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教学项目一 PLC使用入门 课题一 PLC结构和工作原理课题二 PLC基本指令系统课题三 编程软件课题四 程序设计 学习内容 课题一 PLC结构和工作原理 一 课题目标二 课题要求三 课题内容 课题一 PLC结构和工作原理 一 课题目标通过一体化教学 了解S7 300PLC的结构和工作原理 提高对S7 300PLC的认识 课题一 PLC结构和工作原理 二 课题要求 1 了解THSMS D型网络型可编程序控制器 S7 300 实训装置的结构及各部分的作用 2 结合现场设备 学习PLC的结构组成及各部分的功能 熟悉西门子S7 300PLC 3 学习PLC的工作原理及工作过程 三 课题内容 1 S7 300PLC硬件系统组成S7 300由多种模块部件组成 包括导轨 Rack 电源模块 PS CPU模块 接口模块 IM 输入输出模块 SM 功能模块 FM 通讯处理器模块 CP 数字量输入数字量输出数字量I O模拟量输入模拟量输出模拟I O CPU执行用户程序 为S7 300背板总线提供5V电源 通过MPI 多点接口 与MPI网络中的其他节点进行通讯 2 系统基本构成 扩展模块 显示器 触摸屏 通信及网络设备 计算机 工业软件 CPU 主机 其他设备 扩展模块 扩展模块 模块的扩展每个机架最多扩展8个模块 数字I O模块每个槽划分为4B 等于32个I O点 模拟I O模块每个槽划分为16B 等于8个模拟量通道 每个模拟量输入通道或输出通道的地址总是一个字地址 例 0机架的第一个信号模块槽 如果放的是16点的数字量输入模块 它的字节地址为IB0和IB1 I0 0 I0 7和I1 0 I1 7 3 PLC的工作过程 4 PLC的程序结构 组态软件在国内是一个约定俗成的概念 并没有明确的定义 它可以理解为 组态式监控软件 组态 Configure 的含义是 配置 设定 设置 等意思 是指用户通过类似 搭积木 的简单方式来完成自己所需要的软件功能 而不需要编写计算机程序 也就是所谓的 组态 它有时候也称为 二次开发 组态软件就称为 二次开发平台 组态监控软件系统软件 1 组态软件 组态软件大都支持各种主流工控设备和标准通信协议 并且通常应提供分布式数据管理和网络功能 WinCC 是西门子公司发布的组态开发环境 Simens提供类C语言的脚本 包括一个调试环境 WinCC内嵌OPC支持 并可对分布式系统进行组态 但WinCC的结构较复杂 用户最好经过Simens的培训以掌握WinCC的应用 国内品牌组态软件1 世纪星 由北京世纪长秋科技有限公司开发 产品自1999年开始销售 2 三维力控 由北京三维力控科技有限公司开发 核心软件产品初创于1992年 3 组态王KingView 由北京亚控科技发展有限公司开发 该公司成立于1997年 目前在国产软件市场中占据着一定地位 4 紫金桥Realinfo 由紫金桥软件技术有限公司开发 该公司是由中石油大庆石化总厂出资成立 国外进口品牌组态软件1 InTouch Wonderware的InTouch软件是最早进入我国的组态软件 早期InTouch软件采用DDE方式与驱动程序通信 目前最新版本是InTouch10 0 包含三个主要程序 InTouch应用程序管理器 WindowMaker 以及WindowViewer 2 IFix 原属Intellution公司 Intellution公司在1995年被爱默生收购 现在是爱默生集团的全资子公司 后来被GE公司收购 3 WinCC4 Movicon 是意大利自动化软件供应商PROGEA公司开发 该公司自1990年开始开发基于Windows平台的自动化监控软件 可在同一开发平台完成不同运行环境的需要 特色之处在于完全基于XML 又集成了VBA兼容的脚本语言及类似STEP 7指令表的软逻辑功能 5 Citech 原属澳大利亚悉雅特公司 已被施耐德公司收购 但独立运营 该公司的Citech是较早进入中国市场的产品 但其操作方式更多的是面向程序员 而不是工控用户 Citech提供了类似C语言的脚本语言进行二次开发 但与iFix不同的是 Citech的脚本语言并非是面向对象的 而是类似于C语言 这无疑为用户进行二次开发增加了难度 国内品牌组态软件 2 线性编程 模块化编程与结构化编程 将整个用户程序写在OB1中 线性化编程 只有在为S7 300编写简单程序并且需要较少存储区域时 才建议使用这种方法 模块化编程OB1类似主程序 块类似子程序 主循环程序和被调用的块之间没有数据交换 将复杂的自动化任务分解为能够反映过程的工艺 功能或可以反复使用的小任务时 控制会更加容易 这些任务由相应的程序部分表示 即为所知的块 结构化编程 3 用户程序中调用的分层结构 组织块 OB 功能 FCFunction 功能块 FBFunctionBlock 背景数据块 背景DB 共享数据块 DBDataBlock 系统功能块 SFB 系统功能 SFC 组织块 OB 组织块是CPU和操作系统的接口 由操作系统调用 用于控制用户程序扫描循环和中断程序的执行 PLC的启动和错误处理等 OB1主程序循环 启动或上一次循环结束时执行OB1 功能 FC 功能 FC 属于自己编程的块 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 要将这些数据永久存储 功能也可以使用共享数据块 类似子程序不需要背景DB 功能块 FB 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 临时变量存在本地数据堆栈中 类似子程序需要背景DB 背景数据块背景DB每次功能块的调用都将赋给一个背景数据块 用于传递参数 FB的实际参数和静态数据存在背景DB中 在FB中定义的变量 决定背景数据块的结构 背景意味着一次功能块调用 生成一个背景DB 在用户生成一个背景数据块之前 相应的FB必须已经存在 当用户生成背景数据块时 必须指定所属FB的序号 共享数据块 DB 与逻辑块不同 在数据块中没有STEP7的指令 它们用于存放用户数据 换句话说 数据块中存放用户程序工作时所需的变量数据 共享数据块用于存放所有其它块都可以访问的用户数据 系统功能块 SFB 和系统功能 SFC 系统功能块 SFB 是集成在S7CPU中的功能块 SFB作为操作系统的一部分 不占用户程序空间 与FB相同 SFB也是 具有存储能力 的块 用户也必须为SFB生成背景数据块 并将其下载到CPU中作为用户程序的一部分 S7CPU提供下列SFB 通过组态连接用于通讯目的 集成的特殊功能 例如 CPU312IFM和CPU314IFM上的SFB29 HS COUNT 系统功能是集成在S7CPU中预先编好程序并通过测试的功能 可在用户程序中调用SFC SFC属于操作系统的一部分 而不算做用户程序的一部分 与FC相同 SFC是 不具有存储能力 的块 用户程序中调用的分层结构 课题二 PLC基本指令系统 一 课题目标通过一体化教学 掌握PLC基本编程指令 二 课题要求 1 了解指令系统的基本知识 2 掌握S7 300PLC的指令系统 三 课题内容 1 指令系统的基本知识 1 编程语言常用编程语言有 梯形图 LAD 语句表 STL 顺序功能图 SFC 功能块图 FBD 2 数据类型 3 寻址方式S7 300有4种寻址方式 立即寻址 存储器直接寻址 存储器间接寻址 寄存器间接寻址 4 状态字 5 S7 300累加器 2 S7 300指令系统 位逻辑运算的结果简称为RLO 1 位逻辑指令 N SAVE 将RLO存入BR存储器指令 可以将RLO存储到状态字的BR位 首先检查位 FC是否复位 为此 BR位的状态包括在下一程序段的与AND 逻辑运算中 因为BR位可由在它们中间产生的许多指令进行修改 建议在退出块之前使用SAVE指令 这样ENO输出 BR位 就可设置为RLO位的值 可对块中是否有错误进行检查 以字节 字或双字形式读取外设输入存储区 S PULSE脉冲S5定时器 S PEXT扩展脉冲S5定时器 S ODT接通延时S5定时器 S ODTS保持接通延时S5定时器 S OFFDT断开延时S5定时器 SP SE SD SS SF 定时器线圈 2 定时器指令 2 定时器指令 梯形图逻辑指令集支持256个定时器 预先装载时间值格式W 16 wxyzS5T aH bM cS dMS 最大计时时间为9990S 3 计数器指令 S CUD双向计数器 S CD降值计数器 S CU升值计数器 SC 设置计数器线圈 CD 降值计数器线圈 CU 升值计数器线圈 输入从0至999的数字 用户可为计数器提供预设值 例如 使用下列格式输入127 C 127 MW20 其中C 代表二进制编码十进制格式 BCD格式 四位一组 包含一个用二进制编码的十进制值 256个计数器 BCD格式 二进制编码 4 转换指令 BCD I I BCD BCD DI I DINT DI BCD DI REAL BCD码转换为整数整型转换为BCD码BCD码转换为双精度整数整型转换为长整型长整型转换为BCD码长整型转换为浮点型 5 字逻辑指令 WAND W 字 单字与运算 WOR W 字 单字或运算 WXOR W 字 单字异或运算 WAND DW 字 双字与运算 WOR DW 字 双字或运算 WXOR DW 字 双字异或运算 6 数学运算指令 ADD I SUB I MUL I DIV I DI R MOD DI 求绝对值 ABS 求平方 SQR 和平方根 SQRT 求自然对数 LN 求指数值 EXP 以e 2 71828 为底 求下列32位IEEE浮点数表示的角度的三角函数 正弦 SIN 和反正弦 ASIN 余弦 COS 和反余弦 ACOS 正切 TAN 和反正切 ATAN 7 程序控制指令 MCRA 主控制继电器激活 MCR 主控制继电器关闭 MCRD 主控制继电器取消激活 1 主控指令 2 跳转指令 基于条件 基于状态位 CALL 调用来自线圈的FCSFC 不带参数 CALL FB调用来自框的FB CALL FC调用来自框的FC CALL SFB调用来自框的系统FB CALL SFC调用来自框的系统FC RET返回 用于有条件地退出块 3 调用指令 JMP 无条件跳转 JMP 有条件跳转 JMPN 若 否 则跳转 LABEL标号 逻辑控制指令 9 数据处理功能指令 1 传送指令 2 转换指令 BCD码和整数及长整数间的转换 实数和长整数间的转换 数的取反 取负等 转换指令 INV I INV DI NEG I NEG DI NEG R ROUND TRUNC CEIL FLOOR 二进制反码整型二进制反码长整型二进制补码整型二进制补码长整型浮点数取反取整为长整型截断长整型部分上限向下取整 3 比较指令 CMP I整数比较 CMP D比较双精度整数 CMP R比较实数 对应 4 移位和循环移位指令 SHR I整数右移 SHR DI长整数右移 SHL W左移字 SHR W右移字 SHL DW双字左移 SHR DW右移双字 空位填0 空位为符号位 ROL DW循环左移双字 ROR DW循环右移双字 5 累加器操作和地址寄存器指令 6 数据块指令 7 显示和空操作指令 思考与练习题 S7 300系列PLC如何直接寻址 什么是间接寻址 如何使用 采用间接寻址方式设计一段程序 将10个字节的数据从100MB开始的存储单元转移到从200MB开始的存储单元 试设计一个5h40min的长延时电路程序 编写一段程序计算sin120o cos10o的值 思考与练习题 试设计一个照明灯的控制程序 当按下接在I0 0上的按钮后 接在Q1 0上的照明灯可发光30s 如果在这段时间内又有人按下按钮 则时间间隔从头开始 这样可确保在最后一次按完按钮后 灯光可维持30s照明 试设计一个抢答器电路程序 出题人提出问题 3个答题人按动按钮 仅仅是最早按的人面前的信号灯亮 然后出题人按动复位按钮后 引出下一个问题 设计一个对锅炉鼓风机和引风机控制的梯形图程序 控制要求 1 开机时首先启动引风机 10s后自动启动鼓风机 2 停止时立即关断鼓风机 20s后自动关断引风机 课题三 编程软件的使用 一 课题目标初步提高使用软件对PLC进行编程的能力 二 课题要求 1 编程软件的使用 硬件组态 符号表制作等 2 学习仿真软件的使用方法 3 运用仿真软件调试课题程序 三 课题器材 1 计算机一台 具有STEP7MICROWIN软件 2 PLC 西门子S7 300系列 一台 3 PC与PLC的通信电缆一根 PC MPI 4 开关按钮板一个 5 导线若干 四 课题内容1 设计流程 2 步骤 1 PLC端子接线图 2 手动创建STEP7项目 3 插入S7 300工作站 4 硬件组态 硬件组态窗口 插入0号导轨 0 UR 插入各种S7 300模块 设置CPU属性 硬件组态完成 5 编辑符号表方法1 从LAD STL FBD编辑器打开符号表 方法2 从SIMATIC管理器打开符号表 6 程序编辑窗口 7 在OB1中编辑LAD程序 设置组织块 OB 属性为LAD方式 编写梯形图 LAD 程序 3 下载和调试程序 为了测试前面我们所完成的PLC设计项目 必须将程序和模块信息下载到PLC的CPU模块 要