可编程控制器应用技术课件 项目一 -任务二 认识西门子S7-1200PLC

可编程控制器应用技术可编程控制器基础项目一可编程控制基础可编程控制器（PLC）自诞生以来拥有众多优点，成为当今工业自动化中重要的控制设备。本项目将介绍可编程控制器的入门知识。项目导读可编程控制基础知识目标了解PLC的产生、定义、发展历程和趋势。了解PLC的分类和应用。了解PLC的组成。了解西门子S7-1200PLC的硬件系统、工作原理和开发环境素质目标通过了解中国科技的飞速发展，增强民族认同感和自信心。通过了解PLC行业的发展前景，确立职业目标。技能目标能够完成西门子S7-1200PLC的安装和接线。能够正确安装和使用TIA博途软件。项目一初识可编程控制器任务一认识西门子S7-1200PLC任务二什么是可编程控制器？可编程控制器有什么用处？这些都是初学者较为关注的问题。通过学习本任务，请完成任务实施中的竞赛。任务描述任务一

初识可编程控制器任务分析

学习可编程控制器的基础知识，包括可编程控制器的产生、定义、发展、分类及主要应用，以及可编程控制器的组成，并认识市场上主流的可编程控制器，然后完成竞赛。任务一

初识可编程控制器预备知识

可编程控制器是在继电器控制和计算机控制的基础上开发出来专门在工业环境中应用的控制器。它集计算机技术、控制技术、通信技术于一体，具备逻辑控制、过程控制、运动控制、数据处理和联网通信等功能，被公认为现代工业自动化的三大支柱之一。可编程控制器，计算机辅助设计（CAD）/计算机辅助制造（CAM），机器人技术。任务一

初识可编程控制器输出电流可达2A，可以直接驱动电磁阀8系统功能扩展和升级方便10成本上可以和继电器控制装置竞争6体积小于继电器控制装置4维护方便，最好是插件式2编程简单，可现场修改程序1可靠性高于继电器控制装置3数据可以直接送入管理计算机5输入信号可以是交流电压110～220V7用户存储器容量大于4KB且能扩展91969年美国数字设备公司根据以下要求，研制出了世界上第1台可编程序控制器PDP-14PLC的产生任务一

初识可编程控制器1980年，美国电气制造商协会（nationalelectronicmanufactureassociation，NEMA）将可编程序逻辑控制器正式命名为可编程控制器（programmablecontroller），简称PC。但人们为了与个人计算机相区别，仍称它为PLC。国际电工学会（internationalelectrotechnicalcommission，IEC）在1987年2月发布的可编程控制器第三稿标准草案中，对PLC做了如下定义：可编程控制器（PLC）是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境应用而设计；它采用可编程序的存储器，用于存储内部程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等面向用户的指令，并通过数字式或模拟式输入、输出控制各种类型的机械或生产过程。PLC的定义任务一

初识可编程控制器20世纪90年代中20世纪80年代初20世纪70年代中末20世纪70年代初人们将微处理器技术引入PLC中，增加了PLC的运算、数据传送及处理功能。此时的PLC成为了真正具有计算机特征的工业控制装置实用化发展阶段超快的运算速度，超小型的体积，可靠的工业抗干扰能力，强大的模拟量运算功能，以及高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。成熟阶段PLC的发展呈现出大规模、高速度、高性能、产品系列化的特点。发展最快PLC的模拟量处理能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力等都有了大幅度提高，并逐渐进入过程控制领域。如今非常成熟随着远程I/O（输入/输出）和通信网络、数据处理及图像显示的发展，PLC成为实现工业生产自动化的三大支柱之一PLC的发展历程任务一

初识可编程控制器产品规模两极化一方面，大力发展速度更快、性价比更高的小型和超小型PLC，以满足单机及小型自动控制的需要；另一方面，向高速度、大容量、技术完善的大型PLC方向发展。通信网络化网络控制是当前控制系统和PLC技术发展的潮，为了加强PLC的联网能力，制造商都在发展专用的通信模块和通信软件。随着工业网络技术的发展，各PLC制造商之间也在寻求统一的通信标准，以构成更大的网络系统。结构模块化，智能化近年来，PLC厂家先后开发了不少新器件和模块，如智能I/O模块、温度控制模块和专门用于检测PLC外部故障的专用智能模块等。这些智能模块本身就是一个小的微型计算机系统，有很强的信息处理能力和较完善的控制功能，可以简化系统设计和编程，完成PLC的主CPU难以兼顾的功能，提高PLC的适应性和可靠性。PLC的发展趋势任务一

初识可编程控制器整体式PLC：是将电源、CPU、存储器、I/O单元等集中在一个机壳内，形成一个整体欧姆龙CQM1H系列

西门子S7-300系列

三菱Q系列模块式PLC：按照各组成部分的功能不同分成若干个模块，如电源模块、CPU模块、I/O模块、通信模块欧姆龙CPM1A系列

西门子S7-200系列

三菱FX2N系列的PLC按结构形式分类：PLC的分类任务一

初识可编程控制器按功能分类：按照其功能强弱，分为低

档机、中档机和高档机3类。小型PLC多为低档机，中PLC多为

中档机，而大型PLC多为高档机。按I/O点数分类：根据其I/O点数的多少，PLC可分为小型机、中型机和大型机3类。

将I/O点数在256点以下的PLC称为小型PLC，如西门子S7-1200系列；

将I/O点数在256～2048之间的PLC称为中型PLC，如西门子S7-300系列

将I/O点数在2048以上的PLC称为大型PLC，如西门子S7-400系列

PLC的分类任务一

初识可编程控制器数据处理工业过程控制运动控制开关量逻辑控制通信和联网PLC已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，其应用方向主要有以下几类。取代传统的继电器-接触器控制，实现逻辑控制和顺序控制。采用相应的A/D和D/A转换模块及各种各样的控制算法来处理这些模拟量，完成闭环控制。PLC将描述目标位置的数据送给位置控制模块，位置控制模块控制电机移动一轴或多轴到目标位置PLC将采集到的数据与存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，或者利用通信接口传送到指定的智能装置进行处理。PLC通信通常包括PLC与PLC之间、与上位机之间、与其他智能设备之间的通信。PLC与其他智能控制设备一起，构成“集中管理、分散控制”的分布式控制系统PLC的应用任务一

初识可编程控制器PLC的组成任务一

初识可编程控制器

软件系统12

硬件系统PLC硬件系统任务一

初识可编程控制器PLC的硬件系统包括CPU（中央处理器）、存储器、输入/输出单元、外设I/O接口（通信接口）、I/O扩展接口、电源等部分。1整体式PLC整体式PLC的硬件组成，所有单元在同一机壳内PLC硬件系统任务一

初识可编程控制器2模块式PLC模块式PLC的硬件组成，各部件独立封装成模块，各模块通过总线连接0105020304PLC硬件系统任务一

初识可编程控制器尽管整体式PLC与模块式PLC的结构不太一样，但各部分的功能是相同的，主要硬件组成包括CPU输入/输出单元也称I/O单元或I/O模块存储器外设I/O接口智能接口模块PLC硬件系统任务一

初识可编程控制器在PLC中，CPU在系统监控程序的控制下，通过循环扫描方式，将外部输入信号的状态写入输入映像寄存器中，PLC进入运行状态后，从存储器中逐条读取用户指令，按指令规定的任务进行数据传送、逻辑运算、算术运算等操作，然后将结果送到输出映像寄存器中。PLC硬件系统任务一

初识可编程控制器PLC的存储器按照读写方式不同，可分为只读存储器和随机存储器；按照用途和功能不同，可分为系统程序存储器和用户存储器。

系统程序存储器主要存放PLC生产厂家编写的系统程序并固化在只读存储器中，用户不能访问和修改；而用户存储器专门用来存储用户的程序和数据，常存放在可电擦除可编程的只读存储器（EEPROM）和随机存储器（RAM）中由于系统程序与用户无直接联系，所以在PLC产品样本或使用手册中所列存储器的形式及容量是指用户存储器。为避免出现用户存储器容量不够用的情况，许多PLC提供了存储器扩展功能PLC硬件系统任务一

初识可编程控制器输入/输出单元外设I/O接口智能接口模块是PLC与工业生产现场之间的连接部件。PLC输入单元是将外部电路的状态或数据，通过光电耦合电路送至PLC内部电路中。PLC输出单元是将PLC的输出信号转换为可以驱动外部电路的信号，以便控制执行元件通信接口与监视器、打印机、其他PLC、计算机等设备实现信息交互。例如，PLC可以通过Profibus通信接口与其他PLC连接，组成多机系统或连成网络，实现更大规模的控制；可以通过以太网通信接口与计算机连接，组成多级分布式控制系统，实现控制与管理相结合为了适应较复杂的控制需要，PLC还有一些智能接口模块，也称为智能控制单元，如PID模块、高速计数器模块、温度控制模块等。这类模块大多带有单独的CPU，有一定的数据处理能力PLC软件系统任务一

初识可编程控制器

一般包括系统诊断程序、输入处理程序、编译程序、信息传送程序、监控程序等用户根据控制要求编写的应用程序，主要功能包括以下3个方面。（1）检查是否满足热启动需要的条件，如限位开关是否在正确位置。（2）处理过程数据。例如，用数字量输入信号来控制数字量输出信号，读取和处理模拟量输入和输出模拟量等。（3）用OB（组织块）中的程序对中断事件做出反应。例如，在诊断错误终端组织块中发出报警信号，以及处理异常信号等。系统程序用户程序市场上主流的PLC任务一

初识可编程控制器美国欧洲日本生产大国，A-B（罗克韦尔）公司是其最大制造商制造商包括德国的西门子公司、法国的TE公司、施耐德电气公司等三菱、欧姆龙、松下、富士、日立、东芝主推小型机项目一初识可编程控制器任务一认识西门子S7-1200PLC任务二任务二：认识西门子S7-1200PLCS7-1200PLC作为西门子公司在小型PLC领域的主打产品，吸纳了S7-200PLC和S7-300PLC的优点，将逻辑控制、人机接口和网络控制功能集成于一体，具有模块化、结构紧凑、功能全面、组态灵活和集成工业以太网通信接口等特点，可满足小型独立的离散控制系统处理复杂控制任务的需求。请通过学习本任务，完成任务实施中的安装等任务。任务描述任务分析首先学习西门子S7-1200PLC的软硬件组成，然后完成西门子S7-1200PLC硬件电路的安装和接线，以及TIA博途软件的安装和使用。任务二：认识西门子S7-1200PLC

西门子S7-1200PLC的硬件系统任务二：认识西门子S7-1200PLC西门子S7-1200PLC采用模块式结构，将主要模块（CPU模块、信号板、信号模块和通信模块等）安装在标准DIN导轨或面板上。用户可以根据自身的需求确定PLC的结构，系统扩展方便。

西门子S7-1200PLC的硬件系统任务二：认识西门子S7-1200PLC特征和功能CPU1211CCPU1212CCPU1214CCPU1215CCPU1217CCPU的类型DC/DC/DC、DC/DC/RLY、AC/DC/RLYDC/DC/DC本机数字量I/O点数6/48/614/10本机模拟量I/O通道数2/02/2输入过程映像（I）1024个字节输出过程映像（Q）1024个字节工作存储区50KB75KB100KB125KB150KB装载存储区1MB2MB4MB位存储器（M）4096个字节8192个字节可扩展信号模块个数无28信号板、电池板或通信板1最大本地数字量I/O点数1482284最大本地模拟量I/O通道13196769高速计数器最多可组态6个使用任意内置或信号板输入的高速计数器脉冲输出最多可组态4个使用任意内置或信号板输出的脉冲输出上升沿/下降沿中断点数6/68/812/12脉冲捕获输入点数6814PROFINET接口12数据日志每次最多打开8个每个数据日志为500MB或受最大可用装载存储器用量限制外观尺寸/mm90×100×75110×100×75130×100×75150×100×75S7-1200PLC的CPU将微处理器、集成电源、输入和输出电路、内置PROFINET、高速运动控制I/O及板载模拟量输入组合到一个设计紧凑的外壳中，形成功能强大的控制器。右表为主要模块的技术参数CPU模块

西门子S7-1200PLC的硬件系统任务二：认识西门子S7-1200PLC信号板分类名称作用DI/DOSB12214点的数字量输入信号板SB12224点的数字量输出信号板SB122312点输入/2点输出的数字量输入/输出信号板AI/AOSB1231112位的模拟量输入信号板SB12311个通道的热电偶和1个通道的热电阻模拟量输入信号板通信板CB1241RS485接口和9针d-sub插座信号板（signalboard，SB）是S7-1200PLC所特有的硬件设置，任何一种CPU模块都可以在其正面安装一块信号板。S7-1200PLC的信号板主要包括数字量输入/输出（DI/DO）板、模拟量输入/输出（AI/AO）板和通信板

西门子S7-1200PLC的硬件系统

S7-1200PLC的信号模块（I/O模块）也称为SM模块，主要用于扩展PLC的输入/输出点数，增加PLC的附加功能。信号模块通常安装在CPU模块的右侧。

信号模块按其信号类型不同，可分为数字量模块和模拟量模块。其中，数字量模块包括数字量输入模块、数字量输出模块和数字量输入/输出模块，模拟量模块包括模拟量输入模块、模拟量输出模块和模拟量输出/输出模块。任务二：认识西门子S7-1200PLC信号模块

西门子S7-1200PLC的硬件系统任务二：认识西门子S7-1200PLC信号模块SM1223数字量输入/输出模块6ES7223-1BH32-0XB08/8DC24V，0.5A6ES7223-1BL32-0XB016/16DC24V，0.5A6ES7223-1PH32-0XB08/8（RLY）DC24V/2A6ES7223-1PL32-0XB016/16（RLY）DC24V/2A6ES7223-1QH32-0XB08/8（RLY）AC120V/2A型号类型订货号输入/输出点数

及类型输入/输出电源类型SM1221数字量输入模块6ES7221-1BF32-0XB08/0DC24V6ES7221-1BH32-0XB016/0DC24VSM1222数字量输出模块6ES7222-1BF32-0XB00/8DC24V，0.5A6ES7222-1BH32-0XB00/16DC24V，0.5A6ES7222-1HF32-0XB00/8（RLY）2A6ES7222-1HH32-0XB00/16（RLY）2A6ES7222-1XF32-0XB00/8（RLY双态）2A型号相关说明SM1231模拟量输入模块包括4路、8路的13位模块和4路的16位模块，可选±10V、±5V、0～20mA和4～20mA等多种量程SM1231热电偶和热电阻模块包括4路、8路的热电偶模块和4路、8路的热电阻模块，可选多种量程的传感器SM1232模拟量输出模块包括2路和4路的模拟量输出模块，±10V电压输出为14位，0～20mA和4～20mA电流输出为13位SM1234模拟量输入/输出模块包括4路模拟量输入和2路模拟量输出，输入为13位，输出为14位数字量I/O模块模拟量I/O模块

西门子S7-1200PLC的硬件系统任务二：认识西门子S7-1200PLC通信模块S7-1200PLC集成了PROFINET（一种基于工业以太网技术的现场总线）接口，CPU可以通过这个接口与计算机、PROFINETI/O设备及使用标准TCP协议的设备进行通信在CPU的左边，最多还可以安装3个通信模块。这些模块可以是点对点模块、PROFIBUS模块、工业远程通信模块、AS-i接口模块和IO-Link模块。通信模块的能力代表了PLC的组网能力

西门子S7-1200PLC的工作原理任务二：认识西门子S7-1200PLCS7-1200PLC采用循环扫描的工作方式，即“顺序扫描，循环工作”。当PLC正常运行时，它将根据用户按控制要求编制的程序，按照指令序号循环扫描。工作原理0.15微妙西门子S7-1200PLC的工作原理和工作模式

西门子S7-1200PLC的工作原理任务二：认识西门子S7-1200PLC输入采样程序执行输出刷新扫描周期如果忽略远程I/O特殊模块和其他通信服务，扫描过程可分为下面这3个阶段CPU首先扫描所有输入端子，并将各输入状态存入对应的输入映像寄存器中。此时，输入映像寄存器被刷新，接着进入程序执行阶段。根据PLC梯形图程序扫描原则，CPU按先左后右、先上后下的顺序逐点扫描。对输出映像寄存器来说，每一个元件（软继电器）的状态都会随着程序执行过程而变化在所有指令执行完毕后，输出映像寄存器中所有输出继电器的状态（接通/断开）在输出刷新阶段转存到输出锁存器中，通过一定方式驱动外部负载。

西门子S7-1200PLC的工作原理任务二：认识西门子S7-1200PLC在程序执行阶段和输出刷新阶段，输入映像寄存器与外界隔离，无论输入信号如何变化，其内容保持不变，直到下一个扫描周期的输入采样阶段，才重新写入输入端的新内容。提示

西门子S7-1200PLC的工作模式任务二：认识西门子S7-1200PLCSTOPSTARTUPRUNSTOP模式下，CPU不执行任何程序，此时用户可以编辑、修改、下载和上传程序STARTUP模式下，CPU将执行一次“启动OB”程序（如果存在）RUN模式下，CPU重复执行PLC程序.用户可以监视和修改输入接口的状态和数据，但无法修改和下载程序

西门子S7-1200PLC的开发环境任务二：认识西门子S7-1200PLCTIA博途（TIAProtal）软件将所有的自动化软件工具都统一到一个开发环境中，是自动化行业内首个采用统一工程组态和软件项目环境的自动化软件。TIA博途软件包含TIA博途STEP7、TIA博途WinCC、TIA博途Startdrive和TIA博途SCOUT等，用户可以根据实际应用情况，购买一种或几种软件产品的组合。

安装西门子S7-1200PLC任务二：认识西门子S7-1200PLC安装西门子S7-1200PLC前，需先将DIN导轨固定到安装板上。S7-1200PLC可以方便地安装在标准导轨或面板上，并且可以采用水平或垂直两种安装方式。CPU的安装25cm3312（a）DIN导轨安装方式（b）面板安装方式（c）水平安装方式（d）垂直安装方式1—卡夹处于锁紧位置；2—卡夹处于伸出位置；3—模块前端与机柜内壁间的深度(b)(c)(d)(a)

安装时，要注意几点：①

垂直安装时，允许的最大环境温度比水平安装时低10℃；②

在安装或拆卸任何模块（含引线）之前，要确保电源处于断开状态；③S7-1200PLC必须安装在外壳、控制柜或电控室内；④S7-1200PLC必须与热辐射、高压和电噪声隔离开。提示

安装西门子S7-1200PLC任务二：认识西门子S7-1200PLC（1）供电电源接线。S7-1200PLC有两种供电方式，即DC24V和AC120～240V，供电端子的接线方法如下图。其中，标记为L+/M的电源端子为直流电源端，而标记为L1/N的电源端子为交流电源端，接线时必须首先确认CPU的类型及其供电方式。S7-1200PLC的接线直流电源接线方法

交流电源接线方法

安装西门子S7-1200PLC任务二：认识西门子S7-1200PLC（2）数字量模块接线包括数字量输入模块和数字量输出模块接线S7-1200PLC的接线漏型输入时数字量输入公共端1M接24V直流电源的负极源型输入时，数字量输入公共端1M接24V直流电源的正极S7-1200PLC的