THPFSM-3型实训指导书

1 目目 录录 第一章第一章 可编程控制器简介可编程控制器简介 2 第二章第二章 可编程控制器的编程规则可编程控制器的编程规则 6 第三章第三章 S7 300 的自动化通信网络的自动化通信网络 7 第四章第四章 编程软件的介绍及使用编程软件的介绍及使用 9 第二章第二章 实训项目实训项目 17 实训一实训一 PLC 认知实训认知实训 17 实训二实训二 数码显示控制数码显示控制 20 实训三实训三 抢答器控制抢答器控制 23 实训四实训四 音乐喷泉控制音乐喷泉控制 26 实训五实训五 装配流水线控制装配流水线控制 28 实训六实训六 十字路口交通灯控制十字路口交通灯控制 31 实训七实训七 水塔水位控制水塔水位控制 33 实训八实训八 天塔之光控制天塔之光控制 35 实训九实训九 自动配料装车系统控制自动配料装车系统控制 37 实训十实训十 四节传送带控制四节传送带控制 40 实训十一实训十一 多种液体混合装置控制多种液体混合装置控制 43 实训十二实训十二 自动售货机控制自动售货机控制 46 实训十三实训十三 自控轧钢机控制自控轧钢机控制 48 实训十四实训十四 邮件分拣机控制邮件分拣机控制 51 实训十五实训十五 自控成型机控制自控成型机控制 53 实训十六实训十六 机械手控制机械手控制 55 实训十七实训十七 加工中心控制加工中心控制 57 实训十八实训十八 三层电梯控制三层电梯控制 60 实训十九实训十九 四层电梯控制四层电梯控制 63 实训二十实训二十 自动洗衣机控制自动洗衣机控制 66 实训二十一实训二十一 电镀生产线控制电镀生产线控制 68 实训二十二实训二十二 步进电机控制步进电机控制 71 实训二十三实训二十三 直线运动位置检测 定位控制直线运动位置检测 定位控制 73 实训二十四实训二十四 直流电机控制直流电机控制 75 实训二十五实训二十五 温度温度 PID 控制控制 77 实训二十六实训二十六 五相步进电动机控制五相步进电动机控制 79 实训二十七实训二十七 电机控制电机控制 81 实训二十八实训二十八 变频器功能参数设置与操作变频器功能参数设置与操作 83 实训二十九实训二十九 变频器无级调速变频器无级调速 88 实训三十实训三十 变频器报警与保护功能操作变频器报警与保护功能操作 90 实训三十一实训三十一 外部端子点动控制外部端子点动控制 92 实训三十二实训三十二 变频器控制电机正反转变频器控制电机正反转 94 实训三十三实训三十三 多端速度选择变频器调速多端速度选择变频器调速 96 实训三十四实训三十四 外部模拟量方式的变频调速控制外部模拟量方式的变频调速控制 98 实训三十五实训三十五 瞬时停电启动控制瞬时停电启动控制 100 实训三十六实训三十六 PID 变频调速控制变频调速控制 102 附录 附录 THPFSM 3THPFSM 3 型型 网络型可编程控制器综合实训装置使用说明书网络型可编程控制器综合实训装置使用说明书 104 2 第一章第一章 可编程控制器简介可编程控制器简介 随着微处理器 计算机的和数字通讯技术的飞速发展 计算机控制技术已经渗透到所有工业领域 当前 用于工业控制的计算机可分为 可编程控制器 基于 PC 总线的工业控制计算机 基与单片机的测控装置 用于模 拟量闭环控制的可编程调节器 集散控制系统 DCS 和现场总线控制系统 FCS 等 可编程控制器是应用广泛 功能强大 使用方便的通用工业控制装置 已成为当代工业自动化的重要支柱 近几年来 在国内已得到迅速推 广普及 正改变着工厂自动控制的面貌 对传统的技术改造 发展新型工业具有重大的实际意义 可编程控制器是 60 年代末在美国首先出现的 当时叫可编程逻辑控制器 目的是用来取代继电器 以执行逻辑判断 计时 计数等顺序控制功能 其基本设计思想是把计算机功能完善 灵活 通用等优 点和继电器控制系统的简单易懂 操作方便 价格便宜等优点结合起来 控制器的硬件是标准的 通用 的 根据实际应用对象 将控制内容写入控制器的用户程序内 控制器和被控对象连接也很方便 可编程控制器对用户来说 是一种无触点设备 改变程序即可改变生产工艺 因此可在初步设计阶 段选用可编程控制器 在实施阶段再确定工艺过程 另一方面 从制造生产可编程控制器的厂商角度看 在制造阶段不需要根据用户的要求专门设计控制器 适合批量生产 由于这些特点 可编程控制器问世 以后很快受到工业控制界的欢迎 并得到迅速的发展 可编程序控制器 英文称 Programmable Controller 简称 PC 但由于 PC 容易和个人计算机 Personal Computer 混淆 故人们仍习惯地用 PLC 作为可编程序控制器的缩写 它是一个以微处理器 为核心的数字运算操作的电子系统装置 专为在工业现场应用而设计 它采用可编程序的存储器 用以 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指令 并通过数字式或模拟式的输 入 输出接口 控制各种类型的机械或生产过程 PLC 是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产 物 它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂 可靠性低 功耗高 通用性和灵活性差的缺 点 充分利用了微处理器的优点 又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯 特别是 PLC 的程序编 制 不需要专门的计算机编程语言知识 而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式 使用 户程序编制形象 直观 方便易学 调试与查错也都很方便 用户在购到所需的 PLC 后 只需按说明书 的提示 做少量的接线和简易的用户程序的编制工作 就可灵活方便地将 PLC 应用于生产实践 一 一 PLC 的结构及各部分的作用的结构及各部分的作用 PLC 的类型繁多 功能和指令系统也不尽相同 但结构与工作原理则大同小异 通常由主机 输入 输出接口 电源扩展器接口和外部设备接口等几个主要部分组成 PLC 的硬件系统结构如下图所示 1 主机 主机部分包括中央处理器 CPU 系统程序存储器和用户程序及数据存储器 CPU 是 PLC 的核心 输 入 模 块 CPU 模块 输 出 模 块 可编程序控制器 编程装置 接触器 电磁阀 指示灯 电源 电源 限位开关 选择开关 按钮 3 它用以运行用户程序 监控输入 输出接口状态 作出逻辑判断和进行数据处理 即读取输入变量 完成 用户指令规定的各种操作 将结果送到输出端 并响应外部设备 如电脑 打印机等 的请求以及进行 各种内部判断等 PLC 的内部存储器有两类 一类是系统程序存储器 主要存放系统管理和监控程序及对 用户程序作编译处理的程序 系统程序已由厂家固定 用户不能更改 另一类是用户程序及数据存储器 主要存放用户编制的应用程序及各种暂存数据和中间结果 2 输入 输出 I O 接口 I O 接口是 PLC 与输入 输出设备连接的部件 输入接口接受输入设备 如按钮 传感器 触点 行 程开关等 的控制信号 输出接口是将主机经处理后的结果通过功放电路去驱动输出设备 如接触器 电磁阀 指示灯等 I O 接口一般采用光电耦合电路 以减少电磁干扰 从而提高了可靠性 I O 点数 即输入 输出端子数是 PLC 的一项主要技术指标 通常小型机有几十个点 中型机有几百个点 大型机将 超过千点 3 电源 图中电源是指为 CPU 存储器 I O 接口等内部电子电路工作所配置的直流开关稳压电源 通常也为 输入设备提供直流电源 4 编程 编程是 PLC 利用外部设备 用户可用以输入 检查 修改 调试程序或监示 PLC 的工作情况 通过 专用的 PC MPI 或 CP5611 电缆线将 PLC 与电脑联接 并利用专用的编程软件进行电脑编程和监控 5 输入 输出扩展单元 I O 扩展接口用于将扩充外部输入 输出端子数的扩展单元与基本单元 即主机 连接在一起 6 外部设备接口 此接口可将打印机 条码扫描仪 变频器等外部设备与主机相联 以完成相应的操作 7 S7 300 的系统结构 S7 300 采用紧凑的无槽位限制的模块结构 电源模块 PS CPU 信号模块 SM 功能模块 FM 接口模块 IM 和通信处理器 CP 都安装在导轨上 导轨是一种专用的金属机架 只需将模块钩在 DIN 标准的安装导轨上 然后用螺丝锁紧就可以了 电源模块总是安装在机架的最左边 CPU 模块紧靠着电源 模块 如果有接口模块 它放在 CPU 模块的右侧 如果有扩展机架 接口模块占用 3 号槽位 负责与其他扩展机架自动地进行数据通信 本实训装置可选主机型号分别为 1 西门子 S7 300 系列的 CPU314 2DP 24VDC 供电 48KB 内存 带有含有 PROFIBUS DP 主从接口 MMC 储存卡 64K 字节 集成 24 路数字量输入 16 路数字量输出 4 路模拟量输入 2 路模拟量输出 1 路 PT100 PID 计数器 PWM 脉冲输出 频率测量 一轴定位等功能 含 MPI 及 PROFIBUS DP 网络通信 注 组建 MPI PROFIBUS DP 网络通信需配 CP5611 专业网卡一张 2 西门子 S7 300 系列的 CPU314 2DP 24VDC 供电 48KB 内存 带有含有 PROFIBUS DP 主从接口 MMC 储存卡 64K 字节 集成 24 路数字量输入 16 路数字量输出 4 路模拟量输入 2 路模拟量输出 1 路 PT100 PID 计数器 PWM 脉冲输出 频率测量 一轴定位等功能 配有 CP343 1 工业以太网通信模块 含 MPI 及工业以太网通信 二 二 PLC 的工作原理的工作原理 PLC 是采用 顺序扫描 不断循环 的方式进行工作的 即在 PLC 运行时 CPU 根据用户按控制要求 编制好并存于用户存储器中的程序 按指令步序号 或地址号 作周期性循环扫描 如无跳转指令 则 从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序 直至程序结束 然后重新返回第一条指令 开始下一轮新的 扫描 在每次扫描过程中 还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作 PLC 的扫描一个周期必经输入采样 程序执行和输出刷新三个阶段 4 PLC 在输入采样阶段 首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁存器中的输入端子的通断状态或 输入数据读入 并将其写入各对应的输入状态寄存器中 即刷新输入 随即关闭输入端口 进入程序执 行阶段 PLC 在程序执行阶段 按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令 经相应的运算和处理后 其结果再写入输出状态寄存器中 输出状态寄存器中所有的内容随着程序的执行而改变 输出刷新阶段 当所有指令执行完毕 输出状态寄存器的通断状态在输出刷新阶段送至输出锁存器 中 并通过一定的方式 继电器 晶体管或晶闸管 输出 驱动相应输出设备工作 三 三 PLC 的程序编制的程序编制 1 编程元件 PLC 是采用软件编制程序来实现控制要求的 编程时要使用到各种编程元件 它们可提供无数个动合 和动断触点 编程元件是指输入映像寄存器 输出映像寄存器 位存储器 定时器 计数器 通用寄存 器 数据寄存器及特殊功能存储器等 PLC 内部这些存储器的作用和继电接触控制系统中使用的继电器十分相似 也有 线圈 与 触点 但它们不是 硬 继电器 而是 PLC 存储器的存储单元 当写入该单元的逻辑状态为 1 时 则表示相 应继电器线圈得电 其动合触点闭合 动断触点断开 所以 内部的这些继电器称之为 软 继电器 2 编程语言 所谓程序编制 就是用户根据控制对象的要求 利用 PLC 厂家提供的程序编制语言 将一个控制要 求描述出来的过程 PLC 最常用的编程语言是梯形图语言和指令语句表语言 1 梯形图 LAD 梯形图是一种从继电接触控制电路图演变而来的图形语言 它是借助类似于继电器的动合 动断触 点 线圈以及串 并联等术语和符号 根据控制要求联接而成的表示 PLC 输入和输出之间逻辑关系的图 形 直观易懂 梯形图中常用 图形符号分别表示 PLC 编程元件的动断和动合接点 用 表示它们的 线圈 梯形图中编程元件的种类用图形符号及标注的字母或数加以区别 触点和线圈等组成的独立电路 称为网络 用编程软件生成的梯形图和语句表程序中有网络编号 允许以网络为单位给梯形图加注释 梯形图的设计应注意到以下三点 梯形图按从左到右 自上而下的顺序排列 每一逻辑行 或称梯级 起始于左母线 然后是触点 的串 并联接 最后是线圈 与能流的方向一致 梯形图中每个梯级流过的不是物理电流 而是 概念电流 从左流向右 其两端没有电源 这个 概念电流 只是用来形象地描述用户程序执行中应满足线圈接通的条件 输入寄存器用于接收外部输入信号 而不能由 PLC 内部其它继电器的触点来驱动 因此 梯形图 中只出现输入寄存器的触点 而不出现其线圈 输出寄存器则输出程序执行结果给外部输出设备 当梯 形图中的输出寄存器线圈得电时 就有信号输出 但不是直接驱动输出设备 而要通过输出接口的继电器 晶体管或晶闸管才能实现 输出寄存器的触点也可供内部编程使用 2 指令语句表 STL 指令语句表是一种用指令助记符来编制 PLC 程序的语言 它类似于计算机的汇编语言 但比汇编语 言易懂易学 若干条指令组成的程序就是指令语句表 一条指令语句是由步序 指令语和作用器件编号 三部分组成 3 顺序功能图 SFC 这是一种位于其他编程语言之上的图形语言 用来编制顺序控制程序 在这种语言中 工艺过程被 分为若干个顺序出现的步 步中包含控制输出的动作 从一步到另一步的转换有转换条件控制 它的优 点是表达复杂的顺序控制过程非常清晰 用于编程及故障诊断更为有效 使 PLC 程序的结构更加易读 特别适合于生产制造过程 5 4 功能块图 FBD 功能块图 FBD 使用类似于布尔代数的图形逻辑符号来表示控制逻辑 功能块图用类似于与门 或 门的方框来表示逻辑运算关系 方框的左侧为逻辑运算的输入变量 右侧为输出变量 输入 输出端的 小圆圈表示 非 运算 方框被 导线 连接在一起 信号自左向右流动 它的优点是一些复杂的功能 用指令框来表示 有数字电路基础的人很容易掌握 下例为 PLC 实现三相鼠笼电动机起 停控制的三种编程语言的表示方法 6 第第二二章章 可可编编程程控控制制器器的的编编程程规规则则 一一 编编程程的的八八个个步步骤骤 一 决定系统所需的动作及次序 当使用可编程控制器时 最重要的一环是决定系统 所需的输入及输出 这主要取决于系统所需的输入 及输出接口分立元件 输入及输出要求如下 1 第一步是设定系统输入及输出数目 可由系统的输入及输出分立元件数目直接取得 2 第二步是决定控制先后 各器件相应关系以及作出何种反应 二 将输入及输出器件编号 每一输入和输出 包括定时器 计数器 内置继电器等都有一个唯一的对应编号 不能混用 三 画出梯形图 根据控制系统的动作要求 画出梯形图 梯形图设计规则 如下 1 触点应画在水平线上 不能画在垂直分支上 应根据自左至右 自上而下的原则和对输出线圈的几 种 可能控制路径来画 2 不包含触点的分支应放在垂直方向 不可放在水平位置 以便于识别触点的组合和对输出线圈的控 制 路径 3 在有几个串联回路相并联时 应将触头多的那个串联回路放在梯形图的最上面 在有几个并联回路 相 串联时 应将触点最多的并联回路放在梯形图的最左面 这种安排 所编制的程序简洁明了 语句较少 4 不能将触点画在线圈的右边 只能在触点的右边接线圈 四 将梯形图转化为程序 把继电器梯形图转变为可编程控制器的编码 当完成梯形图以后 下一步是把它编码成可编程控制器 能识别的程序 这种程序语言是由地址 控制语句 数据组成 地址是控制语句及数据所存储或摆放的位 置 控制语句告诉可编程控制器怎样利用数据作出相应的动作 五 在编程方式下用键盘输入程序 六 编程及设计控制程序 七 测试控制程序的错误并修改 八 保存完整的控制程序 7 第三章第三章 S7 300S7 300 的自动化通信网络的自动化通信网络 可编程序控制器与计算机可以直接或通过通信处理单元 通信转接器相连构成网络 以实现信息的 交换 并可构成 集中管理 分散控制 的分布式控制系统 满足工厂自动化 FA 系统发展的需要 各 可编程序控制器或远程 I O 模块按功能各自放置在生产现场进行分散控制 然后用网络连接起来 构成集 中管理的分布式网络系统 一个典型的工业 自动化系统一般是三级网络结构 分别是现场设备层 车间监控层 工厂管理层 1 现场设备层 现场设备层的主要功能是连接现场设备 例如分布式 I O 传感器 驱动器 执行机构和开关设备等 完成现场设备控制及设备间连锁控制 2 车间监控层 车间监控层是用来完成车间之间主生产设备之间的连接 实现车间级设备的监控 可采用 PROFIBUS FMS 或工业以太网 3 工厂管理层 工厂管理层作为一个自动化工厂的神经中枢 有着最高的监视级别和控制级别 工厂管理层通常 TCP IP 通信协议标准 具体如下图所示 S7 300 的通信网络分类如下的通信网络分类如下 1 MPI MPI 是多点接口 Multi Point Interface 的简称 S7 300 CPU 都集成了 MPI 通信协议 MPI 的物理 层是 RS 485 最大传输速率为 12M bit s PLC 通过 MPI 能同时连接运行 STEP 7 的编程器 计算机 人 机界面 HMI 等 2 现场总线 PROFIBUS 它是用于车间级和现场级的国际标准 传输速率最在为 12Mbps 响应时间的典型值为 1ms 使用屏 蔽双绞线电缆 最长 9 6km 或光缆 最长 90km 最多可接 127 个从站 PROFIBUS 由 3 个系列组成 PROFIBUS DP PROFIBUS PA 和 PROFIBUS FMS PROFIBUS DP 特别适用于可编程序控制器与现场级分散的远程 I O 设备之间的快速数据交换通信 即插即用 使用编程软件 STEP 7 可对网络设备组态或设置参数 西门子的 S7 系列可编程序控制器有的配备有集成的 PROFIBUS DP 接口 也可以通过接口模块或通 信处理器连接到 PROFIBUS DP 可将多条 PROFIBUS DP 线路通过集成的接口或接口模块连接到一个可 8 编程序控制器 3 工业以太网 它是基与国际标准 IEEE802 3 的开放式网络 以太网可实现管理 控制网络的一体化 可集成到因特 网 为全球联网提供了条件 网络规模可达 1024 站 距离可达 5km 电气网络 或 200km 光纤网络 工业 以太网将控制网络集成到信息技术 IT 中 可与使用 TCP IP 协议的计算机传输数据 可使用 E mail 和 Web 技术 用户可在工业以太网的 Socket 接口上编制自己的协议 可在网络中的任何一点进行设备启动 和故障检查 冗余网络可构成冗余系统 西门子可提供以太网通信模块或通信处理器 远程访问路由器可在广域网连接的两个以太网之间实 现远程通信 4 AS i 接口 AS i 是传感器和执行器通信的国际标准 EN50295 响应时间小于 5ms 使用未屏蔽的双绞线 由总 线提供电源 最长通信距离为 30m 最多接 62 个从站 9 第第四四章章 编编程程软软件件的的介介绍绍及及使使用用 一 一 Step 7 简介简介 Step 7 编程软件用于 SIMATIC S7 M7 和基于 PC 的 WinAC 是供它们编程 监控和参数设置的 标准工具 为了在个人计算机上正常使用 Step 7 应配置 MPI 通信卡或 PC MPI 或 CP5611 通信适配器 将计 算机连接到 MPI 或 PROFIBUS 网络 来下载和上载 PLC 的用户程序和组态数据 Step 7 具有以下功能 硬件配置和参数设置 通信组态 编程 测试 启动和维护 文件建档 运 行和诊断功能等 Step 7 所有功能均有大量的在线帮助 用鼠标或选中某一对象 按 F1 键就可以得到 该对象的在线帮助 在 Step 7 中 用项目管理器来管理一个自动化系统的硬件和软件 Step 7 用 SIMATIC 管理器对 项目进行集中管理 二 二 Step 7 使用说明使用说明 在本示例项目中 我们所使用的为 Step7 V5 2 版本 主站使用 CP 5611 网卡与 PLC 通信 从站使 用 PC MPI 或 CP5611 通信电缆与 PLC 通信 本实训系统平台自动化任务解决方案设计完毕后 要在编程软件 STEP 7 中生成项目 组态硬件 生 成程序 传送程序到 CPU 并调试等步骤 一 项目管理及应用 一 项目管理及应用 1 生成项目 1 双击桌面上的 SIMATIC Manager 图标 则会启动 STEP 7 管理器及 STEP 7 新项目创建向导 如下图所示 如不出现 则需在下拉菜单 File 中选择 New project wizard 2 按照向导界面提示 点击 NEXT 选择好 CPU 型号 本示例选择的 CPU 型号为 CPU315 2DP 设置 CPU 的 MPI 地址为 2 点击 NEXT 在出现的界面中选择好你所熟悉的编程语言 有梯形 图 LAD 编程指令 STL 流程图 FBD 等可供选择 点击 FINISH 项目生成完毕 启动后 STEP 7 管 理器界面如下图所示 10 2 组态硬件 硬件组态的主要工作是把控制系统的硬件在 STEP 7 管理器中进行相应地配置 并在配置时对模块的 参数进行设定 1 鼠标左键单击 STEP 7 管理器左边窗口中的 SIMATIC 300 Station 项 则右边窗口中会出现 Hardware 和 CPU315 2DP 1 两个图标 双击图标 Hardware 打开硬件配置窗口如下图所示 2 整个硬件配置窗口分为四部分 左上方为为模块机架 左下方为机架上模块的详细内容 右上方 是硬件列表 右下方是硬件列表中具体某个模块的功能说明和订货号 3 要配置一个新模块 首先要确定模块放置在机架上的什么地方 再在硬件列表中找到相对应的模 块 双击模块或者按住鼠标左键拖动模块到安放位置 放好后 会自动弹出模块属性对话框 设置好模 块的地址和其他参数即可 4 按照上面的步骤 逐一按照实际硬件排放顺序配置好所有的模块 编译通过后 保存所配置的硬 件 5 点击 开始 设置 控制面板 鼠标左键双击控制面板中的 Set PG PC Interface 图标 选择好你的 PC 机和 CPU 的通讯接口部件后点击 OK 按钮退出 通信设置详见第二部分通信组态 6 把控制系统的电源打开 把 CPU 置于 STOP 或者 RUN P 状态 回到硬件配置窗口 点击图标 下载配置好的硬件到 CPU 中 把 CPU 置于 RUN 状态 如果下载程序时 CPU 置于 RUN P 状态 则可省略这一步 如果 CPU 的 SF 灯不亮 亮的只有绿灯 表明硬件配置正确 11 7 如果 CPU 的 SF 灯亮 则表明配置出错 点击硬件配置窗口中图标 则配置错的模块将 有红色标记 反复修改出错模块参数 保存并下载到 CPU 直到 CPU 的 SF 灯不亮 亮的只有绿灯为止 3 程序结构 配置好硬件之后 回到 STEP 7 管理器界面窗口 鼠标左键单击窗口左边的 Block 选项 则右边窗 口中会出现 OB1 图标 OB1 是系统的主程序循环块 OB1 里面可以写程序 也可以不写程序 根据需要确定 STEP 7 中有很多功能各异的块 分别描述如下 1 组织块 Oganization Block 简称 OB 组织块是操作系统和用户程序间的接口 它被操作系统调 用 组织块控制程序执行的循环和中断 PLC 的启动 发送错误报告等 你可以通过在组织块里编程来 控制 CPU 的动作 2 功能函数块 Function Block 简称 FB 功能函数块为 STEP 7 系统函数 每一个功能函数块完成 一种特定的功能 你可以根据实际需要调用不同的功能函数块 3 函数 Function 简称 FC 函数是为了满足用户一种特定的功能需求而由用户自己编写的子程序 函数编写好之后 用户可对它进行调用 4 数据块 Data Block 简称 DB 数据块是用户为了对系统数据进行存储而开辟的数据存储区域 5 数据类型 Data Type 简称 UDT 它是用户用来对系统数据定义类型的功能模块 6 变量标签 Variable Table 简称 VAT 用户可以在变量标签中加入系统变量 并对这些变量加上 用户易懂的注释 方便用户编写程序或进行变量监视 如下图所示 如果你要加入某种块 可在右边窗口 即出现 OB1 的窗口 空白处单击鼠标右键选择 Insert New Object 选项 在其下拉菜单中鼠标左键单击你所要的块即可 添加好了你所要的块之后就是程序编写了 鼠标左键双击你所要编写程序的块即可编写程序了 编 写程序的指令和语法可参考 SIEMENS A D 网站上的 S7 300 CPU 31xc 指令表 一书 程序写好并编译通过之后点击 STEP 7 管理器界面窗口中的图标 下载到 CPU 中 把 CPU 置 于 RUN 状态即可运行程序 综上所述 使用 STEP 7 设计完成一项自动化任务的基本步骤如下 第一步 要根据需求设计一个自动化解决方案 第二步 在 STEP7 中创建一个项目 Project 第三步 在项目中 可以选择先组态硬件再写程序 或者先写程序再组态硬件 第四步 硬件组态和程序设计完成后 通过编程电缆将组态信息和程序下载到硬件设备中 第五步 进行在线调试并最终完成整个系统项目 在大多数情况下 建议想组态硬件再编写程序 尤其是对于 I O 点数比较多 结构复杂的项目 例如 12 有多个 PLC 站的项目 来说 应该先组态硬件再编写程序 这样做有以下优点 1 STEP7 在硬件组态窗口中会显示所有的硬件地址 硬件组态完成后 用户编写程序的时候就 可以直接使用这些地址 从而减少出错的机会 2 一个项目中包含多个 PLC 站点的时候 合理的做法是在每个站点下编写各自的程序 这样就 要求先做好各个站点的硬件组态 否则项目结构就会显的混乱 而且下载程序的时候也容易 出现错误 三 三 STEP7 中中 LAD FBD 指令系统指令系统 LAD 和 FBD 的指令系统比较相似 按照编程元素窗口中的分类 他们的指令系统包括以下几类 1 位逻辑指令 Bit Logic 位逻辑指令处理布尔值 1 和 0 在 LAD 表示的接点与线圈中 1 表示动作或者通电 0 表示未动作或者未通电 位逻辑指令扫描信号状态 并根据布尔逻辑对他们进行组合 这些组合产生结果 1 或者 0 称为逻辑 运算结果 2 比较指令 Comparator 比较指令对两个输入 IN1 和 IN2 比较 比较的内容可以是相等 不相等 大于 小于 大于等于 和小于等于 如果比较结果为真 则 RLO 为 1 比较指令有三类 分别用于整数 双整数和实数 3 转换指令 Converter 转换指令可以将参数 IN 的内容进行转换或更改符号 其结果可以输出到参数 OUT 4 计数器指令 Counters 在 CPU 的存储器中 为计数器保留有存储器区 该存储器区为每一计数器地址保留一个 16 位字 指令集支持 256 个计数器 而能够使用的计数器数目右具体的 CPU 决定 5 数据块调用指令 DB Call 打开数据块指令 该指令是一种数据无条件调用 数据打开后 可以通过 CPU 内的数据寄存器 DB 或 DI 直接访问数据块的内容 6 逻辑控制指令 Jumps 逻辑控制指令通过标签 Labal 和无条件或者有条件的跳转指令 实现用户程序中的逻辑控制 7 浮点算术运算指令 Floating point Function 实现对 32 位实数的算术运算 8 整数算术运算指令 Integer Function 实现 16 位或者 32 位整数之间的加 减 乘 除和取余的算术运算 9 赋值指令 Move 该指令将在输入端 IN 的特定值 复制到输出端 OUT 上的特定地址中 该指令只能复制 BYTE 字节 13 WORD 字 或 DWORD 双字 数据对象 用户定义的数据类型 例如数组或结构 必须使用系统 功能 BLKMOVE SFC20 进行复制 10 程序控制指令 Program Control 程序控制指令包括块调用指令以及主控继电器实现程序段使能控制的指令 11 移位和循环指令 Shift Rotate 移位指令可以将输入参数 IN 中的内容向左或向右逐位移动 循环指令可以将输入参数 INZ 中的全部 内容循环地逐位左移或右移 空出的位用输入 IN 移出位的信号状态填充 12 状态位指令 Status Bits 状态字是 CPU 中存储器中的一个寄存器 用于指示 CPU 运算结果的状态 状态位指令是位逻辑指令 针对状态字的各位进行操作 通过状态可以判断 CPU 运算中溢出 异常 进位 比较结果等状态 13 定时器指令 Timers 在 CPU 的储存器中 为定时器保留有储存区 该区域为每一个定时器地址保留一个 16 位字 指令 集支持 256 个定时器 而具体能够使用的定时器数目由具体的 CPU 决定 14 字逻辑指令 Word Logic 字逻辑指令按照布尔逻辑将成队的 WORD 字 或 DWORD 双字 逐位进行逻辑运算 四 通信组态四 通信组态 1 通过 CP5611 网卡通信 1 CP5611的安装 CP5611 卡没有随硬件提供的软件驱动 如果在安装Step7 软件之前 CP5611 已经安装在计算机 内 那么在安装Step7 软件的 Set PG PC Interface 时软件会自动识别CP5611 卡 并且会自动 安装其驱动程序 Step7 软件安装完成后可以在 Set PG PC Interface 中找到CP5611 的接口类型 如果在安装完Step7 软件后才在计算机的PCI 插槽上安装CP5611 卡 那么重新启动计算机后 系统会 自动找到CP5611 并自动安装 安装完成后启动Step7 软件 在 Set PG PCInterface 中可以找到 CP5611 相关接口选项 具体画面如下 14 点击 按钮 可以看到CP5611 已经安装 画面如下 2 CP5611在Step 7 软件中的选择和设置 首先说明使用CP5611 建立与CPU 的通讯时 必须使用MPI 电缆或是Profibus 电缆作为CPU 与 CP5611 的连接电缆 a 打开 SIMATIC Manager 点击 Options 在下拉菜单中找到 Set PG PC Interface 画面如下 15 b 选择 此时S7ONLINE STEP7 为CP5611 MPI 然后点击 按钮设置MPI 的属性 画面如下 设置MPI 接口属性 选择MPI 接口的通讯波特率 注意 此处的波特率一定要和实际要通讯的CPU MPI 口实际的波特率相同 同时要注意PG PC 的 地址不要和PLC 的地址相同 使用电缆连接好CPU 与CP5611 后可以判断是能够找到网络上的站点 点击 按钮 进入网络诊断画面然后点击 按钮 可以看到网络上的站点 显示 画面如下 16 c 设置完成后点击2 次 OK Step7 会提示如下信息 点击 OK 完成PG PC Interface 的设置 此时可以建立PC 与CPU 的通讯 正常通讯时CP5611 卡的指示灯快闪 2 通过 PC MPI 通信电缆通信 通过 PC MPI 通信电缆通信时 硬件只需用通信电缆的接口连接 PC 的 COM 口和 PLC 的 MPI 口即 可 Step 7 软件设置 a 进入 Step 7 编程软件主界面 点击 OPTIONS 菜单下的 SET PG PC INTERFACE 菜单进入 PG PC 设置界面 b 双击 PC ADAPTER AUTO 或 ADAPTER MPI 进入 RS232 和 MPI 接口参数设置 c 单击 LOCAL CONNECTION 选项设置 RS232 接口参数 正确连接 PC 的 COM 口 RS232 选择 RS232 通信的波特率 19200bps 或 38400bps 这个数值必须和 PC MPI 或 CP5611 适配器上 开关设置的数值相同 拨动开关后必须重新上电后方能生效 d 单击 MPI 选项 如果是 ADAPTER MPI 方式 设置适配器 MPI 接口参数 由于适配器 的 MPI 口的波特率固定为 187 5Kbps 所以这里只能设置为 187 5Kbps 如果是 PC ADAPTER AUTO 模式 则选择 ADDRESS 0 和 TIMEOUT 30s 完成以上设置后即可与 PLC 通信了 注意 不要修改 在网络设置 NETWORK SETTINGS 选项下 CPU 上 MPI 口波特率的出厂默 认值 187 5Kbps 注意 1 在插拔通信卡及通信端口时 一定要把整个系统的电源断掉 否则 极易损坏通信端口 17 第二章第二章 实训项目实训项目 实训一实训一 PLC 认知实训认知实训 一 一 实训目的实训目的 1 了解 PLC 软硬件结构及系统组成 2 掌握 PLC 外围直流控制及负载线路的接法及上位计算机与 PLC 通信参数的设置 二 二 实训设备实训设备 序号名 称型号与规格数量备注 1 可编程控制器实训装置THPFSM 31 2 实训导线3 号若干 3 PC MPI 或 CP5611 通讯电缆1西门子 4 计算机1自备 三 三 端口分配及接线图端口分配及接线图 1 I O 端口分配功能表 序号序号 PLC 地址地址 PLC 端子 端子 电气符号电气符号 面板端子 面板端子 功能说明功能说明 1I0 0K0常开触点 01 2I0 1K1常开触点 02 3Q0 0L0 与 逻辑输出指示 4Q0 1L1 或 逻辑输出指示 5Q0 2L2 非 逻辑输出指示 6主机 1M 接电源 GND电源地端 7主机 1L 2L 3L 接电源 24V电源正端 四 梯形图参考程序梯形图参考程序 通过程序判断 Q0 1 Q0 2 Q0 3 Q0 4 的输出状态 然后再输入并运行程序加以验证 参考程序如下 Network1 A I 0 0 A I 0 1 Q 0 1 Network2 O I 0 3 Q 0 2 Network3 AN I 0 4 AN I 0 5 Network4 ON I 0 6 ON I 0 7 Q 0 4 18 O I 0 2 Q 0 3 四 实训步骤四 实训步骤 程序中的 I0 0 至 I0 7 分别对应控制实训单元输入开关 I0 0 至 I0 7 通过专用 PC MPI 或 CP5611 电缆连接计算机与 PLC 主机 打开编程软件 STEP7 逐条输入程序 检查 无误后 将所编程序下载到主机内 并将可编程控制器主机上的 STOP RUN 开关拨到 RUN 位置 运行指示 灯点亮 表明程序开始运行 有关的指示灯将显示运行结果 分别拨动输入开关 I0 0 至 I0 7 观察输出指示灯 Q0 1 Q0 2 Q0 3 Q0 4 是否符合逻辑 二 定时器 二 定时器 计数器功能实训计数器功能实训 在 S21 S7 300 模拟实训挂箱上完成本实训 一 实训目的一 实训目的 掌握定时器 计数器的正确编程方法 并学会定时器和计数器扩展方法 用编程软件对可编程控制器 的运行进行监控 1 1 定时器的认识实训定时器的认识实训 定时器的控制逻辑是经过时间继电器的延时动作 然后产生控制作用 其控制作用同一般时间继电 器 它可分为 脉冲定时器 SP 扩展脉冲定时器 SE 接通延时定时器 SD 保持型接通延时定时 器 SS 和断开延时定时器 SF 实训参考程序 Network1 A I 1 0 L S5T 20S SD T 0 NOP 0 NOP 0 NOP 0 A T 0 Q 0 5 2 2 定时器扩展实训 定时器扩展实训 由于 PLC 的定时器和计数器都有一定的定时范围和计数范围 如果需要的设定值超过机器范围 我 们可以通过几个定时器和计数器的串联组合来扩充设定值的范围 实训参考程序 Network1 A A I 1 1 L S5T 10S SD T 1 NOP 0 NOP 0 NOP 0 A T 1 L S5T 10S SD T 2 NOP 0 NOP 0 NOP 0 A T 2 Q 0 6 3 3 计数器认识实训 计数器认识实训 西门子 S7 300 系列的内部计数器分为加计数器 减计数器和加减计数器三种 实训参考程序 Network1 A A M 0 0 R C 0 A L MW 10 19 A I 1 2 CU C 0 BLD 101 NOP 0 NOP 0 L C 0 T MW 10 NOP 0 A C 0 L 5 I Q 0 7 4 4 计数器的扩展实训计数器的扩展实训 计数器的扩展与定时器扩展的方法类似 实训参考程序 Network1 A I 1 3 L 20 0 A L 20 0 CU C 1 BLD 101 NOP 0 NOP 0 A M 0 0 R C 1 L C 1 T MW 12 NOP 0 NOP 0 A A L 20 0 A L MW 12 L 3 I CU C 2 BLD 101 NOP 0 NOP 0 A M 0 0 R C 2 L C 2 T MW 14 NOP 0 A C 2 A L MW 14 L 3 I Q 1 0 20 实训二实训二 数码显示控制数码显示控制 模式一 模式一 8421 码控制码控制 一 一 实训目的实训目的 1 掌握段码指令的使用及编程方法 2 掌握 LED 数码显示控制系统的接线 调试 操作方法 二 二 实训设备实训设备 序号名 称型号与规格数量备注 1 可编程控制器实训装置THPFSM 31 2 实训导线3 号若干 3 PC MPI 或 CP5611 通讯电缆1西门子 4 计算机1自备 三 三 面板图面板图 四 四 控制要求控制要求 1 置位启动开关 K1 为 ON 时 LED 数码显示管依次循环显示 1 2 3 9 A B C F 2 置位停止开关 K2 为 ON 时 LED 数码显示管停止显示 系统停止工作 五 五 程序流程图程序流程图 21 六 六 I O 端口分配功能表端口分配功能表 序号序号 PLC 地址地址 PLC 端子 端子 电气符号电气符号 面板端子 面板端子 功能说明功能说明 1I0 0K0启动 2Q0 0A数码控制端子 A 3Q0 1B数码控制端子 B 4Q0 2C数码控制端子 C 5Q0 3D数码控制端子 D 6主机 1M 接电源 GND电源地端 7主机 1L 2L 3L 接电源 24V电源正端 七 七 操作步骤操作步骤 1 按控制接线图连接控制回路 2 将编译无误的控制程序下载至 PLC 中 并将模式选择开关拨至 RUN 状态 3 分别拨动启动开关 K0 观察并记录 LED 数码管显示状态 拨动停止开关 K1 观察系统是否停止工 作 4 尝试编译新的控制程序 实现不同于示例程序的控制效果 八 实训总结实训总结 1 尝试分析整套系统的工作过程 2 尝试用其他不同于示例程序所用的指令编译新程序 实现新的控制过程 九 九 示例程序 参见配套光盘 示例程序 参见配套光盘 模式二 七段数码控制模式二 七段数码控制 一 一 面板图面板图 二 二 控制要求控制要求 置位启动开关 K1 为 ON 时 八段数码管开始循环显示 先是一段一段显示 显示次序是 A B C D E F G H 各段 随后显示数字及字符 显示次序是 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A b C d E F 断开启动按钮程序停止运行 三 三 I O 端口分配功能表端口分配功能表 22 序号序号 PLC 地址地址 PLC 端子 端子 电气符号电气符号 面板端子 面板端子 功能说明功能说明 1I0 0K0启动 2Q0 0A数码控制端子 A 3Q0 1B数码控制端子 B 4Q0 2C数码控制端子 C 5Q0 3D数码控制端子 D 6Q0 4E数码控制端子 E 7Q0 5F数码控制端子 F 8Q0 6G数码控制端子 G 9Q0 7H数码控制端子 H 10主机 1M 接电源 GND电源地端 11主机 1L 2L 3L 接电源 24V电源正端 四 四 操作步骤操作步骤 5 按控制接线图连接控制回路 6 将编译无误的控制程序下载至 PLC 中 并将模式选择开关拨至 RUN 状态 7 分别拨动启动开关 K0 观察并记录 LED 数码管显示状态 8 尝试编译新的控制程序 实现不同于示例程序的控制效果 五 实训总结实训总结 1 尝试分析整套系统的工作过程 2 尝试用其他不同于示例程序所用的指令编译新程序 实现新的控制过程 六 六 示例程序 参见配套光盘 示例程序 参见配套光盘 23 实训三实训三 抢答器控制抢答器控制 一 一 实训目的实训目的 1 掌握置位复位指令的使用及编程方法 2 掌握抢答器控制系统的接线 调试 操作方法 二 二 实训设备实训设备 序号名 称型号与规格数量备注 1 可编程控制器实训装置THPFSM 31 2 实训挂箱A10 3 实训导线3 号若干 4 PC MPI 或 CP5611 通讯电缆1西门子 5 计算机1自备 三 三 面板图面板图 四 四 控制要求控制要求 1 系统初始上电后 主控人员在总控制台上点击 开始 按键后 允许各队人员开始抢答 即各 队抢答按键有效 2 抢答过程中 1 4 队中的任何一队抢先按下各自的抢答按键 S1 S2 S3 S4 后 该队指示 灯 L1 L 2 L 3 L 4 点亮 LED 数码显示系统显示当前的队号 并且其他队的人员继续抢 答无效 3 主控人员对抢答状态确认后 点击 复位 按键 系统又继续允许各队人员开始抢答 直至又 有一队抢先按下各自的抢答按键 五 五 程序流程图程序流程图 24 六 六 端口分配及接线图端口分配及接线图 1 I O 端口分配功能表 序号序号 PLC 地址地址 PLC 端子 端子 电气符号电气符号 面板端子 面板端子 功能说明功能说明 1I0 0SD启动 2I0 1SR复位 3I0 2S11 队抢答 4I0 3S22 队抢答 5I0 4S33 队抢答 6I0 5S44 队抢答 7Q0 011 队抢答显示 8Q0 122 队抢答显示 9Q0 233 队抢答显示 10Q0 344 队抢答显示 11Q0 4A数码控制端子 A 12Q0 5B数码控制端子 B 13Q0 6C数码控制端子 C 14Q0 7D数码控制端子 D 15主机 1M 接电源 GND电源地端 25 16 主机 1L 2L 3L 接电源 24V V 接电源 24V 电源正端 七 七 操作步骤操作步骤 1 按控制接线图连接控制回路 2 将编译无误的控制程序下载至 PLC 中 并将模式选择开关拨至 RUN 状态 3 分别点动 开始 开关 允许 1 4 队抢答 分别点动 S1 S4 按钮 模拟四个队进行抢答 观察 并记录系统响应情况 4 尝试编译新的控制程序 实现不同于示例程序的控制效果 八 实训总结实训总结 尝试分析某队抢答后是如何将其他队的抢答动作进行屏蔽的 九 九 示例程序 参见配套光盘 示例程序 参见配套光盘 26 实训四实训四 音乐喷泉