电气类毕业实习报告.doc

目录前言21.实习目的21.1.plc的历史21.2.plc的前景32.实习内容52.1.S7-200 PLC的结构52.2.S7-200 CPU 22X 的电源62.3.S7-200 的工作方式62.4.S7-200CPU22X的输入/输出接口72.5.S7-200 CPU的扩展模块72.6.S7-200 PLC的寻址方式及内部数据存储区82.7.S7-200系列PLC数据存储区及元件功能113.实习总结13前言早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种采用微型计算机技术的工业控制装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机(Personal Computer)的简称混淆，自1966年美国数据设备公司（DEC）研制出现，现行美国，日本，德国的可编程序控制器质量优良，功能强大。PLC叫做可编程控制器，主要用来做逻辑控制的，它是由一个微电脑主机和输入输出单元组成的。输入输出主要是开关信号，现在已经发展有模拟信号；主要原理是控制器接受到输入信号，按照一定的逻辑关系，在控制器上进行运算，并将输出结果送到输出单元。比如一个学校的打铃机就可以用PLC实现，它没有输入，只有一个输出接在电铃的开关上，用时间程序控制电铃的开停。8：008：01 打铃表示上课，8：45-8：46表示下课，一次将一天、一周的所有打铃都便进去，就可实现自动打铃。这只是一个最简单的应用，它主要用来控制化工、冶金、建材等多种生产过程的自动化。1.实习目的通过本次课程设计让学生了解到PLC的内部结构以及工作原理，学习并掌握S7-200可编程指令系统，熟悉各个指令及其应用，培养学生利用PLC技术开发的综合能力。重点应用实际。1.1.plc的历史1968年美国通用汽车公司提出取代继电器控制装置的要求。1969 年，美国数字设备公司研制出了第一台可编程控制器 PDP14 ，在美国通用汽车公司的生产线上试用成功，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这是第一代可编程序控制器，称Programmable，是世界上公认的第一台PLC。1969年，美国研制出世界第一台PDP-141971年，日本研制出第一台DCS-81973年，德国研制出第一台PLC1974年，中国研制出第一台PLC20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。个人计算机发展起来后，为了方便和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）。20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。20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。20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。这个时期发展了大型机和超小型机、诞生了各种各样的特殊功能单元、生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。1.2.plc的前景中国经济的发展主要特点：1 、中国还是制造业大国，是世界的生产加工中心，有大量的制造业，就必须用各种生产设备，大部分生产设备都和 PLC 有关，需要大量的精通 PLC 控制的从业人员。2 、产业结构已发生调整，逐渐有劳动力密集型转化为技术密集型，大量的新设备被采用，这些设备很多都和 PLC 控制相关，需大量的高技术人才。和 PLC 有关的从业人员主要有：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。2.实习内容S7系列PLC分为S7-200小型机、 S7-300中型机、S7-400大型机。S7-200系列PLC是西门子公司20世纪90年代推出的整体式小型机，其结构紧凑、功能强，具有很高的性能价格比，在中小规模控制系统中应用广泛。2.1.S7-200 PLC的结构 1、S7-200 CPU的类型从CPU模块的功能来看，SIMATIC S7-200系列小型PLC发展至今，大致经历了两代：第一代产品，其CPU模块为CPU 21X，主机都可进行扩展，它具有四种不同配置的CPU单元：CPU 212，CPU 214，CPU 215和CPU 216，本书不介绍该产品。第二代产品，其CPU模块为CPU 22X，主机都可进行扩展，它具有五种不同配置的CPU单元：CPU 221，CPU 222，CPU 224和CPU 226和CPU226XM，除CPU 221之外，其它都可加扩展模块，是目前小型PLC的主流产品。本书将介绍CPU22X系列产品。 对于每个型号，西门子厂家都提供有产品货号，根据产品货号可以购买到指定类型的PLC。2、S7-200 CPU 22X 系列技术性能CPU 221：用户程序和数据存储容量较小，有一定的高速计数处理能力，适合用于点数少的控制系统。CPU222：和CPU221相比，它可以进行一定模拟量的控制，可以连接2个扩展模块，应用更为广泛。CPU224：和前两者相比，存储容量扩大了一倍，有内置时钟，它有更强的模拟量和高速计数的处理能力，使用很普遍。CPU 226：和CPU224相比，增加了通信口的数量，通信能力大大增强，可用于点数较多、要求较高的小型或中型控制系统。CPU226XM：它是西门子公司推出的一款增强型主机，主要在用户程序和数据存储容量上进行了扩展，其他指标和CPU 226相同。2.2.S7-200 CPU 22X 的电源对于每个型号，西门子厂家都提供24V DC和120V/240VAC两种电源供电的CPU类型。可在主机模块外壳的侧面看到电源规格。输入接口电路也分有连接外信号源直流和交流两种类型。输出接口电路主要有两种类型，即交流继电器输出型和直流晶体管输出型。CPU 22X系列PLC可提供五个不同型号的10种基本单元CPU供用户选用，其类型及参数如表2-2所列。在安装和拆除S7-200之前，必须确认该设备的电源已断开， 并遵守相应的安全防护规范。如果在带点情况下对S7-200及相关设备进行安装或接线有可能导致电击和设备损坏。2.3.S7-200 的工作方式（1） S7-200的工作过程 S7-200在扫描循环中完成一系列任务。任务循环执行一次称为一个扫描周期。S7-200的工作过程如图4所示。在一个扫描周期中，S7-200主要执行下列五个部分的操作：（）读输入：S7-200从输入单元读取输入状态，并存入输入映像寄存器中。（）执行程序：CPU根据这些输入信号控制相应逻辑，当程序执行时刷新相关数据。程序执行后，S7-200将程序逻辑结果写到输出映像寄存器中。（）处理通讯请求：S7-200执行通讯处理。（）执行CPU自诊断：S7-200检查固件、程序存储器和扩展模块是否工作正常（）写输出：在程序结束时，S7-200将数据从输出映像寄存器中写入把输出锁存器，最后复制到物理输出点，驱动外部负载。（2）、S7-200 CPU的工作模式 S7-200有两种操作模式：停止模式和运行模式。CPU面板上的LED状态灯可以显示当前的操作模式。 在停止模式下，S7-200不执行程序，您可以下载程序和CPU组态。在运行模式下，S7-200将运行程序。 S7-200提供一个方式开关来改变操作模式。您可以用方式开关（位于S7-200前盖下面）手动选择操作模式：当方式开关拨在停止模式，停止程序执行；当方式开关拨在运行模式，启动程序的执行；也可以将方式开关拨在TERM（终端）（暂态）模式，允许通过编程软件来切换CPU的工作模式，即停止模式或运行模式。如果方式开关打在STOP或者TERM模式，且电源状态发生变化，则当电源恢复时，CPU会自动进入STOP模式。如果方式开关打在RUN模式，且电源状态发生变化，则当电源恢复时，CPU会进入RUN模式。2.4.S7-200CPU22X的输入/输出接口S7-200主机配置的输入接口是数字信号输入接口。为了提高抗干扰能力，输入接口均有光电隔离电路，即由发光二极管和光电三极管组成的光电耦合器。S7-200主机配置的输出接口通常是继电器和晶体管输出型。继电器输出型为有触点输出，外加负载电源既可以是交流，也可以是直流。CPU 226 AC/DC/继电器输出的CPU外围接线图如图2-5所示。2.5.S7-200 CPU的扩展模块当主机的I/O点数不够用或需要进行特殊功能的控制时，通常要进行I/O的扩展。I/O扩展包括I/O点数的扩展和功能模块的扩展。不同的CPU有不同的扩展规范， 它主要受CPU的寻址能力限制。在使用时可参考西门子S7-200的系统手册。（1）数字量 I/O 扩展模块常用的数字量输入输出扩展模块有三类，即输入扩展模块、输出扩展模块、输入/输出扩展模块。S7-200系列PLC数字量I/O扩展模块,当需要完成某些特殊功能的控制任务时，CPU主机可以连接扩展模块，利用这些扩展模块进一步完善CPU的功能。常用的扩展模块有两类，即模拟量输入输出扩展模块、特殊功能模块。模拟量扩展模块类型如表2-4所列。S7-200 主机的特殊功能模块有多种类型，例如：功能模块有EM253位置控制模块、EM277 -DP模块、EM241调制解调器模块、CP243-1以太网模块、CP243-2 AS-I接口模块等。（2）I/O 点数扩展和编址 S7-200 CPU22X 系列的每种主机所提供的本机I/O点的I/O地址是固定的，进行扩展时，可以在CPU右边连接多个扩展模块。如图所示，每个扩展模块的组态地址编号取决于各模块的类型和该模块在I/O链中所处的位置。输入与输出模块的地址不会冲突，模拟量控制模块地址也不会影响数字量。 编址方法是同样类型输入或输出点的模块在链中按所处的位置而递增，这种递增是按字节进行的，如果CPU或模块在为物理I/0点分配地址时未用完一个字节，那些未用的位也不能分配给I/O链中的后续模块。 例如，某一控制系统选用CPU224，系统所需的输入输出点数为：数字量输入24点、数字量输出20点、模拟量输入6点和模拟量输出2点。 本系统可有多种不同模块的选取组合，并且各模块在I/O链中的位置排列方式也可能有多种，图2-6所示为其中的一种模块连接形式。表2-5所示为其对应的各模块的编址情况。数字量模块总是保留以8位（1个字节）递增的过程映象寄存器空间。如果模块没有给保留字节中每一位提供相应的物理点，那些未用位不能分配给I/O链中的后续模块。对于输入模块，这些保留字节中未使用的位会在每个输入刷新周期中被清零。 模拟量I/O点总是以两点递增的方式来分配空间。如果模块没有给每个点分配相应的物理点，则这些I/O点会消失并且不能够分配给I/O链中的后续模块。2.6.S7-200 PLC的寻址方式及内部数据存储区S7-200 CPU将信息存储在不同的存储单元，每个单元都有惟一的地址。S7-200CPU使用数据地址访问所有的数据，称为寻址。输入输出点、中间运算数据等各种数据类型具有各自的地址定义，大部分指令都需要指定数据地址。本节将从S7-200的数据长度、寻址、寻址方式和内部数据存储区几个方面进行介绍。1）数据长度S7-200 寻址时，可以使用不同的数据长度。不同的数据长度表示的数值范围不同。S7-200 指令也分别需要不同的数据长度。S7-200系列在存储单元所存放的数据类型有布尔型( BOOL)、整数型( INT )、实数型和字符串型四种。数据长度和数值范围如表6所列。 实数的格式实数（浮点数）由32位单精度数表示，其格式按照ANSI/IEEE 754-1985标准中所描述的形式。实数按照双字长度来存取。对于S7-200来说，浮点数精确到小数点后第六位。因而当使用一个浮点数常数时，最多可以指定到小数点后第六位。 实数运算的精度在计算中涉及到非常大和非常小的数，则有可能导致计算结果不精确。 字符串的格式字符串指的是一系列字符，每个字符以字节的形式存储。字符串的第一个字节定义了字符串的长度，也就是字符的个数。一个字符串的长度可以是0到254个字符，再加上长度字节，一个字符串的最大长度为255个字节。而一个字符串常量的最大长度为126字节。 布尔型数据（0或1）。 S7-200CPU不支持数据类型检测例如：可以在加法指令中使用VW100中的值作为有符号整数，同时也可以在异或指令中将VW100中的数据当作无符号的二进制数。 S7-200提供各种变换指令，使用户能方便地进行数据制式及表达方式的变换。2）常数在S7-200的许多指令中，都可以使用常数值。常数可以是字节、字或者双字。S7-200以二进制数的形式存储常数，可以分别表示十进制数、十六进制数、ASCII码或者实数（浮点数）。S7-200指令中的常数表示法如表2-7所示。3）寻址方式在S7-200系列中，寻址方式分为两种：直接寻址和间接寻址。直接寻址方式是指在指令中直接使用存储器或寄存器的元件名称和地址编号，直接查找数据。间接寻址是指使用地址指针来存取存储器中的数据，使用前，首先将数据所在单元的内存地址放入地址指针寄存器中，然后根据此地址存取数据。本书仅介绍直接寻址。 直接寻址时，操作数的地址应按规定的格式表示。指令中数据类型应与指令相符匹配。在S7-200系列中，可以按位、字节、字和双字对存储单元进行寻址。寻址时，数据地址以代表存储区类型的字母开始，随后是表示数据长度的标记，然后是存储单元编号；对于按位寻址，还需要在分隔符后指定位编号。在表示数据长度时，分别用B、W、D字母作为字节、字和双字的标识符。1）位寻址位寻址是指按位对存储单元进行寻址，位寻址也称为字节位寻址，一个字节占有8个位。位寻址时，一般将该位看作是一个独立的软元件，像一个继电器一样，看作它有线圈及常开、常闭触点，且当该位置1时，即线圈“得电”时，常开触点接通，常闭触点断开。由于取用这类元件的触点只是访问该位的“状态”，因此可以认为这些元件的触点有无数多对。字节.位寻址一般用来表示“开关量”或“逻辑量”。I3.4表示输入映像寄存器3号字节的4号位。位寻址的表示方法如图2-7所示。 位寻址的格式：区域标识字节地址.位地址 2）字节寻址（8 bit） 字节寻址由存储区标识符、字节标识符、字节地址组合而成。如VB100，其字节寻址方式如图2-8所示。字节寻址的格式：区域标识字节标识符.字节地址3）字寻址（16 bit） 字寻址由存储区标识符、字标识符及字节起始地址组合而成。如VW100，其字寻址方式如图2-8所示。字寻址的格式：区域标识字标识符.字节起始地址4）双字寻址（32 bit） 双字寻址由存储区标识符、双字标识符及字节起始地址组合而成。如VD100，其双字寻址方式如图2-8所示。双字寻址的格式：区域标识双字标识符.字节起始地址 为使用方便和使数据与存储器单元长度统一，S7-200系列中，一般存储单元都具有位寻址、字节寻址、字寻址及双子寻址4种寻址方式。寻址时，不同的寻址方式情况下，选用同一字节地址作为起始地址时，其所表示的地址空间是不同的。在S7-200中，一些存储数据专用的存储单元不支持位寻址方式，主要有模拟量输入/输出、累加器、定时器和计数器的当前值存储器等。而累加器不论采用何种寻址方式，都要占用32位，模拟量单元寻址时均以偶数标志。此外，定时器、计数器具有当前值存储器及位存储器，属于同一个器件的存储器采用同一标号寻址。2. 7.S7-200系列PLC数据存储区及元件功能1)、输入继电器 (I)输入继电器用来接受外部传感器或开关元件发来的信号，是专设的输入过程映像寄存器。它只能由外部信号驱动程序驱动。在每次扫描周期的开始，CPU总对物理输入进行采样，并将采样值写入输入过程映像寄存器中。输入继电器一般采用八进制编号，一个端子占用一个点。它有4种寻址方式即可以按位、字节、字或双字来存取输入过程映像寄存器中的数据。位：I字节地址位地址 如：I0.1字节、字或双字： I长度起始字节地址 如：IB3 IW4 ID02)、输出继电器（Q）输出继电器是用来将PLC的输出信号传递给负载，是专设的输出过程映像寄存器。它只能用程序指令驱动。在每次扫描周期的结尾，CPU将输出映像寄存器中的数值复制到物理输出点上，并将采样值写入，以驱动负载。输出继电器一般采用八进制编号，一个端子占用一个点。它有4种寻址方式即可以按位、字节、字或双字来存取输出过程映像寄存器中的数据。位：Q字节地址位地址如：Q0.2字节、字或双字： Q长度起始字节地址如：QB2QW6QD43) 变量存储区（V）用户可以用变量存储区存储程序执行过程中控制逻辑操作的中间结果，也可以用它来保存与工序或任务相关的其他数据。它有4种寻址方式即可以按位、字节、字或双字来存取变量存储区中的数据。位：V字节地址位地址如：V10.2字节、字或双字： V数据长度 起始字节地址如：VB 100、VW200, VD3004)、位存储区（M）在逻辑运算中通常需要一些存储中间操作信息的元件，它们并不直接驱动外部负载，只起中间状态的暂存作用，类似于继电器接触系统中的中间继电器。在S7-200系列PLC 中，可以用位存储器作为控制继电器来存储中间操作状态和控制信息。一般以位为单位使用。位存储区有4种寻址方式即可以按位、字节、字或双字来存取位存储器中的数据。位：M字节地址位地址 如：M0.3字节、字或双字：M 长度起始字节地址 如：MB4 MW10MD45)、 特殊标志位（SM）特殊标志位为用户提供一些特殊的控制功能及系统信息，用户对操作的一些特殊要求也要通过SM通知系统。特殊标志位分为只读区和可读可写区两部分。只读区特殊标志位，用户只能使用其触点，如：SM0.0RUN监控，PLC 在RUN状态时，SM0.0总为1。SM0.1初始化脉冲，PLC由STOP转为RUN时，SM0.1接通一个扫描周期。SM0.2当RAM中保存的数据丢失时，SM0.2接通一个扫描周期。SM0.3PLC 上电进入RUN时，SM0.3 接通一个扫描周期。SM0.4该位提供了一个周期为1 min，占空比为0.5的时钟。SM0.5该位提供了一个周期为1 S，占空比为0.5的时钟。SM0.6该位为扫描时钟，本次扫描置1，下次扫描置0，交替循环。可作为扫描计数器的输入。SM0.7该位指示CPU工作方式开关的位置，0=TERM，1=RUN。通常用来在RUN状态下启动自由口通信方式。 可读可写特殊标志位用于特殊控制功能，如用于自由口设置的SMB30，用于定时中断时间设置的SMB34/SMB35，用于高速计数器设置的SMB36SMB62，用于脉冲输出和脉冲调制的SMB66SMB85