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电气自动化技术培训教程 培训 马田喜日期 2017 2 27 1 01 02 03 04 PLC发展概述 200的硬件组成及安装 200硬件性能及扩展能力 目录 contents 2 德国的西门子 SIEMENS 公司是欧洲最大的电子和电气设备制造商 生产的SIMATIC可编程序控制器在欧洲处于领先地位 其第一代可编程序控制器是1975年投放市场的SIMATICS3系列的控制系统 在1979年 微处理器技术被应用到可编程序控制器中 产生了SIMATICS5系列 取代了S3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SIMATICS7 SIMATICM7和SIMATICC7等几大系列 1 2 3 一 PLC发展概述 3 从CPU模块的功能来看 SIMATICS7 200系列小型可编程序控制器发展至今 大致经历了两代 第一代产品其CPU模块为CPU21X 主机都可进行扩展 它具有四种不同结构配置的CPU单元 CPU212 CPU214 CPU215和CPU216 对第一代PLC产品不再作具体介绍 第二代产品其CPU模块为CPU22X 是在21世纪初投放市场的 速度快 具有较强的通信能力 它具有四种不同结构配置的CPU单元 CPU221 CPU222 CPU224和CPU226 除CPU221之外 其他都可加扩展模块 1 2 一 PLC发展概述 4 一 PLC发展概述 5 一 PLC发展概述 按I O点数可分为大 中 小型三大类 小型 I O点数在256点以下 中型 I O点数在256 1024点之间 大型 I O点数在1024点以上 按硬件结构的不同可分为 整体式模块式 6 简称可编程逻辑控制器 它采用一类可编程的存储器 用于其内部存储程序 执行逻辑运算 顺序控制 定时 计数与算术操作等面向用户的指令 并通过数字或模拟式输入 输出控制各种类型的机械或生产过程 PLC的定义 一 PLC发展概述 7 二 硬件的组成与安装 1 电源 2 中央处理单元 CPU 3 存储器 4 输入输出接口电路 5 功能模块 6 通信模块 组成部分 8 二 硬件的组成与安装 I O扩展模块与安装 9 硬件性能 三 硬件性能及扩展能力 10 三 硬件性能及扩展能力 11 10 1编程软件概述10 2程序的编写与传10 3用编程软件监控与调试程序10 4使用系统块设置PLC的参数10 5S7 200仿真软件的使用 12 学习目标 了解STEP7 Micro WIN编程软件的安装 通信参数设置和修改 熟悉STEP7 Micro WIN编程软件各菜单是功能 使用和操作方法 学会用STEP7 Micro WIN编程软件创建项目 编辑 传送 监控和调试程序 熟悉S7 200仿真软件使用 13 10 1编程软件概述 1 编程软件的安装 必须使用具有Windows95以上操作系统的计算机具备下列设备的一种 一根PC PPI电缆 一个插在计算机中的CP5511 CP5611通信卡和多点接口MPI电缆 或一块MPI卡和配套的电缆 最新的STEP7 Micro WIN编程软件有V4 0版 读者可以在西门子的中文网站下载 双击STEP7 Micro WIN编程软件的安装程序setup exe 根据安装提示完成安装 进入安装程序时选择英语作为安装过程中的使用语言完成安装后 用菜单命令 工具 选项 打开 选项 对话框 在 一般 选项卡中选择语言为中文 使编程环境为中文状态 14 把PC PPI电缆的 PC RS 232端连接到计算机的RS 232通信口 可以是COM1或COM2中的任一个 把 PPI RS 485端连接到PLC的任一RS 485通信口 然后拧紧连接螺钉 设置PC PPI电缆上的DIP开关 选定计算机所支持的波特率和桢模式 用DIP的开关1 2 3设定波特率 一般默认值为9 6kbit s 开关4用来选择10和11位数据传输模式 开关5用于选择将RS 232口设置为数据通信设备 DCE 模式或数据终端设备 DTE 模式 通信准备 15 2 通信参数设置 双击指令树文件夹 通信 中的 设置PG PC接口 图标 将出现设置PG PC接口的对话框 可以安装或删除通信接口 设置检查通信接口参数等 系统默认值设置为 远程设备站 S7 200 地址为2 通信波特率为9 6kbit s 采用PC PPI电缆通信 计算机的COM1口 PPI协议 双击 通信 对话框中的刷新图标 编程软件将会自动搜索连接在网络上的所有S7 200CPU站 并为每一个搜索到的S7 200建立一个CPU图标 16 3 主界面菜单 主界面分菜单条 工具条 引导条 输出窗口 状态条 程序编辑器和局部变量表等几个区 菜单条有八个功能 文件 编辑 视图 PLC 调试 工具 窗口和帮助 17 引导条 指令树 输出窗口 程序编辑区 状态条 局部变量表 工具条 菜单 18 4 项目组成 程序块 程序块由可执行的代码和注释组成 代码由主程序 OB1 子程序和中断程序组成 代码被编译并下载到PLC 程序注释被忽略 数据块 数据块由数据和注释组成 开关量数据块一般不需要数据块 符号表 用带有实际意义的符号作为编程元件 而不直接用元件的直接地址 符号地址便于记忆 程序编译后下载到PLC时 所有的符号地址被转换为绝对地址 系统块 用来设置系统的参数和系统的组态 系统块中的信息需要下载到PLC 如果没有特殊要求 可以使用默认的参数 19 状态图表 状态图表用来观察程序执行时用户指定的变量的值和状态 状态图表并不下载到PLC 仅仅是监控用户程序运行情况的一种工具 交叉引用表 交叉引用表列举出程序中使用的各操作数在哪一个程序块的什么位置出现 以及使用它们的指令助记符 还可以查看哪些内存区域已经被使用 作为位使用还是字节使用 在运行方式下编辑程序时 可以查看程序当前正在使用的跳变信号的地址 参数设置 执行菜单命令 工具 选项 在出现的对话框中次序某一选项卡 可以进行有关项目的参数设置 4 项目组成 20 10 2程序的编写与传送 1 项目生成 新建项目 编程之前 首先要创建一个项目 用菜单命令 文件 新建 或工具条最左边的 新建 按钮 在主窗口将显示新建的项目文件主程序区 项目文件的指令树 21 新建项目 确定PLC的型号右击项目图标 在弹出的对话框中单击 类型 或用菜单命令 PLC 类型 项来选择PLC的型号 红色标记 表示对选择的PLC无效 文件更名对于新建项目文件 点击菜单 文件 另存为 在弹出的对话框中键入更改名称 项目存放在扩展名为 mwp的文件中 主程序的默认名称为MAIN 任何项目文件的主程序只要一个 22 添加子程序或中断程序添加子程序 或中断程序 的方法有3种 一是在指令树窗口中右击 程序块 图标 在弹出的对话框中单击 插入子程序 实现 二是用菜单命令 编辑 插入 子程序 实现 三是在编辑窗口右击编辑区 选择 插入 子程序 实现 新生成的子程序或中断程序根据已有的数目 子程序的默认名称为SBRn 中断程序的默认名称为INT n 用户可以自行更名 新建项目 23 打开已有项目 单击菜单命令 文件 打开 在弹出的对话框中选择已有的项目文件 也可以用工具条中的 打开 来打开已有的项目文件 从PLC上传项目 与PLC通信成功后 可用菜单命令 文件 上传 也可用工具条中的 上传 来上传一个PLC存储器的项目文件 24 2 编程模式设置 选择程序编辑器 用菜单命令 工具 选项 在弹出的选项窗口的 一般 选项卡中 可以选择程序编辑器的类型 STL编辑器 LAD编辑器和FBD编辑器 和语言 中文 英语或德语等 还可以选择使用SIMATIC指令集或IEC61131 3指令集的编程模式 指令助记符集有国际 英语 和SIMATIC 德语 两种 确定程序结构 一般数字量控制系统只有主程序 OB1 当系统规模较大 功能复杂时 除了主程序外 可能还有子程序 中断程序和数据块 25 3 程序的编辑与传送 程序的编辑 梯形图程序被划分为若干个网络 一个网络只有一块独立电路 有时一条指令也算一个网络 梯形图的编程元件主要有触点 线圈 指令盒 标点和连线组成 26 元件的输入 点击工具条上的触点 线圈 指令盒等编程按钮 将在矩形光标所在的位置上放置一个元件 在出现的窗口中可以选择元件的类型 也可以用键盘输入元件的类型 27 位逻辑指令下拉菜单 28 元件的输入 编程元件的串联时 输入和输出无分叉 从网络的开始依次输入编程元件 每输入一个元件 矩形光标自动移动到下一列 为一个梯级的开始 表示可以在此继续输入元件 红色问号 表示此处必须有操作数 点击新出现的元件上面的红色问号 后 设置该元件的地址 点击工具条上带箭头的线段 可以在矩形光标处生成元件之间的连线 29 添加输入 如果想在任意位置添加一个编程元件 只需要单击这一位置 将光标移到此处 然后输入编程元件 用工具条上的指令按钮 可以编辑复杂结构的梯形图 如要向上合并一个触点 单击此行下面的编程区域 在显示光标处输入触点 生成新的一行 将光标移到要合并的触点处 单击上行线按钮 完成向上合并 如果要在一行的某个元件向下分支 可以将光标移到该元件 单击下行线按钮 然后输入触点完成向下合并 30 插入和删除 插入和删除一行 一列 一个梯级 一个子程序或中断程序时 具体操作为 右击要进行操作的位置 选择 插入 或 删除 项 弹出子菜单 单击要插入或删除的项 然后进行编辑 或双击梯形图中的网络编号 或单击网络左边的区域 该网络的背景变暗 表示选中了整个网络 这时可以用删除键删除该网络 也可以用剪贴板复制该网络 然后将它粘贴到别的网络 用光标选中梯形图中某个编程元件后 可以删除它 或用剪贴板复制和粘贴它 31 符号表 使用符号表可将梯形图中的直接地址编号用具有实际意义的符号代替 使程序更直观 易懂 有两种使用方法 在编程时使用直接地址 如I0 0 然后打开符号表 编写与直接地址对应的符号 如与I0 0对应的符号为start 编译后由软件自动转换名称 或在编程时使用符号名称 然后打开符号表 编写与符号对应的直接地址 编译后得到相同的结果 32 局部变量表 程序中的每个程序组织单元 POU 都有64KB 字节 L存储器组成的局部变量表 用它们来定义有范围限制的变量 局部变量只有在它被创建的POU中有效 而全局变量在各POU中均有效 只能在符号表中定义 设置全局变量时 将光标移到编辑器的程序编辑区的上边缘 向下拖动上边缘 将会自动显示出局部变量表 此时可以为子程序和中断程序设置局部变量 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 但是这样的语句表不能转换为梯形图 输入语句表程序时 不能使用中文标点符号 必须使用英文标点符号 33 注释 梯形图编辑器中的Networkn表示每个网络或梯级 同时又是标题栏 可以在此为每个网络或梯级加标题或必要的注释说明使程序更加清晰易懂 双击Networkn区域 弹出对话框 可以在 网络题目 文本框中输入相关标题 在 网络注释 文本框中输入注释 34 编程语言转换 STEP7 Micro WIN编程软件可以实现梯形图 指令表和功能块图三种编程语言 编辑器 的任意切换 用菜单命令 检视 单击LAD 梯形图 STL 指令表 或FBD 功能块图 便可以进入对应的编程环境 采用LAD编辑器编程时 经过编译没有错误后 可以转换成STL程序和FBD程序 如果编译有错误时 则无法改变程序模式 而STL只有在严格按照网络块编程的格式下才能切换到LAD 否则无法实现转换 35 程序的传送 编译 完成程序的编辑后 要进行程序的传送 首先要对程序进行编译 检查程序有没有错误 用菜单命令 PLC 编译 进行离线编译 编译结束后在输出窗口显示程序的语法错误的数量 各条错误的原因和错误在程序中的位置 双击输出窗口中的某一条错误 程序编辑器中的矩形光标将会移到程序中该错误在的位置 必须改正程序中的所有错误 编译成功后才能进行下载 36 下载 PLC应处于STOP状态 用工具条中的 停止 按钮 或选择 PLC 菜单中的 停止 项 可以进入STOP状态 单击工具条中的 下载 按钮 或选择菜单命令 文件 下载 项 将会出现下载对话框 用户可以选择下载程序块 数据块和系统块 单击 确认 按钮 开始下载信息 下载成功后 确认框显示 下载成功 37 编译和下载按钮 38 梯形图程序的状态监视 利用三种程序编辑器都可以在PLC运行时监视个元件的执行结果 并可监视操作数的数值 利用梯形图编辑器可监视在线程序运行状态 梯形图中被点亮的元件表示处于接触状态 未被点亮的元件表示处于非接触状态 打开监视梯形图的方法为 一是打开 工具 菜单中的 选项 对话框 选择 LAD状态 选项 然后选择一种梯形图的样式 梯形图可选择的样式有 指令内部显示地址 外部显示值 指令外部显示地址和值 只显示状态值 二是直接打开梯形图窗口 在工具条中单击 程序状态 按钮 10 3用编程软件监控与调试程序 39 调试用工具条 40 用状态表监控程序 STEP7 Micro WIN编程软件可使用状态表监视用户程序 在程序运行时 可以用状态表来读 写监视和强制PLC的内部变量 并可以用强制操作修改用户程序 给程序的调试带来很大的方便 41 使用状态表 在引导条中单击 状态图 或 视图 菜单中的 状态图 命令 当程序运行时 可使用状态表来读 写监视和强制其中的变量 未启动状态表时 可在状态表中输入要监视变量的地址和数据 定时器和计数器可按位或按字监视 如果按位监视 显示的是他们输出位的0 1状态 如果按字监视 显示的是他们的当前值 42 用状态表强制改变数值 在RUN方式且对控制过程影响较小的情况下 可以对程序中的某些变量强制性的赋值 在输入读取阶段 强制值被当作输入读入 在程序执行阶段 强制数据用于立即读和立即写指令指定的I O点 在通信处理阶段 强制值用于通信的读 写请求 在修改输出阶段 强制数据被当作输出写入输出电路 进入STOP方式时 输出将为强制值 而不是系统块中设置的值 43 用状态表强制改变数值 通过强制V M T或C 可用来模拟逻辑条件 通过强制I O点 可用来模拟物理条件 这些功能对调试程序非常方便 但同时强制可能导致出现无法预料的情况 甚至引起事故 所以进行强制操作时要特别注意 44 用状态表强制改变数值 全部写入 完成对状态表中变量的改变后 可用全部写入功能将所有的改动传送到PLC 执行程序时 修改的数值可能被改写成新数值 物理输入点不能用此功能改动 强制 在状态表的地址列中选中一个操作数 在 新数值 列中写入希望的数据 然后按工具条中的 强制 按钮 一旦使用了强制按钮 每次扫描都会将修改的数值用于该操作数 直到取消它的强制 被强制