式、门式、塔式、旋转式。3.3.2桥式起重机的结构1.桥架2.大车移行机构3.小车4.提升机构5.驾驶室桥式起重机的运动形式：＊起重机由大车电动机驱动沿车间两边轨道作纵向（前后）运动。＊小车及提升机构由小车电动机驱动沿桥架主梁上的轨道作横向（左右）运动。＊提升电动机驱动重物作升降运动。3.3.3桥式起重机的主要技术参数1.起重量单钩：5t、10t双钩：15/3t、20/5t、30/5t、50/10t、75/20t、100/20t、125/30t、150/30t、200/30t、250/30t，分子为主钩起重量，分母为副钩起重量2.跨度10.5m，13.5m，16.5m…31.5m3.提升高度12m，16m，12/14m…4.运行速度5.提升速度提升速度≤30m/min空钩速度：高达提升速度两倍着陆低速≤4～6m/min6.负载持续率7.工作类型有轻级、中级、重级和特重级四种。3.3.4提升机构对电力拖动的主要要求1.电力拖动系统的构成小车电动机一台、大车电动机一至二台、提升电动机一至二台。2.对起重电动机的要求起重机负载图如右提升机构四个工作阶段：升降重物及空钩。大、小车二个工作阶段：平移重物及空钩。停歇二个阶段：装卸货一个工作周期≤10min。三台电动机均为断续周期工作方式，电动机启制动频繁，为缩短启制动时间，减少启动、制动损耗，起重机转子制成细长形，使飞轮惯量GD2减少。

(1)起重机宜选用起重型断续周期工作制电动机，该机应启动电流小，启动转矩大。

(2)能电气调速选用绕线型异步电动机转子串电阻调速。

(3)能适应较恶劣的工作环境和机械冲击。3.对电气控制系统的要求

(1)具有合适的升降速度，空钩能快速升降。

(2)调速范围3：1，高者5～10：1。

(3)有适当的低速区

(4)提升第一档为预备级，用于消除传动系统齿轮间隙，张紧钢丝绳。

(5)起重机负载为位能性恒转矩负载，要有电动下放（强力下放）、倒拉反接制动下放及发电反馈制动下放三种下放负载方式。

(6)电气与机械双重制动。

(7)要有完备的电气保护与联锁环节。3.3.510t桥式起重机典型电路分析1.电路特点1）可逆对称电路凸轮控制器左右各档其触点通断情况对称，故电动机正反转工作情况完全相同。2）绕线型异步电动机转子在每一档均串接三相不对称电阻。在凸轮控制器手柄不同位置，电动机转子各相接入的电阻均不相同，可得不同的转速。3）用于控制提升机构时

(1)提升负载第一档为预备级，消除齿轮间隙，二至五档转速逐渐升高，电动机工作于正向电动状态。

(2)下放负载，电动机工作于反向发电反馈制动状态，只能在下放第五档工作。

(3)轻载下放Tw＜Tf

时，电动机工作于反向电动状态强力下放，可在下放第一至五档工作。注意：下放重载时，凸轮控制器手柄应由零位直接扳至下放第五档，中间不得停留。为使下放负载时准确定位，将手柄在下放第一档与零位间来回操作，由电磁抱闸配合便可获得下放低速。2.保护电路分析

1.欠电压保护

2.失电压保护与零位保护

3.过电流保护与短路保护

4.行程终端限位保护

5.安全保护第4章可编程序控制器的基础知识4.1PLC概述4.2PLC的基本结构及工作原理4.3PLC的技术性能和编程语言4.4S7-1200PLC简介4.5S7-1200PLC的硬件4.6S7-1200PLC存储区及数据类型4.1PLC概述可编程序控制器（ProgrammableLogicController）简称PLC，国际电工委员会（IEC）于1985年对可编程序控制器作了如下定义：可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。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、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。4.1PLC概述4.1.1PLC的产生与发展PLC问世以前，工业控制领域中以继电器-接触器控制技术占主导地位。采用硬件接线的方式实现某一固定控制要求如果控制要求更复杂，控制系统更大呢？4.1PLC概述4.1.1PLC的产生与发展大型的继电器控制电路接线更加复杂电器件多，体积庞大触点易损坏因而系统可靠性差，检修困难如果控制要求还需要改变呢？4.1PLC概述4.1.1PLC的产生与发展一旦控制要求改变，电气控制系统必须重新配线安装。对于复杂的控制系统，这种变动的工作量大、周期长，经济损失大。显然，需要寻求一种新的控制装置来取代老式的继电器接触器控制系统，使电气控制系统的工作更可靠、更容易维修，更能适应经常变动的工艺条件。4.1PLC概述4.1.1PLC的产生与发展世纪60年代，汽车生产流水线的自动控制系统基本上都是由继电器控制装置构成的，而为使汽车结构及外形不断改进，品种不断增加，需要经常变更生产工艺，而每一次工艺变更都需要重新设计和安装继电器控制装置，十分费时、费工、费料，延长了工艺改造的周期。4.1PLC概述4.1.1PLC的产生与发展针对上述设想，通用汽车公司提出了有名的“GM10条”：可直接使用115V交流输入电压；输出采用115V交流电压，能直接驱动电磁阀、交流接触器等；通用性强，扩展方便;能存储程序，存储器容量可以扩展到4KB。编程简单，可在现场修改程序；维护方便，采用插件式结构；可靠性高于继电器控制柜；体积小于继电器控制柜；成本可与继电器控制柜竞争；可将数据直接送入计算机；4.1PLC概述4.1.1PLC的产生与发展1969年，美国数字设备公司DEC根据GM10条，首先研制出了世界上第一台可编程控制器PDP-14，用于通用汽车公司的生产线，并取得了满意的效果。1971年日本引进PLC技术1973年德国引进PLC技术PLC迅速发展起来。。。。。。4.1.2PLC的特点与应用1.PLC的主要特点（1）抗干扰能力强，可靠性高（2）编程简单、使用方便（3）功能强，性价比高（4）通用性强、功能完善、适应面广（5）体积小、重量轻、功耗低（6）设计、施工、调试周期短、维护方便逻辑控制：最基本、最广泛运动控制过程控制数据处理多级控制4.1.2PLC的特点与应用2.PLC的应用范围4.1.3PLC的分类与主要产品（1）按结构形式分类：整体式和模块式。1.PLC的分类整体式结构是将PLC的各部分电路包括电源、I/O接口电路、CPU、存储器等安装在一块或少数几块印刷电路板上，并封装在一个机壳内。其特点是结构紧凑、体积小、价格低，小型PLC多采用这种结构，如西门子S7-200、S7-1200系列PLC。4.1.3PLC的分类与主要产品（1）按结构形式分类1.PLC的分类模块式结构是将PLC的各基本组成部分做成独立的模块，然后通过插槽板以搭积木的方式安装在固定的机架或导轨上，构成一个完整的PLC应用系统。其特点是配置灵活、装配维护方便，大、中型PLC多采用这种结构，如西门子S7-300、S7-400、S7-1500系列PLC。4.1.3PLC的分类与主要产品（1）按I/O点数和程序容量分类1.PLC的分类分

类I/O点

数程

序

容

量超小型机64点以内256～1000字节小型机64～128点l～3.6K字节中型机128～2048点3.6～13K字节大型机2048点以上13K字节以上4.1.3PLC的分类与主要产品2.PLC的主要产品国外品牌：美国PLC：

A-B公司、通用电气（GE）公司、莫迪康（MODICON）公司、德州仪器（TI）公司、西屋电气公司等。欧洲PLC：德国的西门子（SIEMENS）公司、AEG公司，法国的TE公司等。日本PLC：三菱、欧姆龙、松下、富士、日立、东芝等。国内品牌：我国自主品牌的PLC生产厂家有近30余家。例如和利时、深圳汇川和无锡信捷等公司。4.2PLC的基本结构及工作原理4.2.1PLC的基本结构典型的计算机结构1.CPU4.2.1PLC的基本结构（1）诊断电源、PLC内部电路的故障及用户程序中的语法错误。（2）采集现场的状态或数据，并送入PLC的存储器中存储起来。（3）按存放的先后顺序逐条读取用户指令，进行编译解释后，按指令规定的任务完成各种运算和操作，将处理结果送至输出端。（4）响应各种外围设备（如编程器、打印机等）的工作请求。主要功能PLC的运算和控制中心2.存储器4.2.1PLC的基本结构根据存储器在系统中的作用，分为以下三类：（1）程序存储器程序存储器由ROM或EPROM组成，其程序是厂家根据选用的CPU的指令系统编写的，是只读存储器，用户不能更改其内容。（2）数据表寄存器数据表寄存器包括元件映象表和数据表。在PLC断电时能保持数据的存储器区称为数据保持区。（3）高速暂存存储器它用来存放某些运算得到的临时结果和一些统计资料（如使用了多少存储器），也用来存放诊断的标志位。3.I/O接口模块4.2.1PLC的基本结构I/O接口是PLC与外围设备传递信息的窗口。输入接口电路：将各种主令电器、检测元件输出的开关量或模拟量，通过滤波、光电隔离、电平转换等处理转换成CPU能接收和处理的信号。输出接口电路：将CPU送出的弱电控制信号通过光电隔离、功率放大等处理转换成现场需要的强电信号输出，以驱动被控设备。PLC对I/O接口的要求主要有两点：一是要有较强的抗干扰能力，二是能够满足现场各种信号的匹配要求。3.I/O接口模块4.2.1PLC的基本结构（1）输入接口电路将现场输入设备的控制信号转换成CPU能够处理的标准数字信号。3.I/O接口模块（2）输出接口电路继电器输出型有触点输出方式，响应速度慢，但驱动能力强，一般为2A，用于接通或断开低速、大功率的交、直流负载。晶体管输出型无触点输出方式，开关速度快；但驱动能力较小。西门子S7-1200的输出电流是0.5A。用于接通或断开高速、小功率的直流负载。4.电源与编程工具4.2.1PLC的基本结构（1）电源PLC电源是指将外部的交流电经过整流、滤波、稳压转换成满足PLC中CPU、存储器、输入、输出接口等内部电路工作所需要的直流电源或电源模块。（2）编程工具编程工具是安装PLC专用工具软件的计算机。用户利用编程工具不但可以输入、检查、修改和调试用户程序，还可以监视PLC的工作状态、修改内部系统寄存器的设置参数以及显示错误代码等。4.2.2PLC的工作原理1.循环扫描工作方式4.2.2PLC的工作原理1.循环扫描工作方式（1）输入采样阶段CPU扫描所有的输入端口，读取其状态并写入过程映像输入区。完成输入端采样后，关闭输入端口，转入程序执行阶段。（2）程序执行阶段在程序执行阶段，根据用户输入的程序，从第一条开始逐条执行，并将相应的逻辑运算结果存入对应的内部辅助寄存器和过程映像输出区。（3）输出刷新阶段在所有指令执行完毕后，将过程映像输出区中的内容依次送到输出锁存电路，通过一定方式输出，驱动外部负载。4.2.2PLC的工作原理2.

PLC的工作过程软继电器：本质为存储器，内部存1或0；又具有继电器功能。内部存1等效为线圈得电，触点动作。内部存0等效为线圈断电，触点复位。100104.2.2PLC的工作原理2.

PLC的工作过程4.3PLC的技术性能和编程语言4.3.1PLC的技术性能1.输入/输出点数（即I/O点数）输入/输出点数是指PLC外部的输入、输出端子数。2.内存容量一般以PLC所能存放用户程序的多少来衡量。3.扫描速度一般用执行1000步指令所需时间作为衡量PLC速度快慢的一项指标，单位为“ms/k”。4.指令条数

5.内部继电器和寄存器内部继电器、寄存器的配置情况是衡量PLC硬件功能的一个主要指标。6.编程语言及编程手段

7.高级模块PLC除了主控模块外还可以配接各种高级模块。主控模块实现基本控制功能，高级模块则可实现某种特殊功能。4.3.1PLC的技术性能4.3.2PLC的编程语言1.梯形图语言（LAD）梯形图语言是PLC程序设计中最常用的编程语言，是类似于继电器接触器控制系统的一种编程语言。（a）继电器控制电路图

（b）PLC梯形图2.语句表（STL）Network1LDI0.0OQ0.0ANI0.1=Q0.0Network2LDI0.2=Q0.1语句表语言类似于计算机汇编语言，它用一些简洁易记的文字符号描述PLC的各种指令。西门子S7-1200PLC不支持语句表，S7-200/300/400/1500PLC支持语句表。3.功能块图编辑器（FBD）这是一种类似于数字逻辑门电路的编程语言，有数字电路基础的人很容易掌握。西门子自动化全系列PLC均支持功能块图。4.顺序功能图（SFC）

顺序功能图是一种位于其它编程语言之上的图形语言，用来编制顺序控制程序。顺序功能图由步、转换和动作三要素组成。S7-1200PLC不支持顺序功能图，但S7-300/400/1500PLC支持顺序功能图。5.结构化文本（ST）结构化文本是用结构化的描述文本来描述程序的一种编程语言。它是类似于高级语言的一种编程语言。在大中型的PLC系统中，结构化文本语言常用于描述控制系统中各个变量的关系。结构化文本语言适用于复杂的公式计算、最优化算法或管理大量的数据等。ST在TIA博途软件中称为S7-SCL，S7-300/400/1200/1500Plc均支持。4.4S7-1200PLC简介4.4.1西门子PLC简介德国的西门子（SIEMENS）公司是欧洲最大的电子和电器设备制造商，生产的SIMATIC可编程控制器在欧洲处于领先地位。其第一代可编程控制器是1975年投放市场的S3系列的控制系统；1979年微处理技术被应用到可编程控制器中，产生了S5系列；之后在20世纪末又推出了S7系列产品。最新的SIMATIC产品为S7、M7、C7等几大系列。4.4.1西门子PLC简介S7-400大型S7-300中型S7-200小型S7（1）集成了PROFINET接口集成的PROFINET接口用于编程、HMI通信和PLC间的通信。此外，它还通过开放的以太网协议支持与第三方设备的通信。（2）集成了工艺功能①高速输入。用于计数和测量。②高速输出。用于步进电机或伺服驱动器的速度和位置控制。③PID控制。用于简单的闭环过程控制。4.4.2S7-1200PLC的性能特点（3）信号板可在不增加CPU模块占用空间的前提下扩展CPU的控制能力。（4）存储器为用户指令和数据提供高达150KB的共用工作内存。（5）智能设备通过简单的组态，S7-1200控制器通过对I/O映射区的读写操作，实现主从架构的分布式I/O应用。（6）通信S7-1200PLC提供各种各样的通信选项以满足网络通信要求。4.4.2S7-1200PLC的性能特点4.5S7-1200PLC的硬件4.5.1S7-1200CPU模块及接线CPU类型电源电压DI输入电压DO输出类型DO输出

电压DO输出电流AC/DC/RLYAC120~240VDC24V继电器输出DC5~30VAC5~250V2ADC/DC/RLYDC24VDC24V继电器输出DC5

30VAC5

250V2ADC/DC/DCDC24VDC24V晶体管输出DC24V0.5ACPU的三种版本：电源接口存储卡插槽接线连接器板载I/O的状态LED集成以太网口（PROFINET连接器）CPU运行状态LED4.5.1S7-1200CPU模块及接线1.CPU模块的外部介绍2.CPU模块的技术规范S7-1200CPU有三种操作模式：

在STOP模式下，CPU不执行用户程序，但用户可下载项目程序。

在STARTUP模式下，CPU执行一次启动OB（如果存在）。在启动模式下，CPU不会处理中断事件。

在RUN模式下，程序循环OB重复执行。在程序循环阶段的任何时刻都可能发生和处理中断事件。S7-1200CPU没有用于更改操作模式（STOP或RUN）的物理开关，在设备配置中组态CPU时，应在CPU属性中组态启动模式。3.CPU的工作模式4.CPU模块的接线CPU1212CAC/DC/RLY4.CPU模块的接线CPU1212CDC/DC/DC4.5.2S7-1200CPU的扩展模块一个简单的PLC控制系统由一个CPU就可完成控制，而一个复杂的控制系统，单单一个CPU无法完成控制，需要增加各种各样的扩展模块。S7-1200CPU的扩展模块分为信号模块、通信模块和信号板，扩展时信号模块扩展在CPU的右侧，通信模块扩展在CPU的左侧，信号板扩展在CPU的正上方。1.信号模块信号模块的I/O的状态LED总线连接器可拆卸用户接线连接器输入、输出扩展模块统称为信号模块。信号模块安装在DIN标准导轨上，通过总线连接器连接到CPU的右侧。信号模块主要分为：数字量模块模拟量模块数字量信号模块接口类型数字量输入SM1221DI8×24VDCDI16×24VDC数字量输出SM1222DQ8×RLY，DQ16×RLYDQ8×24VDC，

DQ16×24VDC数字量输入/输出SM1223DI8×24VDC，DQ8×RLYDI16×24VDC，DQ16×RLYDI8×24VDC，DQ8×24VDCDI16×24VDC，DQ16×24VDC（1）数字量信号模块（1）数字量信号模块

SM1221DI8×24VDC的接线图

SM1222DI8×RLY的接线图

（2）模拟量信号模块模拟量信号模块接口类型模拟量输入SM1231AI4×13位AI8×13位AI4×16位模拟量输出SM1232AQ2×14位AQ4×14位模拟量输入输出SM1234AI4×13位，AQ2×14位（2）模拟量信号模块SM1231AI4×13位的接线图SM1232AQ2×14位的接线图2.通信模块S7-1200系列CPU本身只集成有Profinet接口，通信模块将扩展CPU的通信接口。S7-1200PLC的CPU最多可以添加三个通信模块，其中CM通信模块可使CPU支持RS232/RS485、支持PtP通信、MODBUS通信、USS通信以及AS-i通信，而通信处理器CP模块可提供其他类型的通信功能，如GPRS通信通信模块安装在CPU模块的左侧。2.通信模块通信模块通信方式CM1241RS485RS232CSM1277紧凑型交换机模块CM1243-5ProfibusDP主站通信模块CM1242-5ProfibusDP从站通信模块CP1242-7GPRS模块3.信号板S7-1200PLC的CPU上可安装信号板。信号板的设计是S7-1200PLC的一个亮点，信号板使用嵌入式的安装方式，安装后并不会占用安装空间。在需要增加少量I/O点的情况下，可选择扩展信号板从而提高控制系统的性价比。3.信号板信号板技术规范数字量输入SB12214DI，DC5V4DI，DC24V数字量输出SB12224DQ，DC5V4DQ，DC24V数字量输入输出SB12232DI，DC5V，2DQ，DC5V2DI，DC24V，2DQ，DC24V模拟量输入SB1231AI1AI模拟量输出SB1232AQ1AQ热电阻输入SB12311AIRTD，PT100和PT1000热电偶输入SB12311AI，热电偶类型J或K电池板BB1297电池板，用于系统时钟长期保持（不带CR1025电池）3.信号板4.CPU的扩展能力计算CPU在使用的过程中，有时根据项目的复杂程度，需要扩展相应的模块，扩展能力由CPU的本身扩展能力和CPU所提供的SM或CM的总线电源电流的能力决定。S7-1200的每一款CPU都支持在左侧最多扩展3个CM/CP通信模块，在CPU的正上方扩展1个SB通信信号板，但对于SM信号模块的扩展，不同信号的CPU扩展功能不一样。对于CPU1211C不支持扩展，CPU1212C支持最多2个信号模块扩展，CPU1214C、1215C以及1217C可支持最多8个信号模块的扩展。例：型号为CPU1214C的CPU，扩展了3个CM1241的通信模块，3个SM1221DI16的数字量输入模块、2个SM1222DQ16（晶体管型输出）的数字量输出模块、2个SM1231AI8的模拟量输入模块和1个SM1232AQ4的模拟量输出模块，判断该配置是否可行？4.CPU的扩展能力计算名称订货号提供或消耗SM和CM总线电流CPU1214C6ES7214-1AG40-XB1600mA3×CM12416ES7241-1CH32-0XB3×240mA3×SM1221DI166ES7221-1BH32-0XB3×130mA2×SM1222DQ166ES7222-1BH32-0XB2×140mA2×SM1231AI86ES7231-4HF32-0XB2×90mASM1232AQ46ES7232-4HD32-0XB80mA结果1600mA-3×240-3×130mA-2×140m-2×90mA-80mA＞0通过计算，CPU1214C可以扩展这些模块。4.6S7-1200PLC的存储区及数据类型4.6.1位、字节、字、双字PLC存储器中的每个存储单元都有一个唯一的地址，用户程序利用这些地址访问存储单元中的信息。在访问时主要寻址格式有：按位寻址、按字节寻址、按字寻址、按双字寻址。4.6.1位、字节、字、双字数据在存储器中的存取方式：位（bit）字节(Byte)1B=8bit字(Word)1W=2B=16bit双字(DoubleWord)1D=2W=4B=32bit1.按位寻址2.按字节/字/双字寻址3.位/字节/字/双字寻址时之间的关系4.6.2S7-1200PLC的数据类型数据类型用来描述数据的长度和属性，即指定数据元素的大小及如何解释数据。同样大小的存储空间，如果定义的数据类型的不一样，所表示的数据大小也不一样。例如一个字的存储空间，当数据类型为UINT时，表示的数据范围为0到65535；当数据类型为INT时，则表示的数据范围为-32768到32767。在使用指令、函数、函数块时，需要按照操作数的要求选用指定的数据类型的变量。S7-1200PLC所支持的数据类型分为：基本数据类型复杂数据类型其它数据类型1.基本数据类型名称数据类型位数举例位及位系列位Bool1TRUE、FALSE或1、0字节Byte816#12，16#AB字Word1616#1234，16#ABCD双字DWord3216#1234ABCD字符字符Char8‘A’，‘f’整型数据有符号短整数SInt8100，-100整数Int161000，-1000双整数DInt32100000，-100000无符号短整数USint8123无符号整数UInt161234无符号双整数UDInt32123456浮点数（实数）浮点数Real32123.456双精度浮点数LReal6412345.123456789时间和日期定时器Time32T#50m_30s，T#1h日期Date16D#2020-01-28日时间Time_Of_Day32TOD#10:20:30.4002.复杂数据类型复杂数据类型是由基本数据类型组成，主要是以字节为单位进行存储，每一个复杂的数据类型都是由多个字节构成。S7-200CPU支持的复杂数据类型有：字符串、长格式日期和时间、结构体、数组及PLC数据类型。2.复杂数据类型数据类型大小范围示例长格式日期和时间DTL12字节DTL#1970-01-01-00:00:00.0~DTL#2262-04-11-23:47:16.854DTL#2020-01-29-16:30:00.400字符串Stringn+2字节n=(0~254字节)“ABCD”宽字符串WStringn+2字n=(0~65534字)“abc123@.com”2.复杂数据类型数组Array是由相同数据类型的多个元素组成。结构体Struct是由不同数据类型组成的复合型数据，通常用来定义一组相关数据。PLC数据类型，又称为UDT数据类型，是一种由多个不同数据类型元素组成的数据结构，元素可以是基本数据类型，也可是STRUCT、数组等复杂数据类型以及其他PLC数据类型。4.6.3S7-1200PLC的常用存储区存储器用于存储用户程序的操作数据。S7-1200的存储器分为不同的地址区，包括过程映像输入区（I）、过程映像输出区（Q）、位存储器（M）、临时存储器（L）以及数据块（DB）。用户程序可对这些存储区中所存储的数据进行读写访问。（1）过程映像输入区（I）过程映像输入区I是CPU用于接收外部输入信号的区域。在每个扫描周期的开始，CPU对输入模块进行采样，并将采样值写入过程映像输入区中。程序执行时从该过程映像输入区中读取对应的状态进行运算。过程映像输入区可以按位、字节、字和双字来访问，例如I0.0、IB0。（2）过程映像输出区（Q）过程映像输出区的标识符为Q。程序执行的运算结果并不会直接写入到物理输出端子上，而是存入过程映像输出区。在每一个扫描周期结束时，CPU才将过程映像输出区的内容复制到物理输出端，从而驱动外部负载动作。过程映像输出区可以按位、字节、字和双字来访问，例如Q0.0、QB0。（3）位存储器（M）位存储器M常用来存储运算时的中间操作状态或其他控制信息，相当于传统继电器控制电路中的中间继电器。位存储器不能直接驱动负载。CPU1212C的位存储器为4096KB，它可以按位、字节、字或双字来存取，例如M2.7、MB10、MW10和MD10。（4）临时存储器（L）临时存储器用于存储在处理代码块时使用的临时数据。CPU按照“按需访问”的策略分配临时存储器。代码块启动时，CPU将临时存储器区分配给代码块；代码块执行结束后，CPU将重新分配临时存储器，用于执行其它代码块。临时存储器是局部的，只能在生成它的代码块内使用，不能与其他代码块共享。（5）数据块（DB）数据块（DataBlock）简称DB，用于存储各代码块使用的各种类型的数据，包括中间操作状态、FB的其他控制信息参数，以及某些指令（如定时器、计数器）需要的数据结构。S7-1200CPU中新建的DB块默认采用优化块的访问方式。数据块可以按位、字节、字、双字的方式进行访问，在访问数据块中的数据时，应指明数据块的名称。例如访问DB1中的第0个字节的第0个位，则地址表示为DB1.DBX0.0；若需要访问DB1中的第0个字节，则表示为DB1.DBB0。第5章TIA博途软件及使用5.1TIA博途软件概述5.2TIA博途软件的界面5.3简单项目的建立与运行5.4变量表、监控表、强制表5.1TIA博途软件概述5.1.1TIA博途软件简介西门子公司全新推出的TIA博途（TotallyIntegratedAutomationPortal）软件，是业内首个采用统一工程组态和软件项目环境的自动化软件。它将所有的自动化软件工具都统一到同一开发环境中，可组态几乎所有的西门子可编程序控制器、人机界面和驱动装置，并在三者之间建立通信时的共享任务，可大大降低连接和组态成本。5.1TIA博途软件概述5.1.2TIA博途软件构成5.2TIA博途软件的界面5.2.1Portal视图Portal视图是面向任务的视图。任务选项所选任务选项对应的操作操作选择面板切换到项目视图当前打开的项目的显示区域5.2TIA博途软件的界面5.2.2项目视图项目视图是项目所有组件的结构化视图，可以访问项目各组件以及相关工作区和编辑器。标题栏菜单栏工具栏项目树5.2TIA博途软件的界面5.2.2项目视图工作区任务卡详细视图巡视窗口：有“属性”、“信息”和“诊断”选项卡。切换到Portal视图编辑器栏5.2TIA博途软件的界面5.2.3项目树使用项目视图中的项目树功能，可以访问所有项目和数据，包括添加项目设备，编辑已有的项目，打开处理项目的编辑器。项目树有项目、设备、文件夹和对象4个层次。5.2TIA博途软件的界面5.2.3项目树（1）标题栏：有自动和手动折叠项目树按钮。（2）工具栏：用“创建新组”按钮，创建新的用户文件夹；用“最大/最小概览视图”按钮，在工作区中显示所选对象的总览。（3）项目：可以找到与项目相关的所有对象和操作。（4）设备：项目中的每个设备都有一个单独的文件夹。5.2TIA博途软件的界面5.2.3项目树（5）公共数据：包含可跨多个设备使用的数据。（6）文档设置：可指定要在以后打印的项目文档的布局。（7）语言和资源：确定项目语言和文本。（8）在线访问：包含了PG/PC的所有接口，查找可访问的设备。（9）读卡器/USB存储器：用于管理连接到PG/PC的所有读卡器和其他USB存储介质。5.3简单项目的建立与运行项目名称：电动机的起保停控制新建项目硬件组态编制程序下载项目程序监控5.3简单项目的建立与运行5.3.1新建项目

打开博图软件，选择创建新项目，点击“创建”。5.3.1新建项目第1步第2步5.3.2硬件组态硬件组态就是在设备与网络编辑器中，生成一个与实际硬件系统对应的虚拟系统。虚拟系统中PLC各模块的型号、订货号和版本，以及模块的安装位置，设备之间的通信连接都应与实际硬件系统完全相同，否则TIA博途软件可能会报错。5.3.2硬件组态步骤：选择“控制器”选择S7-1200CPU的型号选择CPU的订货号和版本设置设备名称单击“确定”，完成新设备添加。1.添加新设备5.3.2硬件组态2.CPU模块的参数设置第1步第2步第3步在“常规”选项卡中，可对CPU的各种参数进行配置，如I/O参数配置，以太网IP地址的配置，启动配置以及保护设置，系统时钟存储器的配置等。5.3.2硬件组态2.CPU模块的参数设置I/O参数设置5.3.2硬件组态2.CPU模块的参数设置I/O参数设置可根据应用的需要，对单一的数字量输入/输出通道进行参数配置。5.3.2硬件组态2.CPU模块的参数设置以太网地址设置5.3.2硬件组态2.CPU模块的参数设置系统和时钟存储器字节设置5.3.2硬件组态2.CPU模块的参数设置系统和时钟存储器字节设置系统存储器字节设置：勾选“启用系统存储器字节”复选框，以MB1为例，其中各位的含义如下：M1.0：首次循环M1.1：诊断图形已更改M1.2：始终为1M1.3：始终为05.3.2硬件组态2.CPU模块的参数设置系统和时钟存储器字节设置时钟存储器字节设置：勾选“启用时钟存储器字节”复选框，默认MB0