S7200原理及应用-廖常初课件.ppt

S7 200PLC编程及应用 重庆大学廖常初 第1章PLC的硬件与工作原理 1 1概述 1 CPU模块CPU模块主要由CPU芯片和存储器组成 PLC的程序分为操作系统和用户程序 RAM 随机存取存储器 的工作速度高 价格便宜 改写方便 断电后储存的信息丢失 ROM 只读存储器 只能读出 不能写入 断电后储存的信息不会丢失 EEPROM 可以电擦除可编程的只读存储器 的数据可以读出和改写 断电后信息不会丢失 写入数据的时间比RAM长 S7 200用EEPROM来存储用户程序和需要长期保存的重要数据 2 I O模块I O模块是输入 Input 模块和输出 Output 模块的简称 输入模块用来采集输入信号 输出模块用来控制外部的负载和执行器 I O模块还有电平转换与隔离的作用 3 编程软件STEP7 Micro WIN用来生成和编辑用户程序 和监控用户程序的运行 4 电源PLC使用AC220V电源或DC24V电源 小型PLC可以为输入电路和外部的电子传感器提供DC24V电源 1 2S7 200系列PLCS7 200 S7 1200和S7 200SMART是西门子的小型PLC S7 300 S7 400和S7 1500是模块式大中型PLC WinAC是在PC上实现PLC功能的 软PLC 1 2 1S7 200的特点1 功能强 有高速计数 高速输出 PID参数自整定 位置控制 称重 配方 数据记录等功能 2 先进的程序结构3 灵活方便的存储器结构 大多数存储区可以按位 bit 字节 字和双字读写 4 功能强大 使用方便的编程软件5 简化复杂编程任务的向导功能6 强大的通信功能7 品种丰富的配套人机界面 Smart700IE的价格便宜8 有竞争力的价格9 完善的网上技术支持 1 2 2CPU模块有CPU221 222 224 224XP 224XPsi 226 最多扩展7个扩展模块 256点数字量I O或45路模拟量I O 最多24KB程序存储空间和10KB用户数据存储空间 CPU221无扩展功能 256点定时器 256点计数器 集成6个有13种工作模式的高速计数器 以及两点高速脉冲发生器 脉冲宽度调制器 1个或2个模拟电位器 1个或2个RS 485接口 有实时时钟 4点输入中断 2个1 255ms的定时中断 CPU224XP集成了2AI 1AO 2个RS 485通信口 高速输入200kHz 高速输出100kHz 可使用PPI MPI PROFIBUS Modbus USS S7通信协议 和自由端口通信方式 1 2 3数字量输入与数字量输出1 数字量输入电路图1 3中的1M是同一组输入点各内部输入电路的公共点 输入电流为数毫安 外接触点接通时 发光二极管亮 光敏三极管饱和导通 反之发光二极管熄灭 光敏三极管截止 信号经内部电路传送给CPU模块 漏型输入的输入电流流进输入模块 源型输入的输入电流从模块流出 2 数字量输出电路继电器输出电路可以驱动直流负载和交流负载 承受瞬时过电压和过电流的能力较强 动作速度慢 动作次数有限制 场效应管输出电路只能驱动直流负载 反应速度快 寿命长 过载能力稍差 CPU224XPsi具有MOSFET漏型输出 电流从输出端子流入 其他场效应晶体管型输出的CPU都是MOSFET源型输出 电流从输出端子流出 1 2 4扩展模块1 数字量扩展模块数字量I O 8DI 16DI 4DO 8DO模块 4 4 8 8 16 16 32 32点的DI DO模块 输入有DC24V和AC230V两种 输出有DC24V和继电器型两种 2 PLC对模拟量的处理模拟量输入模块将模拟量转换为数字量 模拟量输出模块将PLC中的数字量转换为模拟量电压或电流 有12位的4AI 8AI 2AO 4AO 4AI 1AO模块 见表1 5 15位4路 8路热电偶模块 2路 4路热电阻模块 3 模拟量输入模块用模块上的DIP开关设置量程 转换后的12位数据被尽可能地往高位移动 单极性全量程输入范围对应的数字量输出为0 32000 双极性全量程输入范围对应的数字量输出为 32000 32000 电压输入时输入阻抗 2M 电流输入时输入阻抗为250 5 模拟量输出模块满量程时电压输出和电流输出的分辨率分别为12位和11位 电压输出时负载阻抗最小5k 电流输出时负载阻抗最大500 4 将模拟量输入模块的输出值转换为实际的物理量 例1 2 量程为0 10MPa的压力变送器的输出信号为DC4 20mA 模拟量输入模块将0 20mA转换为0 32000的数字量 设转换后得到的数字为N 试求以kPa为单位的压力值 解 4 20mA的模拟量对应于数字量6400 32000 压力的计算公式为 1 3I O地址分配与外部接线1 I O地址分配I O模块分为数字量输入 数字量输出 模拟量输入和模拟量输出4类 分配给数字量I O模块的地址以字节为单位 扩展模块I O点的字节地址由I O的类型和模块在同类I O模块链中的位置来决定 某个模块的数字量I O点如果不是8的整倍数 最后一个字节中未用的位不会分配给I O链中的后续模块 模拟量扩展模块以2点 4字节 递增的方式来分配地址 1 4逻辑运算与PLC的工作原理1 4 1用触点和线圈实现逻辑运算用逻辑代数中的1和0来表示数字量控制系统中变量的两种相反的工作状态 线圈通电 常开触点接通 常闭触点断开为1状态 反之为0状态 在波形图中 用高 低电平分别表示1 0状态 与 或 非 逻辑运算的输入输出关系见表1 6 按下起动按钮SB1 电流经SB1的常开触点和SB2的常闭触点流过KM的线圈 KM的主触点闭合 电动机开始运行 KM的辅助常开触点同时接通 放开起动按钮 SB1的常开触点断开 电流经KM的辅助常开触点和SB2的常闭触点流过KM的线圈 KM常开触点的功能称为 自锁 或 自保持 图1 12中的继电器电路称为起动 保持 停止电路 简称为起保停电路 逻辑代数式表示为 逻辑代数式中的加号表示逻辑 或 乘号 或 号 表示逻辑 与 上划线表示逻辑 非 逻辑运算的规则为先 与 后 或 括号优先 先执行括号中的 或 运算 1 4 2PLC的工作原理1 PLC的操作模式RUN模式执行用户程序 RUN LED亮 STOP模式不执行用户程序 可以下载程序 模式开关在RUN位置时 上电后自动进入RUN模式 PC和PLC之间建立起通信连接后 若模式开关在RUN或TERM位置 可用编程软件中的命令改变CPU的操作模式 2 PLC的扫描工作方式初始化后PLC循环不停地分5个阶段处理各种任务 每次循环的时间称为扫描周期 1 读取输入外部输入电路接通时 对应的过程映像输入寄存器为ON 1状态 梯形图中对应的常开触点闭合 常闭触点断开 反之过程映像输入寄存器为OFF 0状态 2 执行用户程序如果没有跳转指令 CPU逐条顺序地执行用户程序 执行程序时 对输入 输出的读写通常是通过过程映像输入 输出寄存器 而不是实际的I O点 3 处理通信请求 4 CPU自诊断 5 改写输出梯形图中某一输出位的线圈 通电 对应的过程映像输出寄存器为1 对应的硬件继电器的常开触点闭合 外部负载工作 反之外部负载断电 可用中断程序和立即I O指令提高PLC的响应速度 LDI0 1OQ0 0ANI0 2 Q0 0 5 PLC的工作过程举例在读取输入阶段 SB1和SB2的常开触点的接通 断开状态被读入相应的过程映像输入寄存器 执行第一条指令时 从过程映像输入寄存器I0 1中取出二进制数 并存入堆栈的栈顶 执行第二条指令时 从过程映像输出寄存器Q0 0中取出二进制数 并与栈顶中的二进制数相 或 运算结果存入栈顶 执行第三条指令时 因为是常闭触点 取出过程映像输入寄存器I0 2中的二进制数后 将它取反 与前面的运算结果相 与 后 存入栈顶 执行第四条指令时 将栈顶中的二进制数传送到Q0 0的过程映像输出寄存器 在修改输出阶段 CPU将各过程映像输出寄存器中的二进制数传送给输出模块并锁存起来 如果Q0 0中存放的是二进制数1 外接的KM线圈将通电 反之将断电 1 5PLC控制系统的可靠性措施1 电源的抗干扰措施干扰较强时 可以在PLC的电源输入端加接带屏蔽层的隔离变压器和低通滤波器 或使用抗干扰电源和净化电源产品 2 布线的抗干扰措施长距离数字量信号 模拟量信号 高速信号 例如旋转编码器输出的信号 和通信应使用屏蔽电缆 PLC应远离强干扰源 在开关柜内PLC应远离动力线 不同类型的导线应分别装入不同的电缆管或电缆槽中 I O线与电源线应分开走线 交流信号与直流信号 数字量与模拟量I O线应分开敷设 一般情况下屏蔽电缆的屏蔽层应两端接金属机壳 应确保需要用通信电缆连接的所有设备共享一个共同的参考点 或者进行隔离 以防止不必要的电流造成通信故障或损坏设备 3 模拟量信号的处理数字量 模拟量I O线应分开敷设 后者应采用屏蔽线 交流信号与直流信号应分别使用不同的电缆 模拟量信号的传输线应使用双屏蔽的双绞线 每对双绞线和整个电缆都有屏蔽层 不同的模拟量信号线应独立走线 它们有各自的屏蔽层 不要把不同的模拟量信号置于同一个公共返回线 远程传送的模拟量信号应采用4 20mA的电流传输方式 干扰较强的环境应选用有光隔离的模拟量I O模块 应短接未使用的A D通道的输入端 以防止干扰信号进入PLC 4 PLC的接地1 安全保护地又叫做电磁兼容性地 车间里一般有保护接地网络 应将电动机的外壳和控制屏的金属屏体连接到安全保护地 CPU模块上的PE 保护接地 端子必须连接到大地或者柜体上 2 信号地 或称控制地 仪表地 是电子设备的电位参考点 例如PLC输入回路电源的负极应接到信号地 控制系统中所有的控制设备需要接信号地的端子应保证一点接地 如果将各控制屏或设备的信号地就近连接到当地的安全保护地网络上 烧电焊可能烧毁设备的通信接口或通信模块 5 防止变频器干扰的措施变频器已经成为PLC最常见的干扰源 变频器的输入 输出电流含有丰富的高次谐波 它通过电力线干扰其他设备 可以在变频器输入侧与输出侧串接电抗器 或安装谐波滤波器 见图1 15 以吸收谐波 抑制高频谐波电流 PLC的信号线和变频器的输出线应分别穿管敷设 变频器的输出线一定要使用屏蔽电缆或穿钢管敷设 变频器应使用专用接地线 且用粗短线接地 6 强烈干扰环境中的隔离措施强烈的干扰可能使PLC输入端的光耦合器中的发光二极管发光 使PLC产生误动作 可以用小型继电器来隔离用长线引入PLC的开关量信号 长距离的串行通信信号可以用光纤来传输和隔离 或使用带光耦合器的通信接口 7 PLC输出的可靠性措施负载要求的输出功率超过PLC的允许值或负载电压为DC220V时 应设置外部继电器 8 对感性负载的处理PLC内控制感性负载的触点或电子元件断开时 电路中会产生高于电源电压数倍甚至数十倍的反电势 对系统产生干扰 PLC的输出端接有感性元件时 直流电路可以在负载两端并联型号为IN4001的续流二极管 要求提高关断速度时 可以串接一个稳压管 交流电路应在负载两端并联阻容电路 要求较高时 可以在负载两端并联压敏电阻 填空题1 PLC主要由 和组成 2 继电器的线圈 断电 时 其常开触点 常闭触点 3 外部输入电路接通时 对应的过程映像寄输入存器为状态 梯形图中后者的常开触点 常闭触点 4 若梯形图中输出Q的线圈 断电 对应的过程映像输出寄存器为 状态 在修改输出阶段后 继电器型输出模块中对应的硬件继电器的线圈 其常开触点 外部负载 第2章编程软件与仿真软件使用指南 2 1编程软件概述2 1 1编程软件的安装与项目的组成1 编程软件的安装双击setup exe 开始安装 使用默认的安装语言English 单击选择目标位置窗口的 Browse 按钮 可以选择软件安装的目标文件夹 安装成功后 打开编程软件 执行菜单命令 Tools Options 单击左边窗口的 General 在 General 选项卡 选择Language为 Chinese 退出后再进入软件 界面变为中文的了 2 指令树与浏览条用右键菜单命令关闭浏览条 可调节指令树的宽度 3 程序编辑器上面是局部变量表 可移动分裂条的位置 用选项卡切换显示的程序 4 输出窗口提供编译的结果和错误信息 5 状态栏提供状态信息 例如光标的位置 切换插入 INS 模式和覆盖 OVR 模式 6 项目的组成 1 程序块由主程序 OB1 可选的子程序和中断程序组成 2 数据块用来对V存储器赋初值 3 系统块用来设置系统的参数 4 符号表用符号来代替存储器的地址 使程序更容易理解 5 状态表用来监视 修改和强制程序执行时指定的变量的状态 6 交叉引用表用于检查程序中地址的赋值情况 程序编译成功后才能看到交叉引用表的内容 2 1 2帮助功能的使用与S7 200的出错处理1 使用在线帮助单击选中的对象后按 F1 键 2 从菜单获得帮助1 执行菜单命令 帮助 目录和索引 打开帮助窗口 用目录浏览器寻找帮助主题 双击索引中的某一关键词 可以获得有关的帮助 2 执行菜单命令 帮助 这是什么 出现带问号的光标 用它单击某个对象 例如工具栏上的按钮 打开对应的帮助窗口 3 S7 200的致命错误用菜单命令 PLC 信息 查看错误信息 致命错误使PLC停止执行程序 4 非致命错误非致命错误不会停止执行用户程序 1 运行时间错误 例如运行时CPU发现I O配置变化 将在模块错误字节中设置配置改变位 2 程序编译错误 编译程序时出错 不能下载程序 3 程序执行错误 程序运行时出错 2 2程序的编写与传送2 2 1生成用户程序1 创建项目或打开已有的项目2 设置PLC的型号执行菜单命令 PLC 类型 设置PLC型号 建立起与PLC的通信连接后 单击 读取PLC 和 确认 按钮 3 控制要求 用按钮起动1号电机 5s后自动起动2号电机 4 编写用户程序的演示 放置定时器的3种方法 5 对网络的操作梯形图中的一个网络只能有一块不能分开的独立电路 语句表允许将若干个独立电路对应的语句放在一个网络中 这样的网络不能转换为梯形图 选中单个 多个网络或单个元件 可删除 复制 剪切 粘贴选中的对象 6 打开和关闭注释主程序 子程序和中断程序总称为程序组织单元 POU 用按钮生成 显示和关闭POU注释和网络注释 7 编译程序用 编译 或 全部编译 按钮编译程序 输出窗口显示出错误和警告信息 下载之前自动地对程序进行编译 8 设置程序编辑器的参数执行菜单命令 工具 选项 选中 程序编辑器 设置符号的显示方式 网格的宽度 字符属性 选中 常规 可设置编程模式 指令助记符和默认的文件保存位置 2 2 2下载与调试用户程序1 RS 232 485转换的PC PPI多主站编程通信电缆 很少使用 2 USB RS485转换的PC PPI多主站编程通信电缆 即插即用 3 国产的USB PPI编程通信电缆 需要安装驱动程序 有的将USB映射为一个COM口 RS 232口 4 设置PG PC接口双击指令树的 通信 文件夹中的 设置PG PC接口 选中 PC PPIcable PPI 单击 属性 按钮 设置 连接到 为USB或COM口 传输速率应与用系统块设置和下载到PLC中的相同 站地址是计算机在网络中的地址 5 通信硬件的安装和卸载单击 设置PG PC接口 对话框中的 选择 按钮 选中左边窗口中要安装的硬件 单击 安装 按钮 安装后新硬件出现在右边窗口中 6 用系统块设置PLC通信端口的参数双击指令树 系统块 文件夹中的 通信端口 设置波特率和PLC的站地址 7 建立计算机与PLC的在线连接双击指令树中的 通信 双击 通信 对话框中的 双击刷新 将显示网络上的CPU 8 下载程序演示单击工具栏上的 下载 按钮 勾选需要下载的对象 建议设置为模式转换时不要提示 和下载成功后关闭对话框 9 上载程序演示10 运行和调试程序演示用模式开关或工具栏上的RUN按钮将PLC切换到RUN模式 用外接的小开关模拟按钮信号和过载信号 11 执行菜单命令 PLC 信息 读取PLC中的信息 12 单击 历史事件 按钮 查看CPU事件的历史记录 2 3符号表与符号地址的使用1 打开符号表符号表用来定义地址或常数的符号 可以为I Q M SM AI AQ V S C T HC创建符号名 在符号表中定义的符号属于全局变量 可以在所有程序组织单元 POU 中使用它们 2 POU符号表它是自动生成的 不能用它修改POU符号 可用右键单击指令树中的某个POU 用快捷菜单中的 重命名 命令修改它的名称 3 使用多个符号表右键单击指令树中的 符号表 用快捷菜单中的 插入 命令生成新的符号表 4 生成符号在 符号 列键入符号名 在 地址 列键入地址或常数 绿色波浪下划线表示未定义的符号 红色的文本表示语法错误 红色波浪下划线表示用法无效 5 表格的通用操作调节列的宽度 用右键菜单命令插入新的行 用 键在表格底部增添新的行 用 TAB 键将光标移到右边下一个单元格 单击最左边的行号 选中整个行 按住 Shift 键 单击对角线的单元格 同时选中矩形范围内所有的单元格 删除 用剪贴板复制 剪切和粘贴选中的表格中的对象 6 在程序编辑器和状态表中定义 编辑和选择符号用右键菜单中的命令定义符号 编辑符号 和选用符号列表中的符号 7 符号表的排序单击 符号 列标题 表中的各行按符号升序排列 再次单击它 按符号降序排列 单击 地址 列标题 按地址排序 8 切换程序编辑器或状态表中地址的显示方式执行菜单命令 查看 符号寻址 切换符号地址和绝对地址显示方式 在 选项 对话框选择 仅显示符号 或 显示符号和地址 按 Ctrl Y 键 可以切换符号地址和绝对地址显示方式 9 符号信息表用工具栏上的 切换符号信息表 按钮打开或关闭各网络的符号信息表 2 4用编程软件监控与调试程序2 4 1用程序状态监控与调试程序1 启动程序状态监控单击工具栏上的 程序状态监控 按钮 2 梯形图程序的程序状态监控图2 19中的T38和它的常闭触点产生周期等于T38的预设值的锯齿波 MB10每2s加1 蓝色表示带电和触点 线圈接通 红色方框表示指令执行出错 灰色表示无能流 指令被跳过 未调用 或处于STOP模式 用外接的小开关模拟按钮信号 观察程序状态 用 暂停状态开 关 按钮启动和关闭T38当前值的显示 3 语句表程序的程序状态监控用PLC菜单中的 STL 命令切换到语句表方式 单击 时间戳记不匹配 对话框的 比较 按钮 显示 已通过 后 单击 继续 按钮 开始监控 图2 20 操作数1 列是T38的当前值 操作数2 列是预设值 操作数3列的右边是逻辑堆栈中的值 最右边是方框指令的使能输出位 ENO 的状态 2 4 2用状态表监控与调试程序1 打开和编辑状态表在程序运行时 用状态表来读 写 强制和监控PLC中的变量 双击指令树的 状态表 文件夹中的 用户定义1 图标 打开状态表 在状态表的 地址 列键入要监控的变量的地址 用 格式 列更改显示格式 格式BOOL监控的是T C的位 格式 有符号 监控的是T C的当前值 可将符号表中的符号或地址复制到状态表的 地址 列 2 创建新的状态表用右键单击状态表 用快捷菜单中的命令插入新的状态表 4 起动和关闭状态表的监控功能单击工具栏上的 状态表监控 按钮 5 单次读取状态信息未启动状态表监控功能或STOP模式时 用工具栏上的按钮读取状态信息 6 趋势图趋势图用随时间变化的曲线跟踪PLC的状态数据 启动状态表监控功能后 单击工具栏上的趋势图按钮 切换表格视图与趋势图 用鼠标右键单击趋势图 执行弹出的菜单中的命令 修改趋势图的时间基准 用工具栏上的 暂停趋势图 按钮 冻结 和启动趋势图 2 4 3写入与强制数值1 写入数值单击工具栏上的 全部写入 按钮 将状态表的 新值 列所有的值传送到PLC 在RUN模式时修改的数值可能很快被程序改写为新的数值 不能用写入功能改写物理输入点 地址I或AI 的状态 2 强制的基本概念可以强制所有的I O点 还可以同时强制最多16个V M AI或AQ地址 强制的数据用EEPROM永久性存储 可以通过对输入点的强制来调试程序 3 强制的操作方法将要强制的值16 1234键入VW0的 新值 列 单击工具栏上的 强制 按钮 VW0被显式强制 VB0被隐式强制 VW1被部分隐式强制 取消对单个操作数的强制 选择一个被显式强制的操作数 单击工具栏上的 取消强制 按钮 取消全部强制 单击工具栏上的 取消全部强制 按钮 读取全部强制 单击工具栏上的 读取全部强制 按钮 4 STOP模式下写入和强制输出 必须执行 强制 菜单中对应的命令 2 4 4调试用户程序的其他方法1 使用书签单击工具栏上的按钮 生成多个书签和删除书签 可以用按钮使光标移动到下一个或上一个标有书签的网络 2 单次扫描 在STOP模式执行菜单命令 调试 首次扫描 执行一次扫描后 自动回到STOP模式 可以观察首次扫描后的状态 3 多次扫描 在STOP模式执行菜单命令 调试 多次扫描 指定扫描的次数 执行完后自动返回STOP模式 4 在RUN模式下编辑用户程序在RUN模式退出程序状态监控 执行菜单命令 调试 RUN模式下程序编辑 上载程序后 出现一个跟随鼠标移动的PLC图标 修改程序后下载到PLC 2 5使用系统块设置PLC的参数2 5 1断电数据保持的设置与编程1 S7 200保存数据的方法RAM芯片断电后数据丢失 EEPROM有断电保持功能 用内置的EEPROM永久保存程序块 数据块 系统块 强制值 断电保持的存储区 1 用CPU中的超级电容器保存RAM中的V M T C存储区数据 50h或100h 2 用可选的电池卡延长RAM保持信息的时间 3 CPU模块掉电时 设置为保持的MB0 MB13自动地被保存到EEPROM 4 数据块指定的V存储区的初值下载后保存在EEPRM中 5 可用EEPROM存储卡保存程序块 数据块 系统块 配方 数据记录和强制值 2 设置PLC断电后的数据保存方式打开系统块 选中 断电数据保存 设置V M C和TONR 有记忆接通延时定时器 的地址偏移量 起始地址 和单元数目 上电时定时器位和计数器位被清除 3 开机后数据的恢复上电后RAM的保持区保持不变 非保持区被清零 4 用程序将V存储器的数据复制到EEPROMSMB31最低两位为二进制数00和01时表示写入字节 为10时表示写入字 为11时表示写入双字 LDI0 0EU 在I0 0的上升沿MOVW50 SMW32 指定V存储器的地址为VW50MOVB16 82 SMB31 SM31 7 1 将VW50的值写入EEPROM写入EEPROM的操作次数最少10万次 典型值为100万次 2 5 2创建与使用密码1 密码的作用默认的1级无密码 2级禁止写 3级禁止读写 4级有密码也不能上载程序 2 密码的设置单击系统块中的 密码 选中权限级别 输入密码 3 忘记密码的处理执行菜单命令 PLC 清除 在对话框中输入 CLEARPLC 将清除密码和