PLC(西门子)结课论文.doc

塔里木大学信息工程学院PLC(西门子)实用教程结课论文专 业： 计算机科学与技术14-1班 姓 名： 李 凯 迪 指导老师： 丛 申 学 号： 5011210116 PLC（西门子）结课论文目 录第一章 PLC简介和学习方法21.1 PLC简介21.1.1 PLC的发展历程21.1.2 PLC的构成31.1.3 CPU的构成31.1.4 I/O模块31.1.5 电源模块41.1.6 底板或机架41.1.7 PLC系统的其它设备41.1.8 PLC的通信联网41.2 PLC学习心得和方法51.2.1 学习的心得51.2.2 PLC学习方法5第二章 STEP7简介及安装62.1 STEP7 软件介绍62.2 STEP7使用技巧总结92.3 STEP7安装体验102.3.1安装环境102.3.2安装过程102.3.3备份过程112.3.4 HW和GSD文件的更新和安装过程11第三章 总 结123.1学习PLC（西门子）总述12第一章 PLC简介和学习方法1.1 PLC简介1.1.1 PLC的发展历程在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称Programmable Controller（PC）。个人计算机（简称PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC），现在，仍常常将PLC简称PC。PLC的定义有许多种。国际电工委员会（IEC）对PLC的定义是：可编程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贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，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设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为3040%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。1.1.2 PLC的构成从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。1.1.3 CPU的构成CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。在使用者看来，不必要详细分析CPU的内部电路，但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，IO数量及软件容量等，因此限制着控制规模。1.1.4 I/O模块PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。开关量是指只有开和关（或1和0）两种状态的信号，模拟量是指连续变化的量。常用的I/O分类如下：开关量：按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。除了上述通用IO外，还有特殊IO模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。1.1.5 电源模块PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源输入类型有：交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用的为24VAC）。1.1.6 底板或机架大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使CPU能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。1.1.7 PLC系统的其它设备1、编程设备：编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况，但它不直接参与现场控制运行。小编程器PLC一般有手持型编程器，目前一般由计算机（运行编程软件）充当编程器。2、人机界面：最简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏）式的一体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机（运行组态软件）充当人机界面非常普及。3、输入输出设备：用于永久性地存储用户数据，如EPROM、EEPROM写入器、条码阅读器，输入模拟量的电位器，打印机等。1.1.8 PLC的通信联网依靠先进的工业网络技术可以迅速有效地收集、传送生产和管理数据。因此，网络在自动化系统集成工程中的重要性越来越显著，甚至有人提出网络就是控制器的观点说法。PLC具有通信联网的功能，它使PLC与PLC 之间、PLC与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。多数PLC具有RS-232接口，还有一些内置有支持各自通信协议的接口。PLC的通信，还未实现互操作性，IEC规定了多种现场总线标准，PLC各厂家均有采用。对于一个自动化工程(特别是中大规模控制系统)来讲，选择网络非常重要的。首先，网络必须是开放的，以方便不同设备的集成及未来系统规模的扩展；其次，针对不同网络层次的传输性能要求，选择网络的形式，这必须在较深入地了解该网络标准的协议、机制的前提下进行；再次，综合考虑系统成本、设备兼容性、现场环境适用性等具体问题，确定不同层次所使用的网络标准。1.2 PLC学习心得和方法1.2.1 学习的心得有的初学者在理论上花了很多功夫，结果半年下来还是没有把PLC搞懂，其实他们只是缺少了一些PLC的实践经验，只要再进行一些实际的梯形图编写、程序下载、调试等操作，增加对PLC的感性认识，很快就可以掌握PLC这项技术了。开始阶段可以先学习一种品牌的PLC，因为所有的PLC原理都是差不多的，掌握了一种PLC其它的只要翻阅一下手册也就能上手使用了。初学时可以编一些简单的梯形图，如触点的与、或、输出等，在PLC的机器里运行一下。成功了就会增加你学习的兴趣、和信心。然后再把PLC的主要功能逐个运用一次，比如高速计数器，你可以用PLC本身的脉冲输出端接到高速计数器的输入端，下载编好的梯形图，打开变量观察窗口，运行程序，观察计数的值是否正确。经过了这样的实践，你基本上知道PLC到底能做哪些事情了，在实际的工控应用中就能做到胸有成竹了。1.2.2 PLC学习方法1有条件的最好去买台PLC用来实践；2PLC技术是一门实践性非常强的技术，如果你想学好，那么你就必须去实践它。编程就像是一位习武之人，如果只是整天坐在家中看拳谱，不出门练武的话，那么就是一本再厉害的武林秘笈，再长的时间他的功力也不会提高。学习PLC也是同样的道理，光看书是没有用的，一本PLC书您就是看了十遍以后您还是不会用，学过编程(不管什么语言)的都知道。3在学习PLC书本知识的过程中，肯定会对许多指令不是很了解，如果您没有一一解决的话，那么这将是您学习PLC的最大障碍。因此进行实际应用，逐一攻破，这样，你的PLC知识不但会学得牢固，而且在学习的过程中你掌握了实际使用。4在学习PLC有了一定的基础之后，可以自己独立编写一段自己设计的程序，然后传送到PLC中去运行程序。再经过不断的修改，调试，最后运行成功，这样你的兴趣会大增，达到满意的效果。关于这些学习方法的总结我还要多感谢我的恩师丛老师他总是认真耐心的为我们讲解把最简单实用的技巧告诉我们并为我们提供了一个很好的实践平台。第二章 STEP7简介及安装2.1 STEP7 软件介绍STEP7 编程软件是一个用于SIMATIC 可编程逻辑控制器的组态和编程的标准软件包。STEP7 标准软件包中提供一系列的应用工具，如：SIMATIC 管理器、符号编辑器、硬件诊断、编程语言、硬件组态、网络组态等。STEP7 编程软件可以对硬件和网络实现组态，具有简单、直观、便于修改等特点。该软件提供了在线和离线编程的功能，可以对PLC 在线上载或下载。利用STEP7 可以方便地创建一个自动化解决方案。创建一个自动化项目的基本步骤如下图所示 创建一个自动化项目的基本步骤项目可用来存储为自动化任务解决方案而生成的数据和程序。这些数据包括：硬件结构的组态数据及模板参数；网络通讯的组态数据以及为可编程模板编制的程序，它们都被收集在一个项目下。在生成一个项目后，先插入站，然后可以组态硬件。在组态硬件时，可以借助于模板样本对可编程控制器中的CPU 及各模板进行定义，通过双击站来启动硬件组态的应用程序。一旦存储并退出硬件组态，对于在组态中生成的每一个可编程模板，都会自动生成S7/M7 程序及空的连接表。连接表可用来定义网络中可编程模板之间的通讯连接。硬件组态完成后就可为编程模板生成软件。为可编程模板编制的软件存储在对象文件夹中。对该对象文件夹称作“S7-Program”。在子菜单中，可以选择想要生成的块的类型(如：数据块，用户定义的数据类型，功能，功能块，组织块或变量表)。打一个空的块，然后用语句表，梯形图或功能图输入程序。在完成组态，参数赋值，程序创建和建立在线连接后，可以下载整个用户程序或个别块到一个可编程序控制器。在下载完整的或部分用户程序到CPU 之前，把工作方式从RUN 模式置到STOP 模式。可以通过在线连接下载各个块或整个用户程序到RAM。当电源关断后和CPU 复位时，保存在他们上面的数据将被保留。另外，可以从可编程控制器中上载一个工作站，或从一个S7 CPU 中上载块到PG/PC。这样，当出现故障而不能访问到程序文档的符号或注释时，就可以在PG/PC 中编辑它。用于S7-300 的编程语言有：梯形图(LAD)，语句表(STL)和功能块图(FBD)。LAD 是STEP7 编程语言的图形表达方式。它的指令语法与一个继电器梯形逻辑图相似：当电信号通过各个触点复合元件以及输出线圈时，梯形图可以让你追踪电信号在电源示意线之间的流动。STL 是STEP7 编程语言的文本表达方式，与机器码相似，CPU 执行程序时按每一条指令一步一步地执行。FBD 是STEP7 编程语言的图形表达方式，使用与布尔代数相类似的逻辑框来表达逻辑。STEP7 编程软件允许结构化用户程序，可以将程序分解为单个的自成体系的程序部分。从而使大规模的程序更容易理解，可以对单个的程序部分进行标准化。程序组织简化，修改更容易。系统的调试也容易了许多。在S7 用户程序中可以使用如下几种不同类型的块：组织块(OB)是操作系统和用户程序的接口。它们由操作系统调用，并控制循环和中断驱动程序的执行，以及可编程控制器如何启动。它们还处理对错误的响应。组织块决定各个程序部分执行的顺序。用于循环程序处理的组织块OB1 的优先级最高。操作系统循环调用OB1 并用这个调用启动用户程序的循环执行。功能(FC)属于用户自己编程的块。功能是“无存储区”的逻辑块。FC 的临时变量存储在局域数据堆栈中，当FC 执行结束后，这些数据就丢失了。功能块(FB)属于用户自己编程的块。功能块是具有“存储功能”的块。用数据块作为功能块的存储器(背景数据块)。传递给FB 的参数和静态变量存在背景数据块中。背景数据块(背景DB)在每次功能块调用时都要分配一块给这次调用，用于传递参数。系统功能块(SFB)和系统功能(SFC)是STEP7为用户提供的己编程好的程序的块，经过测试集成在CPU 中的功能程序库。SFB 作为操作系统的一部分并不占用程序空间，是具有存储能力的块，它需要一个背景数据块，并须将此块作为程序的一部分安装到CPU 中。STEP7 的调用结构如下图所示STEP7的调用结构图2.2 STEP7使用技巧总结1.CPU的地址设置，一般从3开始，不要使用1，这些都是系统的缺省值，不建议使用。2.选择CP443-5，属性，DP-MASTER，选择DP-V1，因为它的处理能力比DP-V0好些。3.点击IO模块属性，可以看到其所支持的信号类型，我们可以改变它的测量的信号类型和范围。供电频率一般都是50HZ（固定的），我们不做改动。两个通道为一组，两线制与四线制不要放在一起。模拟量地址一般从512开始。打开AO卡片属性，可以设定一类值，此值将作为CPU断掉后的输出结果，即：CPU停掉后将产生的结果，有三种选择，一是输出无电压和电流，二是保持原值，三是选择替代值。4.保存修改后，都可以点击consistency check，看下有没有错误。5.从option中下拉选择PG/PC Interface,设置接口。6.STEP7 编程，FBD，LAD可以转换成STL，但是STL不一定能转换成FBD和LAD。因为其语句的严格要求。不过STL的编程的好处是可以看出执行语句的先后。7.语句是用户程序最小单元，由指令与地址组成。动作1动作0常开触点不动作0常闭触点不动作1Memory Function, Bit Memories,中间变量针对复杂操作，“M”指具有储存功能的标志位。RLO指逻辑操作结果8.十进制系统，十六进制，二进制，及数据类型。9.S7-300有两个累加器，S7-400有四个累加器。10.扫描时间包括PII，用户程序，PIQ，操作系统，这些统称为循环扫描时间。最小的响应时间是一个循环。最大的响应时间是两个循环。PLC不能识别非常快的信号改变，所以输入信号应持续至少一个循环以保证能够识别。11.块的类型与功能组织块OB、功能块FB（必须带一块数据块）、功能FC、数据块DB组织块是操作系统和用户程序之间的接口。整个程序可以保存到循环处理的OB1里。（线性编程）功能的调用，它提供在用户程序中传递参数的功能。DB：有全数据块（整个程序有效），结构化的数据储藏（即时数模块）OB1：线性化编程，模块化编程，结构化编程STL编程，“或”在“与”的前面时，要加“（”“）”。12.绝对地址与符号地址是一一对应的关系。13.设定触发点；功能块都能插入VAT，改变输入输出，属性Trigger硬件组态IO模块Monitor Modify Trigger没有读写该对象时，可以关闭其的强制输出。14.遇故障的解决办法；先保存故障信心，然后恢复15.Totally Integrated Automation-TIA16.在NETPRO里面，增加连接的选项里，勾上NO ACTIVE就可以实现双向通讯连接。16.在进行项目归档时，最好是关掉项目后再归档。17.如果是在线修改程序，那么修改后，记得把程序拷回来。18.激活电池办法：瞬间短路，时间小于2秒。2.3 STEP7安装体验网上有很多STEP7安装的问题和经验介绍，自己第一次安装所以很担心，安装的过程中果然遇到了许多问题多亏了丛老师的耐心指导才能顺利完成，下面是我的安装体会有什么问题还希望和大家一起探讨。2.3.1安装环境1. 系统：WINDOWS XP SP2 PROFESSIONAL，别用家庭版安装，那样不会成功，而且系统最好是很干净的系统，没有安装什么工具软件。本人安装时就换过很多系统，最后是在一干净系统中安装成功。2. PC配置：现在的主流配置一般都够了。我安装时内存才256M，慢是慢了点，但也可以用。3.安装软件：STEP7 V5.3 SP2中文版，PLCSIM，WinCCflexible2005。安装时要按照这样的顺序来。2.3.2安装过程1.安装STEP7 V5.3 SP2中文版：双击安装程序，然后就按照提示一步一步来，最好是装在C盘（方便ghost），且路径是英文的。2.安装Automation License Management：这一步在安装STEP7时有提示，我一般是把STEP7装完了再装License。3.安装PLCSIM：和安装License差不多。安装一次STEP7不容易，安装成功后最好做一个备份，将已安装好的系统做个ghost文4.安装WinCCflexible2005：安装软件分CD1和CD2，复制到硬盘中，双击CD1中的安装程序，按照提示的一步一步来，最好是装在C盘（方便ghost），且路径是英文的。2.3.3备份过程安装一次STEP7不容易，安装成功后最好做一个备份，将已安装好的系统做个ghost文件，方便以后出问题重装时不用再将上面的过程走一遍，节约了很多时间。2.3.4 HW和GSD文件的更新和安装过程已经安装的STEP7配置库中可能是比较老的配置，与你手头上的PLC订货号不一样，需要从网上下载最新的HW文件安装，然后才能在配置库中找到你需要的配置。如果你要使用扩展模块如EM277，你可能从配置库中找不到，需要去西门子网站下载相应的GSD文件安装，然后才能在配置库中找到你需要的配置。 1.HW更新安装：打开SIMATIC Manager，建立新文件，插入新对象，选中新对象，双击硬件图标，进入HW Config窗口，在选项下拉菜单中选择“安装HW更新”，然后按照提示一步一步来，可以选择全部安装，也可以有选择的安装。2.GSD更新安装：在西门子网站/CN的产品支持中找GSD文件的下载项目，选择需要的GSD文件，下载到电脑中某个英文路径下，打开SIMATIC Manager，进入HW Config窗口，在选项下拉菜单中选择“安装GSD文件”，然后按照提示一步一步来。上面的过程完成后，也就可以了。其实很多事情都是听到别人说难自己也觉得难，很多自己不会的东西是自己没有接触才不会，再详细的说明也会让不同的人有不同的理解，所以，想要学会什么东西理论和实践相结合是十分重要的，也因此我们老师给了我们一个实践的平台这大大提高了我们的实践能力为此我们想致以 丛老师最真挚的谢意。第三章 总 结3.1学习PLC（西门子）总述PLC好学吗？有的人说好学，更多的人说难学。我的看法是入门易，深造难。入门易，总有它易的方法。很多人都买了有关PLC的书，如果从头看起的话，我想这并不是学习PLC的有效方法。因为抽象与空洞占据了整个脑子，一句话让你好比是丈二的和尚摸不着头脑。倒是我觉得自己很是幸运因为我是初次学习PLC这门课程，第一开始也是看书可是却看不懂但是我们的指导老师带我们进入了理论和实践相结合的世界这让我很快入了门，要实践我们遇到的第一个问题就是软件安装问题，我们遇到的困难重