第8章S7-200系列PLC的高級(jí)應(yīng)用

1、,第8章 S7-200系列 PLC的高級(jí)應(yīng)用,8.1 特殊功能指令及其應(yīng)用,8.1.1 高速脈沖輸出指令 高速脈沖輸出功能即在PLC的指定輸出點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)脈沖輸出（PTO）和脈寬調(diào)制（PWM）功能。,S7-200系列PLC配有兩個(gè)PTO/PWM發(fā)生器，它們可以產(chǎn)生一個(gè)高速脈沖串或者一個(gè)脈沖調(diào)制波形。一個(gè)發(fā)生器輸出點(diǎn)是Q0.0，另一個(gè)發(fā)生器輸出點(diǎn)是Q0.1。 PLS指令格式見表8-1。,1脈沖串操作（PTO） 脈沖串操作（PTO）按照給定的脈沖個(gè)數(shù)和周期輸出一串方波（占空比50%），如圖8-1所示。,2與PLS指令相關(guān)的特殊寄存器的含義 如果要裝入新的脈沖數(shù)（SMD72或SMD82）、脈沖寬度（SM

2、W70或SMW80）或周期（SMW68或SMW78），應(yīng)該在執(zhí)行PLS指令前裝入這些值和控制寄存器，然后PLS指令會(huì)從特殊存儲(chǔ)器SM中讀取數(shù)據(jù)，并按照存儲(chǔ)數(shù)值控制PTO/PWM發(fā)生器。,圖8-1 脈沖串輸出,使用PTO/PWM功能相關(guān)的特殊存儲(chǔ)器SM還有以下幾點(diǎn)需要注意。, 如果要裝入新的脈沖數(shù)（SMD72或SMD82）、脈沖寬度（SMW70或SMW80）或者周期（SMW68或SMW78），應(yīng)該在執(zhí)行PLS指令前裝入這些數(shù)值到控制寄存器。, 如果要手動(dòng)終止一個(gè)正在進(jìn)行的PTO包絡(luò)，要把狀態(tài)字中的用戶終止位（SM66.5或者SM76.5）置1。, PTO狀態(tài)字中的空閑位（SM66.7或者SM76

3、.7）標(biāo)志著脈沖輸出完成。另外，在脈沖串輸出完成時(shí)，可以執(zhí)行一段中斷服務(wù)程序。如果使用多段操作時(shí)，可以在整個(gè)包絡(luò)表完成后執(zhí)行中斷服務(wù)程序。,8.1.2 高速脈沖輸出指令應(yīng)用 【例8-1】 存儲(chǔ)站上有兩套步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為17HS111，是兩相四線直流24V步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，要求：壓下按鈕SB1時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)X方向和Y方向的機(jī)構(gòu)復(fù)位，當(dāng)X方向靠近接近開關(guān)SQ1時(shí)停止，Y方向靠近接近開關(guān)SQ2時(shí)停止，復(fù)位完成。請(qǐng)畫出I/O接線圖并編寫程序。,【解】 （1）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的接線 本系統(tǒng)選用的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是兩相四線的步進(jìn)電機(jī)，其型號(hào)是17HS111，這種型號(hào)的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的出線接線圖如

4、圖8-2所示。,其含義是：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的4根引出線分別是紅色、綠色、黃色和藍(lán)色；其中紅色引出線應(yīng)該與步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的A接線端子相連，綠色引出線應(yīng)該與步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的接線端子相連，黃色引出線應(yīng)該與步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的B接線端子相連，藍(lán)色引出線應(yīng)該與步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的接線端子相連。,（2）PLC與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的接線 步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器有共陰和共陽(yáng)兩種接法，這與控制信號(hào)有關(guān)系，西門子PLC輸出信號(hào)是+24V信號(hào)（即PNP接法），所以應(yīng)該采用共陰接法，所謂共陰接法就是步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的DIR和CP與電源的負(fù)極短接，如圖8-3所示。,順便指出，三菱的PLC輸出的是低電位信號(hào)（即NPN接法），因此應(yīng)該采用共陽(yáng)接法。,圖8-2 17H

5、S111型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)出線接線圖,圖8-3 PLC接線圖,（3）程序編寫 編好的程序如圖8-4所示。,圖8-4 復(fù)位程序,圖8-4 復(fù)位程序（續(xù)）,8.1.3 PID指令 1PID算法 PID控制回路的參數(shù)表見表8-5。,2PID指令 PID指令的使能輸入有效時(shí)，根據(jù)參數(shù)表（TBL）中的輸入測(cè)量值、控制設(shè)定值及PID參數(shù)進(jìn)行PID計(jì)算。PID指令格式見表8-6。,PID指令使用注意事項(xiàng)： 程序中最多可以使用8條PID指令，回路號(hào)為07，不能重復(fù)使用。, PID指令不對(duì)參數(shù)表的輸入值進(jìn)行范圍檢查。必須保證過程變量、給定值積分項(xiàng)前值和過程變量前值在0.01.0之間。, 使ENO0的錯(cuò)誤條件：0006

6、（簡(jiǎn)介地址），SM1.1（溢出，參數(shù)表起始地址或指令中指定的PID回路指令號(hào)操作數(shù)超出范圍）。,8.1.4 PID指令的應(yīng)用 【例8-2】 某溫控系統(tǒng)由S7-200 PLC、EM 231、EM 232和控制對(duì)象（電爐）等組成，溫度控制的原理是：通過電壓加熱使電爐產(chǎn)生溫度，再通過溫度變送器使溫度變送為電壓。電爐根據(jù)加熱時(shí)間的長(zhǎng)短產(chǎn)生不同的熱能。,這就需要用到脈沖，輸入電壓對(duì)應(yīng)不同的脈沖寬度，輸入電壓越大，脈沖越寬，通電時(shí)間越長(zhǎng)，熱能越大，溫度越高。,【解】 溫控系統(tǒng)的PID參數(shù)表見表8-7，程序如圖8-5所示。,圖8-5 電路PID控制程序,圖8-5 電路PID控制程序,（c）中斷服務(wù)程序 圖8

7、-5 電路PID控制程序（續(xù)）,8.2 S7-200 PLC的通信,8.2.1 通信相關(guān)的概念 1與通信的基本概念,（1）串行通信與并行通信 串行通信和并行通信是兩種不同的數(shù)據(jù)傳輸方式。,（2）異步通信與同步通信 異步通信與同步通信也稱為異步傳送與同步傳送，這是串行通信的兩種基本信息傳送方式。,從用戶的角度上說，兩者最主要的區(qū)別在于通信方式的“幀”不同。,同步通信方式在傳遞數(shù)據(jù)的同時(shí)，也傳輸時(shí)鐘同步信號(hào)，并始終按照給定的時(shí)刻采集數(shù)據(jù)。其傳輸數(shù)據(jù)的效率高，硬件復(fù)雜，成本高，一般用于傳輸速率高于20kbit/s以上的數(shù)據(jù)通信。,（3）單工、雙工與半雙工 單工、雙工與半雙工是通信中描述數(shù)據(jù)傳送方向的

8、專用術(shù)語(yǔ)。,2RS-485標(biāo)準(zhǔn)串行接口 （1）RS-485接口 RS-485接口是在RS-422基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種EIA標(biāo)準(zhǔn)串行接口，采用“平衡差分驅(qū)動(dòng)”方式。RS-485接口滿足RS-422的全部技術(shù)規(guī)范，可以用于RS-422通信。RS-485接口通常采用9針連接器。RS-485接口的引腳功能參見表8-8。,（2）西門子的PLC連線,西門子的專用PROFIBUS電纜中有兩根線，一根為紅色，一根為綠色，上面標(biāo)有“A”和“B”，這兩根線只要與網(wǎng)絡(luò)接頭上相對(duì)應(yīng)的“A”和“B”接線端子相連即可（如“A”線與“A”接線端相連）。,網(wǎng)絡(luò)接頭直接插在PLC的PORT口上即可，不需要其他設(shè)備。注意：三菱的

9、FX系列PLC的RS-485通信要加RS-485專用通信模塊和偏流電阻。,圖8-6 網(wǎng)絡(luò)接頭的偏流電阻設(shè)置圖,3PLC網(wǎng)絡(luò)的術(shù)語(yǔ)解釋 PLC網(wǎng)絡(luò)中的名詞、術(shù)語(yǔ)很多，現(xiàn)將常用的予以介紹。, 站（Station）：在PLC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，將可以進(jìn)行數(shù)據(jù)通信、連接外部輸入/輸出的物理設(shè)備稱為“站”。例如，由PLC組成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，每臺(tái)PLC可以是一個(gè)“站”。, 主站（Master Station）：PLC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中進(jìn)行數(shù)據(jù)連接系統(tǒng)控制的站。 從站（Slave Station）：PLC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，除主站外，其他的站稱為“從站”。, 遠(yuǎn)程設(shè)備站（Remote Device Station）：PLC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中

10、，能同時(shí)處理二進(jìn)制位、字的從站。, 本地站（Local Station）：PLC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，帶有CPU模塊并可以與主站以及其他本地站進(jìn)行循環(huán)傳輸?shù)恼尽? 站數(shù)（Number of Station）：PLC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，所有物理設(shè)備（站）所占用的“內(nèi)存站數(shù)”的綜合。, 網(wǎng)關(guān)（Gateway）：又稱網(wǎng)間連接器、協(xié)議轉(zhuǎn)換器 。, 中繼器：用于網(wǎng)絡(luò)信號(hào)放大、調(diào)整的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備，能有效延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的連接長(zhǎng)度。例如，以太網(wǎng)的正常傳送距離是500m，經(jīng)過中繼器放大后，可傳輸2500m。,8.2.2 西門子PLC間的PPI通信 1認(rèn)識(shí)PPI協(xié)議 PPI是一個(gè)主從協(xié)議，主站向從站發(fā)出請(qǐng)求，從站作出應(yīng)答。從站不主動(dòng)發(fā)出

11、信息，而是等候主站向其發(fā)出請(qǐng)求或查詢，要求應(yīng)答。主站通過由PPI協(xié)議管理的共享連接與從站通信。,圖8-7 PPI通信例圖,2網(wǎng)絡(luò)讀寫指令的格式 網(wǎng)絡(luò)讀取（NETR）指令通過指定的端口（PORT）根據(jù)表格（TBL）定義從遠(yuǎn)程設(shè)備收集數(shù)據(jù)。,NETR指令可從遠(yuǎn)程站最多讀取16字節(jié)信息。網(wǎng)絡(luò)寫入（NETW）指令通過指定的端口（PORT）根據(jù)表格（TBL）定義向遠(yuǎn)程設(shè)備寫入數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡(luò)讀寫指令格式見表8-10。,網(wǎng)絡(luò)讀寫指令具有相似的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，緩沖區(qū)以一個(gè)狀態(tài)字起始。主站的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)如圖8-8所示。遠(yuǎn)程站的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)如圖8-9所示。,圖8-8 主站的數(shù)據(jù)緩沖區(qū),圖8-9 遠(yuǎn)程站的數(shù)據(jù)緩沖區(qū),3PPI主

12、站的定義 PLC用特殊寄存器的字節(jié)SMB30（對(duì)PORT0，端口0）和SMB130（對(duì)PORT1，端口1）定義通信口?？刂莆坏亩x如圖8-10所示。, 通信模式由控制字的最低的兩位“mm”決定。 mm=00:PPI從站模式（默認(rèn)值）。 mm=01:自由口模式 。 mm=10:PPI主站模式 。,所以，只要將SMB30或SMB130賦值為210，即可將通信口設(shè)置為PPI主站模式。, 控制位的“pp”是奇偶校驗(yàn)選擇。 pp=00:無校驗(yàn)。 pp=01:偶校驗(yàn)。 pp=10:無校驗(yàn)。 pp=11:奇校驗(yàn)。, 控制位的“d”是奇偶校驗(yàn)選擇。 d=0:每個(gè)字符8位。 d=1:每個(gè)字符7位。, 控制位的“

13、bbb”是奇偶校驗(yàn)選擇。 bbb=000: 38400bit/s。 bbb=001: 19200bit/s。 bbb=010: 9600bit/s。 bbb=011: 4800bit/s。, bbb=100: 2400bit/s。 bbb=101：1200bit/s。 bbb=110：115200bit/s。 bbb=111：57600bit/s,圖8-10 控制位的定義,8.2.3 PPI通信的應(yīng)用 【例8-3】 某生產(chǎn)線的搬運(yùn)站（第二站）和加工站（第三站）上的控制器是S7-226，兩個(gè)站組成一個(gè)PPI網(wǎng)絡(luò)，其中，搬運(yùn)站的PLC為主站，加工站的PLC為從站。,其工作任務(wù)是：將主站內(nèi)保存的時(shí)鐘

14、信息用網(wǎng)絡(luò)寫指令寫入從站的V存儲(chǔ)區(qū)，把從站的存儲(chǔ)區(qū)的時(shí)鐘信息用網(wǎng)絡(luò)讀指令讀到主站的V存儲(chǔ)區(qū)，主站和從站分別把時(shí)間信息的“秒”用BCD格式傳送到QB0字節(jié)上顯示。請(qǐng)編寫程序。,【解】 首先列出主站發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖區(qū)和從站接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，見表8-11和表8-12。,然后再列出主站接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)和從站發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，見表8-13和表8-14。,最后編寫程序，如圖8-13和圖8-14所示。,圖8-13 主站程序,圖8-13 主站程序（續(xù)）,圖8-14 從站主程序,用“指令向?qū)А鄙赏ㄐ抛映绦虻倪^程。,【例8-4】 某生產(chǎn)線的搬運(yùn)站（第二站）和加工站（第三站）上的控制器是S7-226，兩個(gè)站組成一個(gè)PPI網(wǎng)

15、絡(luò)，其中，搬運(yùn)站的PLC為主站，加工站的PLC為從站。,其工作任務(wù)是：當(dāng)壓下主站上的按鈕SB1時(shí)，從站上的燈亮。請(qǐng)編寫程序。,首先單擊工具條中的指令向?qū)О粹o ，彈出“指令向?qū)А睂?duì)話框，如圖8-15所示，選中“NETR/NETW”選項(xiàng)，單擊“下一步”按鈕。,圖8-15 指令向?qū)В?）,在圖8-16所示的界面中設(shè)置需要進(jìn)行多少網(wǎng)絡(luò)讀寫操作，由于本例比較簡(jiǎn)單，設(shè)為“1”即可，單擊“下一步”按鈕。,由于CPU226有0和1兩個(gè)通信口，網(wǎng)絡(luò)連接器插在哪個(gè)端口，配置時(shí)就選擇哪個(gè)端口，子程序的名稱可以不作更改，因此在圖8-17所示的界面中直接單擊“下一步”按鈕。,圖8-16 指令向?qū)В?）,圖8-17 指令

16、向?qū)В?）,圖8-18所示的界面相對(duì)比較復(fù)雜，需要設(shè)置5項(xiàng)參數(shù)。在圖中的位置1選擇“NETW”（網(wǎng)絡(luò)寫），因?yàn)楸纠兄灰笾髡景研畔⑺偷綇恼?；在位?輸入1，因?yàn)橹挥?個(gè)開關(guān)量信息；在位置3輸入3，因?yàn)榈谌镜牡刂窞椤?”；位置4和位置5保持默認(rèn)值，然后單擊“下一步”按鈕。,圖8-18 指令向?qū)В?）,接下來在圖8-19所示的界面中分配系統(tǒng)要使用的存儲(chǔ)區(qū)，通常使用默認(rèn)值，然后單擊“下一步”按鈕。,圖8-19 指令向?qū)В?）,最后“確定”按鈕即可。至此通信子程序“NET_EXE”已經(jīng)生成，在后面的程序中可以方便地進(jìn)行調(diào)用。,圖8-20 指令向?qū)В?）,編寫主站程序，如圖8-21所示。,圖8-21

17、 主站程序,編寫從站程序，如圖8-22所示。,圖8-22 從站程序,由此可見，用指令向?qū)勺映绦蜻M(jìn)行PPI通信，比使用網(wǎng)絡(luò)讀寫指令（NETR/NETW）要容易得多。,8.3 HMI與PLC的應(yīng)用,8.3.1 認(rèn)識(shí)人機(jī)界面 1觸摸屏的工作原理 觸摸屏工作時(shí)，用手或其他物體觸摸觸摸屏，系統(tǒng)將根據(jù)手指觸摸的圖標(biāo)或文字的位置來定位以選擇信息輸入。,觸摸屏由觸摸檢測(cè)部件和觸摸屏控制器組成。觸摸檢測(cè)部件安裝在顯示器的屏幕上，用于檢測(cè)用戶觸摸的位置并送至觸摸屏控制器，觸摸屏控制器將接收到的信息轉(zhuǎn)換成觸點(diǎn)坐標(biāo)，再送給CPU，它同時(shí)接收CPU發(fā)來的命令并加以執(zhí)行。,2觸摸屏的分類 觸摸屏主要分為電阻式觸摸屏、

18、電容式觸摸屏、紅外線式觸摸屏和表面聲波觸摸屏等。,8.3.2 觸摸屏的連線 1計(jì)算機(jī)與西門子TP-177A觸摸屏之間的連線,圖8-23 計(jì)算機(jī)與觸摸屏的連線圖,2觸摸屏與PLC的連線 西門子TP-177A觸摸屏有一個(gè)RS-422/485接口，西門子S7-200系列PLC有編程口（一個(gè)或者兩個(gè)），它實(shí)際上就是RS-4485接口，兩者采用通信電纜互連實(shí)現(xiàn)通信，如圖8-24所示。,圖8-24 觸摸屏與PLC的連線（RS-485）,8.3.3 創(chuàng)建一個(gè)簡(jiǎn)單的觸摸屏工程 下面用一個(gè)例子介紹一個(gè)簡(jiǎn)單觸摸屏工程的完整創(chuàng)建過程。,【例8-5】 利用一臺(tái)西門子TP-177A觸摸屏控制一臺(tái)西門子S7-226CN型

19、PLC上的一盞燈的開/關(guān)，并在觸摸屏上顯示燈的明暗狀態(tài)。,【解】 用一根PPI編程電纜將計(jì)算機(jī)與觸摸屏相連，參考圖8-23。 啟動(dòng)計(jì)算機(jī)中的WinCC flexible軟件，初始界面如圖8-26所示。,圖8-26 初始界面,新建工程。,圖8-27 “設(shè)備選擇”界面, 新建連接。如圖8-28所示。 選擇通信的波特率，如圖8-29所示。,圖8-28 連接編輯器,圖8-29 設(shè)置參數(shù), 變量的生成與屬性的設(shè)置。如圖8-30所示。,圖8-30 變量編輯器, 生成畫面，如圖8-31所示。,圖8-31 畫面編輯器, 設(shè)置按鈕的組態(tài)，如圖8-32所示。,圖8-32 設(shè)置按鈕的文本屬性,設(shè)置按鈕的單擊事件，如

20、圖8-33所示。 關(guān)聯(lián)變量，如圖8-34所示。 設(shè)置燈的組態(tài)，如圖8-35所示。,圖8-33 設(shè)置按鈕的單擊事件,圖8-34 關(guān)聯(lián)變量,圖8-35 設(shè)置燈的顏色,在設(shè)置燈的可見性，如圖8-36所示。然后將對(duì)象的狀態(tài)選定為“可見”。保存以上設(shè)置。燈的組態(tài)如圖8-37所示。,圖8-36 設(shè)置燈的可見性,圖8-37 燈的組態(tài),開啟觸摸屏的電源，觸摸屏上出現(xiàn)初始界面，如圖8-38所示，用手觸摸“Transfer”按鈕，觸摸屏做好與計(jì)算機(jī)通信的準(zhǔn)備。,選擇設(shè)備進(jìn)行傳送，如圖8-39所示。 計(jì)算機(jī)向觸摸屏傳送數(shù)據(jù)時(shí)的界面如圖8-40所示。,再向S7-226型PLC中下載如圖8-41所示的程序 。 參照?qǐng)D8

21、-24制作電纜，并將TP-177A觸摸屏和S7226 PLC連接在一起。,圖8-38 觸摸屏初始界面,圖8-39 “選擇設(shè)備進(jìn)行傳送”界面,圖8-40 傳送數(shù)據(jù)界面,圖8-41 PLC中的程序,調(diào)試。,圖8-42 觸摸屏運(yùn)行界面,8.4 S7-200系列PLC對(duì)變頻器的 速度控制,8.4.1 變頻器的調(diào)速方式 一般的變頻器的調(diào)速方法有鍵盤調(diào)速、多段調(diào)速、通信調(diào)速和外部模擬量調(diào)速等。,8.4.2 PLC對(duì)變頻器的調(diào)速控制應(yīng)用 【例8-6】 某生產(chǎn)線上有一個(gè)運(yùn)輸站，配有一臺(tái)S7-226CN、一臺(tái)模擬量輸出模塊EM 232和一臺(tái)MM 440變頻器，PLC控制變頻器，從而實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速度控制，請(qǐng)?zhí)岢隹刂?/p>

22、解決方案并編寫控制程序。,【解】 首先將PLC、變頻器、模擬量輸出模塊EM 232和電動(dòng)機(jī)按照?qǐng)D8-43接線。,圖8-43 連線圖,梯形圖如圖8-44所示。,圖8-44 梯形圖,8.5 基于PLC的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),8.5.1 概述 8.5.2 實(shí)例 【例8-7】 有一臺(tái)油壓機(jī)，其液壓系統(tǒng)如圖8-45所示，其動(dòng)作循環(huán)過程如下：, 當(dāng)通電后1YA有電，液壓缸實(shí)現(xiàn)快進(jìn)； 當(dāng)壓下行程開關(guān)SQ2時(shí)，3YA得電，回油流經(jīng)調(diào)速閥1實(shí)現(xiàn)工進(jìn)；, 當(dāng)壓下行程開關(guān)SQ3時(shí)，4YA得電，回油流經(jīng)調(diào)速閥2實(shí)現(xiàn)工進(jìn)；, 當(dāng)壓下行程開關(guān)SQ4時(shí)，油缸開始?jí)褐莆矬w，當(dāng)無桿氣腔油壓力低于4MPa時(shí)，進(jìn)行補(bǔ)壓，當(dāng)無桿氣腔油壓力高于6MPa時(shí)，5YA得電卸荷，液壓系統(tǒng)的油壓高于4MPa，并保持5min后，1YA斷電，2YA得電，油路反向，實(shí)現(xiàn)油缸快退，當(dāng)壓下行程開關(guān)SQ1時(shí)，5YA有電，系統(tǒng)卸荷。,其中，SP1壓力繼電器在油壓為4MPa時(shí)動(dòng)作，SP2壓力繼電器在油壓為6MPa時(shí)動(dòng)作。,圖8-45 液壓原理圖,【解】 1確定控制對(duì)象和控制范圍 首先，要詳細(xì)分析被控制對(duì)象、控制過程和要求。對(duì)于本例，控制對(duì)象就是液壓系統(tǒng)，控制過程可以用表8-