S7-1200_PLC的硬件與硬件組態(tài)解析.ppt

1,第1章S7-1200PLC的硬件與硬件組態(tài),2,1968年，美國(guó)最大的汽車(chē)制造商通用汽車(chē)公司為了適應(yīng)生產(chǎn)工藝不斷更新的需要，期望找到一種新的方法，盡可能減少重新設(shè)計(jì)繼電控制系統(tǒng)和重新接線的工作，以降低成本、縮短周期，設(shè)想把計(jì)算機(jī)通用、靈活、功能完備等優(yōu)點(diǎn)和繼電控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)單易懂、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，制成一種通用控制裝置，并把計(jì)算機(jī)的編程方法和程序輸入方式加以簡(jiǎn)化，用面向控制過(guò)程、面向問(wèn)題的“自然語(yǔ)言”進(jìn)行編程，使不熟悉計(jì)算機(jī)的人也能方便地使用。1969年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司研制出了第一臺(tái)可編程序邏輯控制器，在通用汽車(chē)公司的自動(dòng)裝配線上試用獲得了成功。,PLC的起源-1,3,可編程邏輯控制器（ProgrammableLogicController）簡(jiǎn)稱(chēng)PLC，最初只能進(jìn)行計(jì)數(shù)、定時(shí)及開(kāi)關(guān)量邏輯控制。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，可編程邏輯控制的功能不斷擴(kuò)展和完善，其功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了邏輯控制的范圍，具有了PID、A/D、D/A、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)字量智能控制、監(jiān)控、通信聯(lián)網(wǎng)等多方面的功能，它已變成了實(shí)際意義上的一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。,于是，美國(guó)電器制造商協(xié)會(huì)將其正式命名為可編程序控制器（ProgrammableController），簡(jiǎn)稱(chēng)PC。,由于它與個(gè)人計(jì)算機(jī)(Personalcomputer)的簡(jiǎn)稱(chēng)PC相同，所以人們習(xí)慣上仍將其稱(chēng)為PLC。,PLC的起源-2,4,1987年2月，國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)對(duì)可編程控制器的定義是：,可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，是專(zhuān)為在工業(yè)環(huán)境下的應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。,它采用一類(lèi)可編程序的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序、執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)操作等面向用戶(hù)的指令，并通過(guò)數(shù)字式或模擬式輸入/輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。,可編程序控制器及其有關(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)連成一個(gè)整體、易于擴(kuò)充功能的原則設(shè)計(jì)。,PLC的定義,5,PLC的基本結(jié)構(gòu),PLC是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)而發(fā)展起來(lái)的一種新型、通用的自動(dòng)控制裝置。其硬件組成與微型計(jì)算機(jī)相似。,工業(yè)自動(dòng)控制中使用的可編程控制器的種類(lèi)很多，不同類(lèi)型的產(chǎn)品各有特點(diǎn)，但可編程控制器在組成、工作原理及編程方法等許多方面是基本相同的。,6,PLC控制系統(tǒng)示意圖,7,PLC的特點(diǎn),1.編程方法簡(jiǎn)單易學(xué)2.功能強(qiáng)，性能價(jià)格比高3.硬件配套齊全，用戶(hù)使用方便，適應(yīng)性強(qiáng)4.可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)5.系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量少6.維修工作量小，維修方便7.體積小，能耗低,8,PLC的工作原理,掃描過(guò)程,9,掃描周期,PLC在RUN工作狀態(tài)時(shí)，執(zhí)行一次掃描過(guò)程所需的時(shí)間稱(chēng)為掃描周期，典型值為1100ms。,10,I/O的存取通過(guò)I/O映像寄存器，而不是實(shí)際I/O，優(yōu)點(diǎn)：1、程序執(zhí)行階段輸入固定，執(zhí)行完后再用輸出映像寄存器的值更新輸出點(diǎn)，使系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定；2、用戶(hù)程序讀寫(xiě)I/O映像寄存器比讀寫(xiě)I/O點(diǎn)快得多，可以提高程序的執(zhí)行速度。,過(guò)程映像寄存器,11,立即I/O的處理,在程序執(zhí)行的過(guò)程中使用立即I/O指令可以直接存取I/O點(diǎn)。用立即I/O指令讀輸入點(diǎn)時(shí)，相應(yīng)的輸入過(guò)程映像寄存器的值未被更新。用立即I/O指令寫(xiě)輸出點(diǎn)時(shí)，相應(yīng)的輸出過(guò)程映像寄存器的值被更新。,12,S7-1200PLC(ProgrammableLogicController)是西門(mén)子公司推出的一款PLC，主要面向簡(jiǎn)單而高精度的自動(dòng)化任務(wù)。S7-1200設(shè)計(jì)緊湊、組態(tài)靈活且具有功能強(qiáng)大的指令集，這些特點(diǎn)的組合使它成為控制各種應(yīng)用的完美解決方案。CPU將微處理器、集成電源、輸入電路和輸出電路組合到一個(gè)設(shè)計(jì)緊湊的外殼中以形成功能強(qiáng)大的PLC。CPU根據(jù)用戶(hù)程序邏輯監(jiān)視輸入并更改輸出，用戶(hù)程序可以包含布爾邏輯、計(jì)數(shù)、定時(shí)、復(fù)雜數(shù)學(xué)運(yùn)算以及與其它智能設(shè)備的通信。,1.1S7-1200PLC簡(jiǎn)介,13,1.1S7-1200PLC簡(jiǎn)介S7-1200PLC在西門(mén)子PLC系列產(chǎn)品中的定位,14,1.2S7-1200的硬件,15,電源接口,可拆卸用戶(hù)接線連接器（保護(hù)蓋下面）,板載I/O的狀態(tài)LED,PROFINET連接器（CPU的底部）,1.2S7-1200的硬件CPU模塊,指示CPU運(yùn)行狀態(tài)的LED,16,1.2S7-1200的硬件CPU模塊技術(shù)規(guī)范,17,CPU的共性：集成的24V傳感器/負(fù)載電源可供傳感器和編碼器使用，也可以用做輸入回路的電源。集成的2點(diǎn)模擬量輸入(010V)，輸入電阻100k，10位分辨率。2點(diǎn)脈沖列輸出(PTO)或脈寬調(diào)制(PWM)輸出，最高頻率為100kHz。有16個(gè)參數(shù)自整定的PID控制器。4個(gè)時(shí)間延遲與循環(huán)中斷，分辨率為1ms?？梢詳U(kuò)展3塊通信模塊和一塊信號(hào)板，CPU可以用信號(hào)板擴(kuò)展一路模擬量輸出或高速數(shù)字量輸入/輸出。,1.2S7-1200的硬件CPU模塊技術(shù)規(guī)范,18,1.2S7-1200的硬件CPU模塊技術(shù)規(guī)范,CPU的3種版本：,19,1.2S7-1200的硬件CPU1214CAC/DC/Relay的外部接線圖,20,1.2S7-1200的硬件CPU1214CDC/DC/DC的外部接線圖,21,1.2S7-1200的硬件CPU1214CDC/DC/Relay的外部接線圖,22,1.2S7-1200的硬件信號(hào)板SB(signalboard),通過(guò)信號(hào)板可以給CPU增加I/O。SB連接在CPU的前端。具有4個(gè)數(shù)字量I/O（2xDC輸入和2xDC輸出）的SB具有1路模擬量輸出的SB,23,1.2S7-1200的硬件信號(hào)板SB1221接線圖,24,1.2S7-1200的硬件信號(hào)板SB1222接線圖,25,1.2S7-1200的硬件信號(hào)板SB1223接線圖,26,1.2S7-1200的硬件信號(hào)板SB12321x模擬量輸出接線圖,27,1.2S7-1200的硬件信號(hào)模塊SM(signalmodule),可以使用信號(hào)模塊給CPU增加附加功能。信號(hào)模塊連接在CPU右側(cè)。,28,1.2S7-1200的硬件數(shù)字量I/O,可以選用8點(diǎn)、16點(diǎn)和32點(diǎn)的數(shù)字量輸入/輸出模塊，來(lái)滿足不同的控制需要。,29,1.2S7-1200的硬件模擬量I/O,在工業(yè)控制中，某些輸入量(溫度、壓力、流量、轉(zhuǎn)速等)是模擬量，某些執(zhí)行機(jī)構(gòu)(例如電動(dòng)調(diào)節(jié)閥和變頻器等)要求PLC輸出模擬量信號(hào)，而PLC的CPU只能處理數(shù)字量。模擬量I/O模塊的任務(wù)就是實(shí)現(xiàn)A/D和D/A。模擬量首先被傳感器和變送器轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)量程的電壓或電流，例如420mA，15V，010V，PLC用模擬量輸入模塊的A/D轉(zhuǎn)換器將它們轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。帶正負(fù)號(hào)的電流或電壓在A/D轉(zhuǎn)換后用二進(jìn)制補(bǔ)碼來(lái)表示。模擬量輸出模塊的D/A轉(zhuǎn)換器將PLC中的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬電壓或電流，再去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。A/D和D/A的二進(jìn)制位數(shù)反映了它們的分辨率，位數(shù)越多，分辨率越高。,30,1.2S7-1200的硬件集成的PROFINET接口1/3,實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)是現(xiàn)場(chǎng)總線發(fā)展的趨勢(shì)，PROFINET是基于工業(yè)以太網(wǎng)的現(xiàn)場(chǎng)總線，是開(kāi)放式的工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，它使工業(yè)以太網(wǎng)的應(yīng)用擴(kuò)展到了控制網(wǎng)絡(luò)最底層的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。,S7-1200與編程計(jì)算機(jī)的通信,31,1.2S7-1200的硬件集成的PROFINET接口2/3,S7-1200與精簡(jiǎn)系列面板的通信,32,1.2S7-1200的硬件集成的PROFINET接口3/3,利用工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)CSM1277進(jìn)行多設(shè)備的連接,33,1.2S7-1200的硬件通信模塊(Communicationmodule)1/2,有兩種通信模塊：CM1241RS232和CM1241RS485CPU最多支持3個(gè)通信模塊各CM連接在CPU的左側(cè)（或連接到另一CM的左側(cè)）,34,1.2S7-1200的硬件通信模塊(Communicationmodule)2/2,在編程接口模式下利用CM1241進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接,35,SIMATICSTEP7Basic是西門(mén)子公司開(kāi)發(fā)的高集成度工程組態(tài)系統(tǒng)，包括面向任務(wù)的HMI智能組態(tài)軟件SIMATICWinccBasic。上述兩個(gè)軟件集成在一起，也稱(chēng)為T(mén)IA(TotallyIntegratedAutomation，全集成自動(dòng)化)Portal，它提供了直觀易用的編輯器，用于對(duì)S7-1200和精簡(jiǎn)系列面板進(jìn)行高效組態(tài)。除了支持編程以外，STEP7Basic還為硬件和網(wǎng)絡(luò)組態(tài)、診斷等提供通用的工程組態(tài)框架。STEP7Basic提供了兩種編程語(yǔ)言(LAD和FBD)。有兩種視圖：Portal(門(mén)戶(hù))視圖，可以概覽自動(dòng)化項(xiàng)目的所有任務(wù)；項(xiàng)目視圖，將整個(gè)項(xiàng)目(包括PLC和HMI)按多層結(jié)構(gòu)顯示在項(xiàng)目樹(shù)中。,1.3編程工具STEP7Basic特點(diǎn),36,1.3編程工具STEP7Basic典型的自動(dòng)化系統(tǒng)1/2,典型的自動(dòng)化系統(tǒng)包含以下內(nèi)容：借助程序來(lái)控制過(guò)程的PLC；用來(lái)操作和可視化過(guò)程的HMI設(shè)備。,37,1.3編程工具STEP7Basic典型的自動(dòng)化系統(tǒng)2/2,TIAPortal可用來(lái)幫助您創(chuàng)建自動(dòng)化系統(tǒng)，關(guān)鍵的組態(tài)步驟為：創(chuàng)建項(xiàng)目配置硬件聯(lián)網(wǎng)設(shè)備對(duì)PLC編程組態(tài)可視化加載組態(tài)數(shù)據(jù)使用在線和診斷功能,38,1.3編程工具STEP7Basic工程組態(tài)系統(tǒng),可以使用TIAPortal在同一個(gè)工程組態(tài)系統(tǒng)中組態(tài)PLC和可視化。所有數(shù)據(jù)均存儲(chǔ)在一個(gè)項(xiàng)目中，STEP7和WinCC不是單獨(dú)的程序，而是可以訪問(wèn)公共數(shù)據(jù)庫(kù)。所有數(shù)據(jù)均存儲(chǔ)在一個(gè)公共的項(xiàng)目文件中。,39,1.3編程工具STEP7Basic數(shù)據(jù)管理,在TIAPortal中，所有數(shù)據(jù)都存儲(chǔ)在一個(gè)項(xiàng)目中。修改后的應(yīng)用程序數(shù)據(jù)（如變量）會(huì)在整個(gè)項(xiàng)目?jī)?nèi)(甚至跨越多臺(tái)設(shè)備)自動(dòng)更新。,40,1.3編程工具STEP7Basic界面總覽,任務(wù)卡,詳細(xì)視圖,工作區(qū),巡視區(qū),設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)概覽區(qū),編輯器欄,41,1.3編程工具STEP7Basic創(chuàng)建新項(xiàng)目,“項(xiàng)目”“新建”，出現(xiàn)“創(chuàng)建新項(xiàng)目”對(duì)話框：,42,1.3編程工具STEP7Basic添加新設(shè)備,雙擊項(xiàng)目樹(shù)中的“添加新設(shè)備”：,43,1.3編程工具STEP7Basic參數(shù)設(shè)置,“選項(xiàng)”“設(shè)置”：,44,1.4硬件組態(tài)組態(tài)的任務(wù),設(shè)備組態(tài)(configuring)的任務(wù)就是在設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)編輯器中生成一個(gè)與實(shí)際的硬件系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的模擬系統(tǒng)，包括系統(tǒng)中的設(shè)備(PLC和HMI)，PLC各模塊的型號(hào)、訂貨號(hào)和版本。模塊的安裝位置和設(shè)備之間的通信連接，都應(yīng)與實(shí)際的硬件系統(tǒng)完全相同。此外還應(yīng)設(shè)置模塊的參數(shù)，即給參數(shù)賦值，或稱(chēng)為參數(shù)化。自動(dòng)化系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，CPU比較組態(tài)時(shí)生成的虛擬系統(tǒng)和實(shí)際的硬件系統(tǒng)，如果兩個(gè)系統(tǒng)不一致，將采取相應(yīng)的措施。,45,1.4硬件組態(tài)添加模塊,在硬件組態(tài)時(shí)，需要將I/O模塊或通信模塊放置到工作區(qū)的機(jī)架的插槽內(nèi)：用“拖放”的方法放置硬件對(duì)象；用“雙擊”的方法放置硬件對(duì)象。,46,1.4硬件組態(tài)過(guò)濾器,如果激活了硬件目錄的過(guò)濾器功能，則硬件目錄只顯示與工作區(qū)有關(guān)的硬件。例如用設(shè)備視圖打開(kāi)PLC的組態(tài)畫(huà)面時(shí)，則硬件目錄不顯示HMI，只顯示PLC的模塊。,47,1.4硬件組態(tài)刪除硬件組件,可以刪除設(shè)備視圖或網(wǎng)絡(luò)視圖中的硬件組態(tài)組件，被刪除的組件的地址可供其他組件使用。不能單獨(dú)刪除CPU和機(jī)架，只能在網(wǎng)絡(luò)視圖或項(xiàng)目樹(shù)中刪除整個(gè)PLC站。刪除硬件組件后，可以對(duì)硬件組態(tài)進(jìn)行編譯。編譯時(shí)進(jìn)行一致性檢查，如果有錯(cuò)誤將會(huì)顯示錯(cuò)誤信息，應(yīng)改正錯(cuò)誤后重新進(jìn)行編譯。,48,1.4硬件組態(tài)信號(hào)模塊和信號(hào)板的地址分配1/3,添加了CPU、信號(hào)板或信號(hào)模塊后，他們的I/O地址是自動(dòng)分配的。選中“設(shè)備概覽”，可以看到CPU集成的I/O模板、信號(hào)板、信號(hào)模塊的地址。,49,1.4硬件組態(tài)信號(hào)模塊和信號(hào)板的地址分配2/3,選中模塊，通過(guò)巡視窗口的“I/O地址/硬件標(biāo)識(shí)符”，可以修改模塊的地址：,也可以直接在設(shè)備概覽中修改：,50,1.4硬件組態(tài)信號(hào)模塊和信號(hào)板的地址分配3/3,DI/DO的地址以字節(jié)為單位分配，沒(méi)有用完一個(gè)字節(jié)，剩余的位也不能作它用。AI/AO的地址以組為單位分配，每一組有兩個(gè)輸入/輸出點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)(通道)占一個(gè)字或兩個(gè)字節(jié)。建議不要修改自動(dòng)分配的地址。,51,1.4硬件組態(tài)數(shù)字量輸入點(diǎn)的參數(shù)設(shè)置1/2,選中設(shè)備視圖中的CPU、信號(hào)模塊或信號(hào)板，然后選中巡視窗口，設(shè)置輸入端的濾波器時(shí)間常數(shù)：,52,1.4硬件組態(tài)數(shù)字量輸入點(diǎn)的參數(shù)設(shè)置2/2,可以激活輸入點(diǎn)的上升沿和下降沿中斷功能，以及設(shè)置產(chǎn)生中斷時(shí)調(diào)用的硬件中斷OB：,激活輸入端的脈沖捕捉(PulseCatch)功能，即暫時(shí)保持窄脈沖的ON狀態(tài)，直到下一次刷新輸入過(guò)程映像,53,1.4硬件組態(tài)數(shù)字量輸出點(diǎn)的參數(shù)設(shè)置,選擇在CPU進(jìn)入STOP時(shí)，數(shù)字量輸出保持最后的值，或使用替換值。,選擇“使用替換值”，可以設(shè)置替換值：選中復(fù)選框表示替換值為1，反之為0,54,1.4硬件組態(tài)模擬量輸入點(diǎn)的參數(shù)設(shè)置,積分時(shí)間越長(zhǎng)，精度越高，快速性越差，干擾抑制頻率越低；為了抑制工頻干擾，積分時(shí)間一般選擇20ms,測(cè)量種類(lèi)和范圍,濾波用平均值數(shù)字濾波來(lái)實(shí)現(xiàn)，濾波等級(jí)越高，模擬值越穩(wěn)定，但快速性越差,是否啟用超出上限值或低于下限值時(shí)的診斷功能,55,1.4硬件組態(tài)模擬量輸出點(diǎn)的參數(shù)設(shè)置,激活電壓輸出的短路診斷功能,激活電流輸出的斷路診斷功能,超出上限值32511或下限值-32512的診斷功能,CPU進(jìn)入STOP時(shí)輸出點(diǎn)的值,模擬量輸出類(lèi)型(電壓或電流)和范圍,56,1.4硬件組態(tài)模擬量如轉(zhuǎn)換后模擬值表示1/2,模擬量輸入輸出模塊中模擬量對(duì)應(yīng)的數(shù)字稱(chēng)為模擬值，模擬值用16位二進(jìn)制補(bǔ)碼(整數(shù))表示。最高位(第16位)為符號(hào)位，正數(shù)的符號(hào)位為0，負(fù)數(shù)的符號(hào)位為1。模擬量經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)值的位數(shù)如果小于16，則自動(dòng)左移，使其符號(hào)位在16位字的最高位，未使用的低位則填入0，稱(chēng)為“左對(duì)齊”。設(shè)模擬量的精度為12位加符號(hào)位，左移3位后，相對(duì)于實(shí)際的模擬值被乘以8。這種處理方法的優(yōu)點(diǎn)在于模擬量的量程與移位處理后的數(shù)字的關(guān)系是固定的，與左對(duì)齊之前的轉(zhuǎn)換值無(wú)關(guān)，便于后續(xù)的處理。,57,1.4硬件組態(tài)模擬量如轉(zhuǎn)換后模擬值表示2/2,58,1.4硬件組態(tài)轉(zhuǎn)換舉例1/3,根據(jù)模擬量輸入模塊的輸出值計(jì)算對(duì)應(yīng)的物理量時(shí)，應(yīng)考慮變送器的輸入/輸出量程和模擬量輸入模塊的量程，找出被測(cè)物理量與A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字之間的比例關(guān)系。例：壓力變送器的量程為010MPa，輸出信號(hào)為010V，模擬量輸入模塊的量程為010V，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量為027648。設(shè)轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)字為N，試求以kPa為單位的壓力值。010MPa的模擬量對(duì)應(yīng)于數(shù)字量027648，轉(zhuǎn)換公式為：,在運(yùn)算時(shí)一定要先乘后除，否則會(huì)損失原始數(shù)據(jù)的精度。,59,1.4硬件組態(tài)轉(zhuǎn)換舉例2/3,例：某溫度變送器的量程為-100500C，輸出信號(hào)為420mA，某模擬量輸入模塊將020mA的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字027648。設(shè)轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)字為N，求以0.1C為單位的溫度值。,60,單位為0.1C的溫度值-10005000對(duì)應(yīng)于數(shù)字量553027648，轉(zhuǎn)換公式為：,1.4硬件組態(tài)轉(zhuǎn)換舉例3/3