S7-1200-PLC编程及应用第三版-廖常初-课件-第1章

《S7-1200PLC编程及应用第3版》重庆大学廖常初第1章S7-1200的硬件与硬件组态1.1S7-1200的硬件1.1.1S7-1200的硬件结构S7-1200主要由CPU、信号板、信号模块、通信模块和编程软件组成。1．CPU模块CPU内可以安装一块信号板，集成的PROFINET接口用于与编程计算机、HMI、其他PLC或其他设备通信。2．信号模块DI、DQ、AI、AQ模块统称为信号模块SM，安装在CPU模块的右边，最多可以扩展8个信号模块。输入模块用来接收和采集输入信号，输出模块用来控制输出设备和执行器。信号模块除了传递信号外，还有电平转换与隔离的作用。3．通信模块通信模块安装在CPU模块的左边，最多可以安装3块通信模块。4．精简系列面板第二代精简面板与S7-1200配套，用TIA博途中的WinCC组态。5．编程软件TIA是全集成自动化的简称，TIA博途是西门子自动化的全新工程设计软件平台。S7-1200用TIA博途中的STEP7Basic或STEP7Professional编程。1.1.2CPU模块1．CPU的共性1）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。2）S7-1200集成了最大150KB的工作存储器、最大4MB的装载存储器和10KB的保持性存储器。3）集成的数字量输入电路的输入类型为漏型/源型，DC24V，4mA。继电器输出可用于直流交流电压，2A。场效应管输出DC24V，0.5A。最多4路脉冲输出。4）2点集成的模拟量输入（0～10V），10位分辨率。5）集成的DC24V电源可供传感器、编码器和输入回路使用。6）CPU1215C和CPU1217C有两个带隔离的PROFINET以太网端口，其他CPU只有一个，传输速率为10M/100Mbit/s。7）实时时钟的保存时间通常为20天，40℃时最少为12天。2．CPU的技术规范3．CPU的外部接线图输入回路如果使用CPU内置的DC24V传感器电源，去除图1-4中标有②的外接DC电源，漏型输入时1M端子连接传感器电源的M端子。源型输入时将传感器电源的L+端子连接到1M端子。4．CPU集成的工艺功能包括高速计数与频率测量、高速脉冲输出、PWM控制、运动控制和PID控制。CPU1217C有4点最高频率为1MHz的高速计数器。其他CPU有最高频率为100kHz（单相）/80kHz（互差90°的正交相位）或30kHz/20kHz的高速计数器。信号板的最高计数频率为200kHz/160kHz。CPU1217支持最高1MHz的脉冲输出，其他DC输出的CPU本机最高100kHz，信号板200kHz。CPU的高速输出可以用于步进电机或伺服电机的速度和位置控制。PID功能用于对最多16个回路进行控制，支持PID参数自整定。1.1.3信号板与信号模块1．信号板CPU正面可以安装一块信号板，有4DI、4DQ、2DI/2DQ、热电偶、热电阻、1AI、1AQ、RS485信号板和电池板。DI、DQ信号板的最高频率200kHz。2．数字量I/O模块可以选用8点、16点的DI或DQ模块，或8DI/8DQ、16DI/16DQ模块。DQ模块有继电器输出和DC24V输出两种。3．模拟量I/O模块AI模块用于A-D转换，AQ模块用于D-A转换。有4路、8路的13位AI模块和4路的16位AI模块。双极性模拟量满量程转换后对应的数字为-27648～27648，单极性模拟量转换后为0～27648。有4路、8路的热电偶模块和热电阻模块。可选多种量程的传感器，分辨率为0.1℃/0.1℉，15位+符号位。有2路和4路的AQ模块，和4AI/2AQ模块。1.1.4集成的通信接口与通信模块1．集成的PROFINET接口PROFINET是基于工业以太网的现场总线，CPU集成的PROFINET接口可以与计算机、其他S7CPU、PROFINETI/O设备和使用标准的TCP协议的设备通信。支持TCP/IP、ISO-on-TCP、UDP和S7通信协议。10M/100Mbit/s。RJ45连接器具有自动交叉网线功能，支持最多23个以太网连接。2．PROFIBUS通信与通信模块有PROFIBUS-DP主站模块CM1243-5，和DP从站模块CM1242-5。3．点对点（PtP）通信与通信模块点对点串行通信模块CM1241可执行ASCII、USS协议、ModbusRTU主站协议和从站协议。4．AS-i通信与通信模块AS-i是执行器传感器接口，CM1243-2为AS-i主站模块。5．远程控制通信与通信模块使用GPRS通信处理器CP1242-7，可以实现监视和控制的简单远程控制。6．IO-Link主站模块IO-Link是IEC61131-9中定义的用于传感器/执行器领域的点对点通信接口。IO-Link主站模块SM1278用于连接IO-Link设备，它有4个IO-Link端口。1.2软件的安装与升级1．TIA博途中的软件TIA博途是西门子自动化的全新工程设计软件平台，STEP7Professional可用于S7-1200/1500/300/400和WinAC的组态和编程。STEP7Basic只能用于S7-1200。TIA博途中的WinCC是用于西门子的HMI、工业PC和标准PC的组态软件，精简面板可使用WinCC的基本版。STEP7集成了WinCC的基本版。STEP7Safety用于故障安全自动化。SINAMICSStartdrive用于驱动装置，它集成了硬件组态、参数设置以及调试和诊断功能。2．安装TIA博途对计算机的要求推荐的计算机配置：主频3.3GHz，内存8GB，硬盘300GB。Windows7或Windows8.1的非家用版。安装顺序：STEP7，PLCSIM，WinCC，Startdrive，STEP7Safety。3．安装STEP7首先安装STEP7ProfessionalV13SP1。在“产品配置”对话框，采用“典型”配置。勾选“许可证条款”对话框和“安全控制”对话框的复选框。安装快结束时，单击“许可证传送”对话框中的“跳过许可证传送”按钮，以后再传送许可证密钥。最后单击“安装已成功完成”对话框中的“重新启动”按钮，立即重启计算机。4．安装S7-PLCSIM然后安装S7-PLCSIMV13SP1、更新包TIAV13SP1UPD9和PLCSIMV13SP1UPD1。5．TIA博途软件的升级计算机通过互联网查询到有可用的更新软件，在计算机开机时，将会自动出现“TIAUpdater”对话框，可下载和安装更新的软件。6．学习TIA博途的建议一边看书一边对例程进行编程和仿真操作。1.3TIA博途使用入门与硬件组态1.3.1项目视图的结构1．Portal视图与项目视图可用Portal视图完成某些操作，使用得最多的是项目视图，二者可切换。2．项目树可以用项目视图的项目树访问所有的设备和项目数据，添加新的设备，编辑已有的设备，打开处理项目数据的编辑器。项目中的各组成部分在项目树中以树型结构显示，分为项目、设备、文件夹和对象4个层次。可以关闭、打开项目树和详细视图，移动各窗口之间的分界线，用标题栏上的按钮启动“自动折叠”或“永久展开”功能。3．详细视图选中项目树中的“默认变量表”，详细窗口显示出该变量表中的符号。可以将其中的符号地址拖拽到程序中的地址域。可以隐藏和显示详细视图和巡视窗口。4．工作区可以同时打开几个编辑器，用编辑器栏中的按钮切换工作区显示的编辑器。单击工具栏上的按钮，可以垂直或水平拆分工作区，同时显示两个编辑器。可用工作区右上角的按钮将工作区最大化，或使工作区浮动。用鼠标左键按住浮动的工作区的标题栏可以将工作区拖到画面上希望的位置。工作区被最大化或浮动后，单击“嵌入”按钮，工作区将恢复原状。5．巡视窗口巡视窗口用来显示选中的工作区中的对象附加的信息，和设置对象的属性。1）“属性”选项卡用来显示和修改选中的工作区中的对象的属性。左边是浏览窗口，选中某个参数组，在右边窗口显示和编辑相应的信息或参数。2）“信息”选项卡显示所选对象和操作的详细信息，和编译后的报警信息。3）“诊断”选项卡显示系统诊断事件和组态的报警事件。6．任务卡任务卡的功能与编辑器有关。通过任务卡进行进一步的或附加的操作。可以用最右边的竖条上的按钮来切换任务卡显示的内容。1.3.2创建项目与硬件组态1．新建一个项目执行菜单命令“项目”→“新建”，在出现的“创建新项目”对话框中设置项目的名称。可以修改保存项目的路径。单击“创建”按钮，生成项目。2．添加新设备双击项目树中的“添加新设备”，单击出现的对话框中的“控制器”按钮，双击要添加的CPU1215C的订货号，添加一个PLC。3．设置项目的参数执行菜单命令“选项”→“设置”，选中工作区左边浏览窗口的“常规”，可设置用户界面语言和助记符，设置“起始视图”区为“项目视图”或“最近的视图”。还可以设置项目的存储位置。4．硬件组态的任务设备组态的任务就是在设备视图和网络视图中，生成一个与实际的硬件系统对应的虚拟系统。自动化系统启动时，可以设置两个系统不兼容时，是否能启动CPU。5．在设备视图中添加模块双击项目树的“PLC_1”文件夹的“设备组态”，打开设备视图。（1）用“拖拽”的方法将硬件目录窗口中的硬件拖放到允许的插槽，光标的形状指示是否可在当前位置放置。（2）首先用鼠标选中机架中需要放置模块的插槽，双击硬件目录中要放置的模块的订货号，该模块便出现在选中的插槽中。可以将模块插入已经组态的两个模块中间。6．硬件目录中的过滤器如果勾选了“硬件目录”窗口中的“过滤”复选框，硬件目录只显示与工作区有关的硬件。可以删除、复制和粘贴设备视图或网络视图中的硬件组件。9．改变设备的型号用鼠标右键单击设备视图中要更改型号的CPU，执行快捷菜单命令“更改设备类型”，双击出现的对话框中用来替换的设备的订货号。10．打开已有的项目单击工具栏上的按钮，双击打开的对话框中列出的最近使用的某个项目，打开该项目。或者单击“浏览”按钮，打开某个项目的文件夹，双击与项目同名的文件，打开该项目。1.3.3信号模块与信号板的参数设置1．信号模块与信号板的地址分配打开PLC_1的设备视图，再打开从右到左弹出的“设备概览”视图，可以看到CPU集成的I/O模块和信号模块的字节地址。I、Q地址是自动分配的。可以关闭“设备概览”视图，或移动它左侧的分界线。双击设备概览中某个插槽的模块，可以修改自动分配的I、Q地址。2．数字量输入点的参数设置首先选中设备视图或设备概览中的CPU或有数字量输入的信号板，然后选中巡视窗口的“属性常规数字量输入”中的某个通道。可以设置输入滤波器的输入延时时间，启用各通道的上升沿中断、下降沿中断和脉冲捕捉功能，以及设置产生中断事件时调用的硬件中断组织块。脉冲捕捉功能暂时保持窄脉冲的1状态，直到下一次刷新输入过程映像。不能同时启用中断和脉冲捕捉功能。DI模块只能组态4点1组的输入滤波器的输入延时时间。3．数字量输出点的参数设置首先选中设备视图或设备概览中的CPU、数字量输出模块或信号板，用巡视窗口选中“数字量输出”后，可以选择在CPU进入STOP模式时，数字量输出保持为上一个值，或者使用替代值。选中后者时，勾选复选框表示替代值为1，反之为0。4．模拟量输入模块的参数设置积分时间与干扰抑制频率成反比，积分时间越长，精度越高，快速性越差。一般选择可抑制工频干扰噪声的20ms。测量类型可选电压或电流。滤波可选“无、弱、中、强”这4个等级。滤波等级越高，滤波后的模拟值越稳定，但是测量的快速性越差。可以选择是否启用断路和溢出诊断功能。5．模拟量输入转换后的模拟值模拟量输入/输出模块中模拟量对应的数字称为模拟值，用16位二进制补码来表示。最高位为符号位，正数的符号位为0，负数的符号位为1。模拟量经A-D转换后得到的数值的位数（包括符号位）如果小于16位，转换值被自动左移，使其最高的符号位在16位字的最高位，左移后未使用的低位则填入“0”。这种处理方法的优点是与转换值原始的位数无关，便于后续的处理。双极性模拟