S7-200-SMART-PLC編程及應用

S7 200SMARTPLC編程及應用 重慶大學廖常初主編 第1章PLC的硬件與工作原理 1 1S7 200SMART系列PLC1 1 1PLC的基本結構 1 CPU模塊CPU模塊主要由CPU芯片和存儲器組成 2 I O模塊I O模塊是輸入 Input 模塊和輸出 Output 模塊的簡稱 輸入模塊用來采集輸入信號 輸出模塊用來控制外部的負載和執(zhí)行器 I O模塊還有電平轉換與隔離的作用 3 編程軟件STEP7 Micro WINSMART用來生成和編輯用戶程序 和監(jiān)控PLC的運行 4 電源PLC使用AC220V電源或DC24V電源 小型PLC可以為輸入電路和外部的電子傳感器提供DC24V電源 1 1 2S7 200SMART的特點1 S7 200SMART的亮點1 品種豐富 配置靈活 10種CPU模塊 CPU模塊最多60個I O點 標準型CPU最多可以配置6個擴展模塊 經濟型CPU價格便宜 2 有4種可安裝在CPU內的信號板 使配置更為靈活 3 CPU模塊集成了以太網接口和RS 485接口 可擴展一塊通信信號板 4 場效應管輸出的CPU集成了100kHz的2路或3路高速脈沖輸出 集成了S7 200的位置控制模塊的功能 5 使用MicroSD 手機存儲卡 可以實現程序的更新和PLC固件升級 6 編程軟件界面友好 編程高效 融入了更多的人性化設計 7 S7 200SMART SMARTLINE觸摸屏 V20變頻器和V80 V60伺服系統(tǒng)完美整合 無縫集成 2 先進的程序結構3 靈活方便的存儲器結構 大多數存儲區(qū)可以按位 字節(jié) 字和雙字讀寫 4 簡化復雜編程任務的向導功能5 強大的通信功能6 支持文本顯示器和三種系列的觸摸屏 7 強大的運動控制功能1 1 3CPU模塊1 CPU模塊的技術規(guī)范標準型CPUSR20 SR30 SR40 SR60 CPUST20 ST30 ST40 ST60 可擴展6個擴展模塊 SR和ST分別是繼電器輸出和晶體管輸出 經濟型的CPUCR40 CR60價格便宜 不能擴展 定時器 計數器各256點 4點輸入中斷 2個定時中斷 CPUSR60 ST60的用戶存儲器30KB 用戶數據區(qū)20KB 最大數字量I O252點 標準型CPU最大模擬量I O36點 4點200kHz的高速計數器 晶體管輸出的CPU有2點或3點100kHz高速輸出 2 CPU模塊中的存儲器PLC的程序分為操作系統(tǒng)和用戶程序 RAM 隨機存取存儲器 的工作速度高 價格便宜 改寫方便 斷電后儲存的信息丟失 ROM 只讀存儲器 只能讀出 不能寫入 斷電后儲存的信息不會丟失 EEPROM 可以電擦除可編程的只讀存儲器 的數據可以讀出和改寫 斷電后信息不會丟失 寫入數據的時間比RAM長 改寫的次數有限制 用EEPROM來存儲用戶程序和需要長期保存的重要數據 1 1 4數字量擴展模塊與信號板1 數字量輸入電路有8點輸入 8點輸出模塊 16點 32點輸入 輸出模塊 輸出模塊有DC24V和繼電器兩種 1M是同一組輸入點各內部輸入電路的公共點 輸入電流為數毫安 外接觸點接通時 發(fā)光二極管亮 光敏三極管飽和導通 反之發(fā)光二極管熄滅 光敏三極管截止 信號經內部電路傳送給CPU模塊 電流從輸入端流入為漏型輸入 反之為源型輸入 圖1 4輸入電路 2 數字量輸出電路繼電器輸出電路可以驅動直流負載和交流負載 承受瞬時過電壓和過電流的能力較強 動作速度慢 動作次數有限 場效應管輸出電路只能驅動直流負載 反應速度快 壽命長 過載能力稍差 3 信號板SBAQ01 1點模擬量輸出信號板 SBDT04 2點數字量直流輸入 2點數字量場效應管輸出 SBCM01 RS485 RS232信號板 SBBA01 電池信號板 使用CR1025紐扣電池 保持時間大約一年 1 1 5模擬量擴展模塊1 PLC對模擬量的處理模擬量輸入模塊將模擬量轉換為多位數字量 模擬量輸出模塊將PLC中的多位數字量轉換為模擬量電壓或電流 有4AI 2AO 4AI 2AO 2路熱電阻 4路熱電偶模塊 2 模擬量輸入模塊EMAE04有4種量程 0 20mA 10V 5V和 2 5V 電壓模式的分辨率為11位 符號位 電流模式的分辨率為11位 單極性滿量程輸入范圍對應的數字量輸出為0 27648 雙極性滿量程輸入范圍對應的數字量輸出為 27648 27648 3 將模擬量輸入模塊的輸出值轉換為實際的物理量 例1 1 壓力變送器 0 10MPa 的輸出信號為DC4 20mA 模擬量輸入模塊將0 20mA轉換為0 27648的數字量 設轉換后得到的數字為N 試求以kPa為單位的壓力值 解 4 20mA的模擬量對應于數字量5530 27648 壓力的計算公式為 4 模擬量輸出模塊EMAQ02有 10V和0 20mA兩種量程 對應的數字量分別為 27648 27648和0 27648 滿量程時電壓輸出和電流輸出的分辨率分別為10位 符號位和10位 5 熱電阻擴展模塊與熱電偶擴展模塊溫度測量的分辨率為0 1 C 0 1 F 電阻測量的分辨率為15位 符號位 1 1 6I O的地址分配與外部接線用系統(tǒng)塊組態(tài)硬件時 編程軟件自動地分配各模塊和信號板的地址 硬件組態(tài)演示 1 2PLC的工作原理1 2 1用觸點和線圈實現邏輯運算用邏輯代數中的1和0來表示數字量控制系統(tǒng)中變量的兩種相反的工作狀態(tài) 線圈通電 常開觸點接通 常閉觸點斷開為1狀態(tài) 反之為0狀態(tài) 在波形圖中 用高 低電平分別表示1 0狀態(tài) 圖1 8基本邏輯電路 圖1 9異步電動機主電路 控制電路與波形圖 按下起動按鈕SB1 電流經SB1和SB2的觸點流過KM的線圈 KM的主觸點閉合 電動機開始運行 KM的輔助常開觸點同時接通 放開起動按鈕 SB1的常開觸點斷開 電流經KM的輔助常開觸點和SB2的常閉觸點流過KM的線圈 KM常開觸點的功能稱為 自鎖 或 自保持 圖1 9中的繼電器電路稱為起動 保持 停止電路 簡稱為起保停電路 邏輯代數式為 邏輯代數式中的加號表示邏輯 或 乘號 或 號 表示邏輯 與 上劃線表示邏輯 非 邏輯運算的規(guī)則為先 與 后 或 括號優(yōu)先 1 4 2PLC的工作原理初始化后PLC反復不停地分5個階段處理各種任務 每次循環(huán)的時間稱為掃描周期 1 讀取輸入外部輸入電路接通時 對應的過程映像輸入寄存器為ON 1狀態(tài) 梯形圖中對應的常開觸點閉合 常閉觸點斷開 反之過程映像輸入寄存器為OFF 0狀態(tài) 2 執(zhí)行用戶程序如果沒有跳轉指令 CPU逐條順序地執(zhí)行用戶程序 執(zhí)行程序時 對輸入 輸出的讀寫通常是通過過程映像輸入 輸出寄存器 而不是實際的I O點 3 通信處理4 CPU自診斷測試 圖1 10掃描過程示意圖5 改寫輸出梯形圖中某一輸出位的線圈 通電 對應的過程映像輸出寄存器中的二進制數為1 對應的硬件繼電器的常開觸點閉合 外部負載通電 反之外部負載斷電 可用中斷程序和立即I O指令提高PLC的響應速度 8 PLC的工作過程舉例在讀取輸入階段 SB1和SB2的常開觸點的接通 斷開狀態(tài)被讀入相應的過程映像輸入寄存器 圖1 11PLC外部接線圖與梯形圖 LDI0 1OQ0 0ANI0 2 Q0 0 執(zhí)行第一條指令時 從過程映像輸入寄存器I0 1中取出二進制數 存入堆棧的棧頂 執(zhí)行第二條指令時 從過程映像輸出寄存器Q0 0中取出二進制數 與棧頂中的二進制數相 或 運算結果存入棧頂 執(zhí)行第三條指令時 因為是常閉觸點 取出過程映像輸入寄存器I0 2中的二進制數后 將它取反 與前面的運算結果相 與 后 存入棧頂 執(zhí)行第四條指令時 將棧頂中的二進制數傳送到Q0 0的過程映像輸出寄存器 在修改輸出階段 CPU將各過程映像輸出寄存器中的二進制數傳送給輸出模塊并鎖存起來 如果Q0 0中存放的是二進制數1 外接的KM線圈將通電 反之將斷電 填空題1 PLC主要由 和組成 2 繼電器的線圈 斷電 時 其常開觸點 常閉觸點 3 外部輸入電路斷開時 對應的輸入過程映像寄存器為狀態(tài) 梯形圖中對應的常開觸點 常閉觸點 4 若梯形圖中輸出Q的線圈 通電 對應的輸出過程映像寄存器為狀態(tài) 在修改輸出階段后 繼電器型輸出模塊中對應的硬件繼電器的線圈 其常開觸點 外部負載 第2章編程軟件使用指南 2 1編程軟件概述2 1 1編程軟件的界面1 安裝編程軟件操作系統(tǒng)可以是WindowsXPSP3 32位和64位的Windows7 雙擊setup exe 開始安裝 使用默認的安裝語言簡體中文 可以選擇軟件安裝的目標文件夾 2 項目的基本組件1 程序塊包括主程序 OB1 子程序和中斷程序 統(tǒng)稱為POU 程序組織單元 2 數據塊用于給V存儲器賦初值 3 系統(tǒng)塊用于硬件組態(tài)和設置參數 4 符號表用符號來代替存儲器的地址 使程序更容易理解 5 狀態(tài)圖表用來監(jiān)視 修改和強制程序執(zhí)行時指定的變量的狀態(tài) 3 快速訪問工具欄 可自定義工具欄上的命令按鈕 4 菜單帶狀式菜單功能區(qū)的最小化 打開和關閉 5 項目樹與導航欄項目樹文件夾的打開和關閉 右鍵功能的使用 單擊打開導航欄上的對象 項目樹寬度的調節(jié) 6 狀態(tài)欄插入 INS 覆蓋 OVR 模式的切換 梯形圖縮放工具的使用 2 1 2窗口操作與幫助功能1 打開和關閉窗口2 窗口的浮動與?？?定位器的作用3 窗口的合并4 窗口高度的調整5 窗口的隱藏與?？?6 幫助功能的使用 1 在線幫助 單擊選中的對象后按 F1 鍵 2 用幫助菜單獲得幫助單擊 幫助 菜單功能區(qū)的 幫助 按鈕 打開在線幫助窗口 用目錄瀏覽器尋找?guī)椭黝} 雙擊索引中的某一關鍵詞 可以獲得有關的幫助 在 搜索 選項卡輸入要查找的名詞 單擊 列出主題 按鈕 將列出所有查找到的主題 計算機聯網時單擊 幫助 菜單功能區(qū)的 支持 按鈕 打開西門子的全球技術支持網站 2 2程序的編寫與下載2 2 1創(chuàng)建項目1 創(chuàng)建項目或打開已有的項目 可打開S7 200的項目 2 硬件組態(tài)用系統(tǒng)塊生成一個與實際的硬件系統(tǒng)相同的系統(tǒng) 設置各模塊和信號板的參數 硬件組態(tài)給出了PLC輸入 輸出點的地址 為設計用戶程序打下了基礎 組態(tài)演示 3 保存文件4 控制要求 2 2 2生成用戶程序1 編寫用戶程序2 對程序段的操作梯形圖中的一個程序段只能有一塊不能分開的獨立電路 語句表允許將若干個獨立電路對應的語句放在一個網絡中 這樣的程序段不能轉換為梯形圖 選中單個 多個程序段或單個元件 可刪除 復制 剪切 粘貼選中的對象 3 單擊工具欄上的按鈕 打開和關閉POU注釋和程序段注釋 4 單擊工具欄上的 編譯 按鈕 編譯程序 輸出窗口顯示出錯誤和警告信息 下載之前自動地對程序進行編譯 5 設置程序編輯器的參數單擊 工具 菜單功能區(qū)的 選項 按鈕 打開 選項 對話框 選中 LAD 可設置網格的寬度和字符屬性等 選中 LAD 下面的 狀態(tài) 可以設置梯形圖程序狀態(tài)監(jiān)控時的參數 選中 常規(guī) 可設置指令助記符等 選中 項目 可設置默認的文件保存位置 2 2 3以太網基礎知識1 以太網用于S7 200SMART與編程計算機 人機界面和其它S7PLC的通信 2 MAC地址是以太網端口設備的物理地址 6個字節(jié)用短劃線分隔 例如00 05 BA CE 07 0C 3 IP地址由4個字節(jié)組成 用小數點分隔 4 子網掩碼由4個字節(jié)組成 高位是連續(xù)的1 低位是連續(xù)的0 子網掩碼將IP地址劃分為子網地址和子網內的節(jié)點地址 S7 200SMARTCPU出廠時默認的IP地址為192 168 2 1 子網掩碼為255 255 255 0 5 網關是局域網之間的鏈路器 2 2 4組態(tài)以太網地址1 用系統(tǒng)塊設置CPU的IP地址如果選中多選框 IP地址數據固定為 不能用 通信 對話框和用戶程序中更改IP信息 背景時間 一般采用默認值 同一子網中各設備的IP地址中的子網地址和子網掩碼應完全相同 各設備的子網內的地址不能重疊 2 用通信對話框設置CPU的IP地址用 網絡接口卡 列表設置使用的以太網網卡 單擊 查找CPU 按鈕 顯示出網絡上所有可訪問的設備的IP地址 閃爍指示燈 按鈕用來確認誰是選中的CPU 3 在用戶程序中可用指令SIP ADDR設置CPU的IP信息 4 設置計算機網卡的IP地址WindowsXP操作系統(tǒng) 雙擊控制面板中的 網絡連接 右鍵單擊所用網卡的連接圖標 執(zhí)行 屬性 命令 選中列表中的 Internet協(xié)議 TCP IP 單擊 屬性 按鈕 設置計算機的IP地址和子網掩碼 Windows7操作系統(tǒng) 單擊控制面板的 查看網絡狀態(tài)和任務 再單擊 本地連接 單擊 屬性 按鈕 選中列表框中的 Internet協(xié)議版本4 單擊 屬性 按鈕 設置計算機的IP地址和子網掩碼 2 2 5下載與調試用戶程序1 以太網電纜的安裝與通信設置兩臺設備可以直接連接 多臺設備需要使用交換機或路由器 2 下載程序單擊工具欄上的 下載 按鈕 如果彈出 通信 對話框并且找到的CPU的IP地址正確無誤 單擊 確定 按鈕 出現下載對話框 用戶可以用多選框選擇要下載的塊 單擊 下載 按鈕 開始下載 只選中 選項 區(qū)的 成功后關閉對話框 3 讀取PLC信息單擊 PLC 菜單功能區(qū)的 PLC 按鈕 顯示PLC的狀態(tài)和實際的模塊配置 可查看時間日志和掃描速度 4 上傳項目組件新建一個空的項目 單擊工具欄上的 上傳 按鈕 5 更改CPU的工作模式編程軟件與PLC之間建立起通信連接后 單擊工具欄上的運行按鈕和停止按鈕 6 運行和調試程序在RUN模式用外接的小開關模擬按鈕信號和過載信號 2 3符號表與符號地址的使用1 打開符號表在符號表中定義的符號屬于全局變量 可以在所有的POU中使用它們 單擊導航欄或雙擊項目樹的符號表圖標 打開符號表 2 專用的符號表可用右鍵菜單命令刪除或打開I O符號表或系統(tǒng)符號表 不能改寫POU符號表的內容 3 生成符號左邊兩列是地址重疊和未使用的符號列 綠色波浪下劃線表示未定義的符號 紅色的文本表示有語法錯誤 紅色波浪下劃線表示用法無效 4 用右鍵菜單命令生成用戶符號表5 表格的通用操作調節(jié)列的寬度 用右鍵菜單命令插入新的行 用 鍵在表格的底部增添一個新的行 按 TAB 鍵光標將移至右邊下一個單元格 單擊最左邊的行號 選中整個行 單擊某個單元格 按住 Shift 鍵 單擊對角線的單元格 同時選中矩形范圍內所有的單元格 刪除 復制和粘貼選中的對象 6 用右鍵菜單命令在程序編輯器和狀態(tài)圖表中定義 編輯和選擇符號 7 單擊 符號 列和 地址 列的列標題 對符號表排序 8 切換地址的顯示方式單擊 視圖 菜單功能區(qū)的 符號 區(qū)域中的按鈕 單擊工具欄上的 切換尋址 左邊和右邊的按鈕 使用 Ctrl Y 鍵 在三種符號顯示方式之間切換 9 單擊工具欄上的 符號信息表 按鈕 打開或關閉符號信息表 2 4用編程軟件監(jiān)控與調試程序2 4 1用程序狀態(tài)監(jiān)控與調試程序1 梯形圖的程序狀態(tài)監(jiān)控將程序下載到PLC后 單擊工具欄上的按鈕 啟用程序狀態(tài)監(jiān)控 時間戳不匹配的處理 梯形圖中藍色表示帶電和觸點 線圈接通 紅色方框表示指令執(zhí)行出錯 灰色表示無能流 指令被跳過 未調用 或處于STOP模式 用外接的小開關模擬按鈕信號 觀察程序狀態(tài)的變化 執(zhí)行右鍵快捷菜單中的 強制 寫入 等命令 圖2 22中的T38和它的常閉觸點產生周期為2s的鋸齒波 MB10每2s加1 用 暫停狀態(tài)開 關 按鈕啟動和關閉T38當前值的采集 2 語句表程序狀態(tài)監(jiān)控切換到語句表編輯器后單擊 程序狀態(tài) 按鈕 出現 時間戳不匹配 對話框 操作數3的右邊是邏輯堆棧中的值 最右邊的列是方框指令的使能輸出位 ENO 的狀態(tài) 用外接的小開關模擬按鈕信號 觀察程序狀態(tài)的變化 單擊 工具 菜單功能區(qū)的 選項 按鈕 選中 選項 對話框左邊窗口 STL 下面的 狀態(tài) 可以設置監(jiān)控語句表程序狀態(tài)的內容 2 4 2用狀態(tài)圖表監(jiān)控與調試程序1 打開和編輯狀態(tài)圖表在程序運行時 用狀態(tài)圖表來讀 寫 強制和監(jiān)控PLC中感興趣的變量 雙擊指令樹的 狀態(tài)圖表 文件夾中的 圖表1 或單擊導航欄上的按鈕 打開狀態(tài)圖表 2 生成要監(jiān)控的地址在狀態(tài)圖表的 地址 列鍵入要監(jiān)控的變量的地址 用 格式 列更改顯示格式 格式BOOL監(jiān)控的是T C的位 格式 有符號 監(jiān)控的是T C的當前值 可將符號表中的符號或地址復制到狀態(tài)圖表的 地址 列 3 用右鍵菜單中的命令或狀態(tài)圖表工具欄上的按鈕創(chuàng)建新的狀態(tài)圖表 4 單擊工具欄上的 圖表狀態(tài) 按鈕 起動和關閉狀態(tài)圖表的監(jiān)控功能 5 STOP模式或未啟動監(jiān)控功能時 用工具欄上的按鈕單次讀取狀態(tài)信息 7 趨勢視圖趨勢視圖用隨時間變化的曲線跟蹤PLC的狀態(tài)數據 啟動狀態(tài)圖表監(jiān)控功能后 單擊工具欄上的趨勢視圖按鈕 切換表格視圖與趨勢視圖 可用右鍵菜單中的命令 修改趨勢視圖的時間基準 用工具欄上的 暫停趨勢圖 按鈕 凍結 和 解凍 趨勢視圖 2 4 3寫入與強制數值1 寫入數據單擊工具欄上的 寫入 按鈕 將狀態(tài)圖表的 新值 列所有的值傳送到PLC 并在 當前值 列顯示出來 在程序狀態(tài)監(jiān)控時 用右鍵菜單中的命令改寫某個操作數的值 在RUN模式時修改的數值可能很快被程序改寫為新的數值 不能用寫入功能改寫物理輸入點 地址I或AI 的狀態(tài) 2 強制的基本概念可以強制所有的I O點 還可以同時強制最多16個V M AI或AQ地址 強制的數據用EEPROM永久性地存儲 可以通過對輸入點的強制來調試程序 3 強制的操作方法將要強制的值16 1234鍵入VW0的 新值 列 單擊工具欄上的 強制 按鈕 VW0被顯式強制 VB0和V1 3被隱式強制 VW1被部分隱式強制 取消對單個操作數的強制 選擇一個被顯式強制的操作數 單擊工具欄上的 取消強制 按鈕 單擊工具欄上的按鈕取消全部強制 關閉狀態(tài)圖表監(jiān)控時 單擊工具欄上的按鈕 讀取全部強制 4 STOP模式下強制應先按下 調試 菜單功能區(qū)的 STOP下強制 按鈕 2 4 4調試用戶程序的其他方法1 使用書簽單擊工具欄上的按鈕 生成和刪除書簽 可以用工具欄上的按鈕使光標移動到下一個或上一個標有書簽的程序段 2 單次掃描在STOP模式單擊 調試 菜單功能區(qū)的 執(zhí)行單次 按鈕 執(zhí)行一次掃描后 自動回到STOP模式 可以觀察首次掃描后的狀態(tài) 3 多次掃描在STOP模式單擊 調試 菜單功能區(qū)的 執(zhí)行多次 按鈕 指定掃描的次數 執(zhí)行完后自動返回STOP模式 4 交叉引用表用于檢查程序中參數當前的賦值情況 防止重復賦值 編譯程序成功后才能查看交叉引用表 2 5使用系統(tǒng)塊設置PLC的參數2 5 1組態(tài)PLC的參數1 系統(tǒng)塊概述系統(tǒng)塊用于CPU