《西门子S7-1200PLC应用项目教程》课件-项目1西门子S7-1200PLC基本概述

西门子S7-1200PLC基本概述项目一走进PLC1.101PARTTWO知识链接1.1走进PLCPLC是可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController）的英文缩写，它是一种用于自动化控制系统的电子设备，综合了计算机技术、微电子技术、自动控制技术、数字技术和通信网络技术而形成的新型通用工业自动控制装置。1.PLC的基本概念►1.1.1PLC简介1.1走进PLC►1.1.1PLC简介

PLC最初主要用以取代以前通过继电器电路实现的逻辑控制。但是随着技术的不断发展，它的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，成为具有逻辑控制功能、过程控制功能、运动控制功能、数据处理功能、联网通信功能的多功能控制器。因此，在1980年，美国电气制造商协会(NEMA)给它起了一个新的名称，叫“Programmable

Controller（可编程控制器）”，简称PC。而PC在我国通常是指个人计算机(PersoalComputer，简称PC)，因此为了避免与个人计算机的简称相混淆，在国内我们仍沿用PLC来表示可编程控制器。PLC与PC之分1.1走进PLC►1.1.1PLC简介

PLC的由来可以追溯到20世纪60年代。当时，美国汽车制造业竞争激烈，产品更新的周期越来越短，所以对生产流水线的自动控制系统更新也越来越频繁。美国通用汽车公司在对工厂生产线进行调整时，发现继电器、接触器控制系统存在修改难、体积大、噪声大、维护不方便以及可靠性差等问题，希望能够使用一种更灵活和可编程的控制系统来替代传统的继电器控制。为了解决这些问题，通用汽车公司提出了著名的“通用十条”招标指标,要求用新的控制装置取代继电接触器控制装置。随后，美国数字设备公司(DEC)根据招标的要求，于1969年研制出了世界上第一台可编程逻辑控制器(PDP-14)，并在通用汽车自动装配线上试用，效果显著。它基于集成电路和电子技术，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。2.PLC的由来1.1走进PLC►1.1.1PLC简介

（1）可靠性高、抗干扰能力强。

（2）编程简单、使用方便。

（3）功能完善、配套齐全、通用性好。

（4）体积小、能耗低

。

（5）安装简单，调试、维护方便。3.PLC的特点1.1走进PLC►1.1.1PLC简介

（1）开关量逻辑控制。

（2）模拟量控制。

（3）运动控制。

（4）数据处理。

（5）通信联网。4.PLC的应用1.1走进PLC►1.1.2PLC的结构组成图1-1PLC系统的结构组成1.1走进PLC►1.1.2PLC的结构组成1.中央处理器(CPU)

负责进行各种控制任务和数据处理,指挥PLC有条不紊的进行工作。它的主要作用是将输入信号送入PLC中按用户指令进行编译,完成用户指令规定的各种操作,将结果送到PLC的输出端子,响应各种外部设备的请求。2.存储器PLC的存储器是指用于存储系统程序、用户程序、逻辑变量、系统组态等信息。它能使PLC按照预先编写的程序进行逻辑判断、数据处理和控制输出，从而实现工业自动化系统的各种控制任务。存储器在PLC的运行过程中起着关键的作用。它有两种类型，分别是只读存储器ROM（Read-OnlyMemory）和随机存储器RAM（RandomAccessMemory）。1.1走进PLC►1.1.2PLC的结构组成3.输入/输出接口PLC的输入/输出接口是PLC与外部设备进行连接和通信的重要部分，它允许PLC读取外部信号的输入状态，并控制外部设备的输出操作。4.外部设备接口

（1）通信接口：

PLC的通信接口是PLC与其他设备进行数据交换和通信的关键部分。

（2）扩展接口：PLC的扩展接口是用于扩展PLC功能和连接外部设备的接口。1.1走进PLC►1.1.2PLC的结构组成5.编程器

编程器是用于编写、调试和修改PLC程序的设备或软件工具。西门子S7-1200PLC的编程软件STEP7V16-TIAPorta、对于特定的PLC型号，需要使用相应的编程器进行编程操作。6.电源PLC的电源是为PLC提供稳定、可靠电力供应的设备。它通常将交流电转换成供PLC的微处理器、存储器等工作所需要的直流电，它的性能好坏直接影响到PLC的可靠性。由于开关电源有输入电压范围宽、体积小、重量轻、效率高、抗干扰性能好等优点，因此目前大部分PLC采用开关式稳压电源供电，同时还向各种扩展模块提供24V直流电源。1.1走进PLC►1.1.3PLC的基本工作原理图1-2PLC循环扫描过程示意图1.1走进PLC►1.1.3PLC的结构组成1.输入采样阶段

在输入采样阶段，CPU扫描所有输入状态和数据，并将各输入状态存入对应的输入映象寄存器中，此时输入映象寄存器被刷新后，进入程序执行阶段，这个阶段在输入锁存器的作用下即使输入信号发生变化，输入映像寄存器的内容也会保持不变，而必须要循环到下一个扫描周期的输入采样阶段才能被读入。2.程序执行阶段

在程序执行阶段，PLC以先左后右、先上后下的顺序依次逐行扫描用户程序。并将相应的逻辑运算结果存入元件映像寄存器中，当执行完最后一条控制程序后，PLC扫描就会进入输出刷新阶段。3.输出刷新阶段

当用户程序执行结束后,PLC就进入输出刷新阶段。此时，PLC会将元件映象寄存器中所有输出继电器的状态转存到输出锁存器中，再经输出电路驱动相应的外部负载。1.1走进PLC►1.1.4PLC的编程语言PLC的编程语言在IEC(国际电工委员会)制定的PLC标准(IEC61131-3)中有5种编程语言：分别是：

1.梯形图(LadderDiagram,LD)，西门子PLC简称为LAD；

2.顺序功能图(SequentialFunctionChat，SFC)，对应于西门子PLC的Graph；

3.函数块图(FunctionBlockDiagram,FBD)；

4.指令表(InsrnctionList，IL)，西门子PLC称为语句表，简称为STL；5.结构文本(StructuredText,ST)，西门子PLC称为结构化控制语言，简称为SCL。其中梯形图以其直观性、形象性、实用性以及电气从业人员易于掌握等特点成为西门子S7-1200最常用的编程语言，因此本书只介绍这一种语言。1.1走进PLC1.PLC梯形图的构成要素►1.1.4PLC的编程语言

梯形图是由母线、触点、线圈等基本编程元素构成，它是从电气控制原理图演变而来的,继承了继电器控制线路的设计理念，采用图形符号的连接形式直观形象的表达电气线路的控制过程。电气控制原理图与PLC梯形图的对应关系如图1-3所示。图中左、右垂线类似继电器控制图的电源线，称为左、右母线(BusBar)。左母线可以看成是能量提供者，触点闭合则能量通过，触点断开则能量断开。这种能量流，称之为“能流”(PowerFlow)。触点对应电气控制原理图中的开关、按钮、继电器触点、接触器触点等电气元件；线圈对应电气控制原理图中的继电器线圈、接触器线圈等,通常用来控制外部的指示灯、电动机、继电器线圈、接触器线圈等。1.1走进PLC►1.1.4PLC的编程语言图1-3电气控制原理图与PLC梯形图的对应关系1.1走进PLC►1.1.4PLC的编程语言（1）母线

梯形图两侧的垂直公共线称为母线(Busbar),在左侧的竖直线称为起始母线，在右侧的竖直线称为终止母线或者右母线(终止母线可以省略)，如图1-4所示。母线相当于电路中的电源线，梯形图执行时母线之间的“能流”是从左母线开始，相当于从电源的正极出发，经过触点和线圈，终止于右母线，相当于电源的负极，可以看成是一个回路。图1-4梯形图中的母线示意图1.1走进PLC►1.1.4PLC的编程语言（2）触点

在PLC梯形图中有两类触点，分别为常开触点和常闭触点，如图1-5所示。这些触点可以是外部触点,也可以是内部继电器的状态，每一个触点都有一个标号，同一标号的触点可以反复使用。触点放置在梯形图的左侧，触点的通、断与触点的逻辑赋值有关。图1-5梯形图中的触点1.1走进PLC►1.1.4PLC的编程语言（3）线圈

线圈是表示输出信号，用于控制外部设备，如接触器、电磁阀等。PLC梯形图中的线圈种类有很多，如输出继电器线圈、辅助继电器线圈等，如图1-6所示。线圈的得、失电情况与线圈的逻辑赋值有关；线圈放置在梯形图的右侧，不能与左母线相连，若线圈无条件执行时，可借助未使用的常闭触点。图1-6梯形图中的线圈1.1走进PLC►1.1.5西门子S7系列家族产品1.SIMATICS7-200SIMATICS7-200和SMART-200系列是西门子公司生产的小型PLC，适用于各行各业，尤其是各种场合中的检测、监测及控制的自动化，在集散自动化系统中发挥了强大作用。使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。S7-200结构紧凑小巧，在实时模式下速度快，具有极高的可靠性、较强的通信能力以及丰富的扩展模块等，易于掌握，操作便捷。SMART-200增加了一个以太网接口，支持多种通信协议，可与PLC、触摸屏、变频器、伺服驱动器、上位机等连网通信，使得程序下载、设备组网更加便捷，极大地方便了通讯。两种不同类型的CPU模块，标准型和经济型，能够全方位满足不同行业、不同客户、不同设备的各种需求。1.1走进PLC►1.1.5西门子S7系列家族产品2.SIMATICS7-1200

SIMATICS7-1200是西门子公司在2009年5月正式推出的一款小型自动化系统应用领域的产品，也是目前西门子公司的主推产品之一。S7-1200设计紧凑、组态灵活且具有功能强大的指令集，这些特点的组合使它成为控制各种应用的完美解决方案。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以及板载模拟量输入组合到一个设计紧凑的外壳中来形成功能强大的控制器。1.1走进PLC►1.1.5西门子S7系列家族产品3.SIMATICS7-300

SINATICS7-300是西门子公司生产的适合中低端性能范围的小型PLC系统，它采用模块化设计，这些丰富的模块可进行各种组合，可以非常好地满足和适应自动化控制任务。多种性能等级的CPU，具有用户友好功能的全系列模块，可允许用户根据不同的应用选取相应模块。任务扩展时，可通过使用附加模块随时对控制器进行升级。具有很高的电磁兼容性以及抗冲击性和抗振性，因此拥有极高的工业适用性。广泛应用于特殊机械、纺织机械、包装机械、一般机械设备制造、控制器制造、机床制造、安装系统、电气与电子工业及相关产业。1.1走进PLC►1.1.5西门子S7系列家族产品4.SIMATICS7-1500

SIMATICS7-1500是2013年3月西门子公司专为中高端设备和工厂自动化设计的一种高性能的PLC控制系统。新一代控制系统具备高性能、高效率的优势。凭借较快的响应速度、集成的CPU显示面板及相应的调试和诊断机制，极大地提高了生产效率，降低了生产成本。集成的专有知识保护功能，如防止机器复制，能够帮助防止未授权的访问和修改。S7-1500集成了故障安全功能，为实现故障安全自动化，配置了F型(故障安全型)的控制器。另外，集成系统诊断具有强大的诊断功能，只需配置，不需要编程即可实现诊断。S7-1500的显示功能已实现了标准化，各种信息都以普通文本信息的形式在CPU显示器上显示出来。与TIA博途的无缝集成，极大提高了工程组态的效率。1.1走进PLC►1.1.5西门子S7系列家族产品

5.SIMATICS7-400

SIMATICS7-400是西门子公司生产的用于中高端性能范围的PLC控制系统。采用模块化无风扇的设计，可靠耐用，容易实现的分布式结构以及用户友好的操作使S7-400成为中、高端性能控制领域中的首选解决方案。S7-400PLC具有极高的处理速度、强大的通讯性能和卓越的CPU资源裕量。通过选择合适的S7-400组件，可实现几乎所有的自动化任务。广泛应用于通用机械工程、汽车工业、立体仓库、机床与工具过程控制、控制技术与仪表、纺织机械、包装机械、控制设备制造等领域。

西门子S7-1200的硬件

及软件开发环境1.201PARTONE知识连接1.2硬件及开发环境►1.2.1西门子S7-1200的硬件结构S7-1200主要由CPU模块、信号板、信号模块、通信模块等组成，其外观如图1-7所示。各种模块安装在标准DIN导轨上。图1-7SIMATICS7-1200

S7-1200系列以这些模块和插入式板，通过附加I/O或其它通信协议来扩展CPU的功能。扩展如图1-8所示。其中：①是通信模块(CM)或通信处理器(CP)；②是CPU（CPU1211C、CPU1212C、CPU1214C、CPU1215C、CPU1217C）；③是信号板(SB)（数字SB、模拟SB），通信板(CB)或电池板(BB)；④是信号模块(SM)（数字SM、模拟SM、热电偶SM、RTDSM、工艺SM）。图1-8S7-1200CPU的扩展1.2硬件及开发环境►1.2.1西门子S7-1200的硬件结构

1.CPU模块

S7-1200PLC的CPU是将微处理器、集成电源、输入和输出电路、内置PROFINET、高速运动控制I/O组合到一个设计紧凑的外壳中来形成功能强大的控制器。可以使用梯形图（LAD）、函数块图（FDB）和结构化控制语言（SCL）这3种编程语言。其外形如图1-9所示。图1-9SIMATICS7-1200PLC外形图

图中①是电源接口；②是存储卡插槽（位于上部保护盖下面）；③是可拆卸用户接线器（位于保护盖下面）；④是板载I/O的状态LED；⑤是PROFINET连接器（位于CPU的底部）。1.2硬件及开发环境►1.2.1西门子S7-1200的硬件结构2.通信模块（CM）

通信模块(CM)和通信处理器(CP)将增加CPU的通信选项，例如PROFIBUS或RS232/RS485的连接性（适用于PtP、Modbus或USS）或者AS-i主站。通信处理器(CP)可以提供其它通信类型的功能，例如通过GPRS、IEC、DNP3或WDC网络连接到CPU。

CPU最多支持三个通信模块或通信处理器，各通信模块或通信处理器连接在CPU的左侧（或连接到另一CM或CP的左侧），如图1-13所示。其中①是状态LED，②是通信连接器。图1-13通信模块的连接1.2硬件及开发环境►1.2.1西门子S7-1200的硬件结构3.信号板（SB）

S7-1200系列PLC的CPU支持扩展信号板(SB)，每块CPU模块内最多可以安装一块信号板。信号板使用嵌入式的安装方式，安装在CPU的正上方，如图1-14所示。其中：①是SB上的状态LED；②是可拆卸用户接线连接器。安装后不会改变CPU模块的外形，也不会增加安装的空间。它可为CPU提供附加I/O，可选择扩展数字量I/O和模拟量I/O的信号板。此外，还有通信板(CB)，可以为CPU增加其它通信端口。电池板(BB)可提供长期的实时时钟备份。图1-14信号板的连接1.2硬件及开发环境►1.2.1西门子S7-1200的硬件结构4.信号模块（SM）

数字量（又称为开关量）输入模块和数字量输出模块简称为DI模块和DO模块，模拟量输入模块和模拟量输出模块简称为AI模块和AO模块，它们统称为信号模块，简称为SM。信号模块（SM）可以为CPU增加其它功能。其安装在CPU模块的右边,如图1-15所示。其中①是状态LED，②是总线连接器滑动接头；③可拆卸用户接线连接器。图1-15信号模块的连接

信号模块包括DI/DO、AI/AO、RTD和热电偶、SM1278IO-Link主站等模块。扩展能力最强的CPU可以扩展8个信号模块，以增加数字量和模拟量输入、输出点数。1.2硬件及开发环境►1.2.1西门子S7-1200的硬件结构5.HMI基本型面板

西门子HMI基本型面板提供了触屏式设备，可显示文本、图形、动画以及触摸屏功能等，如图1-16所示。它能够提供直观的操作界面，方便用户进行监控和控制操作。可以通过以太网或串口与S7-1200PLC进行通信；可以与PLC进行数据交换，实现与控制系统的连接和数据传输；可以通过西门子的TIAPortal编程软件进行配置和编程。图1-16西门子HMI1.2硬件及开发环境►1.2.2TIAPortal集成开发环境TIAPortal集成开发环境TIAPortal(TotallyIntegratedAutomationPortal)软件，简称TIA博途，是西门子工业自动化集团发布的一款全新的全集成自动化软件。它为全集成自动化的实现提供了统一的工程平台，是软件开发领域的一个里程碑，是工业领域第一个带有“组态设计环境”的自动化