電氣控制與PLC調(diào)試實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1、自動(dòng)化13級電氣控制與PLC實(shí)訓(xùn)內(nèi)容與要求第一部分S7-200的自動(dòng)化通信網(wǎng)絡(luò)一、通信網(wǎng)絡(luò)介紹可編程序控制器與計(jì)算機(jī)可以直接或通過通信處理單元、通信轉(zhuǎn)接器相連構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，以實(shí)現(xiàn)信息的交換，并可構(gòu)成“集中管理、分散控制”的分布式控制系統(tǒng)，滿足工廠自動(dòng)化(FA)系統(tǒng)發(fā)展的需要。各可編程序控制器或遠(yuǎn)程I/O模塊按功能各自放置在生產(chǎn)現(xiàn)場進(jìn)行分散控制，然后用網(wǎng)絡(luò)連接起來，構(gòu)成集中管理的分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的總稱，它包含了三個(gè)主要的層次。1工業(yè)以太網(wǎng)它是基與國際標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.3的開放式網(wǎng)絡(luò)。以太網(wǎng)可實(shí)現(xiàn)管理-控制網(wǎng)絡(luò)的一體化，可集成到因特網(wǎng)，為全球聯(lián)網(wǎng)提供了條件。網(wǎng)絡(luò)規(guī)模可達(dá)1024站，距離可達(dá).

2、5km(電氣網(wǎng)絡(luò))或200km(光纖網(wǎng)絡(luò))。工業(yè)以太網(wǎng)將控制網(wǎng)絡(luò)集成到信息技術(shù)(IT)中，可與使用TCP/IP協(xié)議的計(jì)算機(jī)傳輸數(shù)據(jù)，可使用E-mail和Web技術(shù)，用戶可在工業(yè)以太網(wǎng)的Socket接口上編制自己的協(xié)議，可在網(wǎng)絡(luò)中的任何一點(diǎn)進(jìn)行設(shè)備啟動(dòng)和故障檢查，冗余網(wǎng)絡(luò)可構(gòu)成冗余系統(tǒng)。西門子可提供以太網(wǎng)通信模塊或通信處理器，遠(yuǎn)程訪問路由器可在廣域網(wǎng)連接的兩個(gè)以太網(wǎng)之間實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信。2現(xiàn)場總線PROFIBUS它是用于車間級和現(xiàn)場級的國際標(biāo)準(zhǔn)，傳輸速率最在為12Mbps，響應(yīng)時(shí)間的典型值為1ms，使用屏蔽雙絞線電纜(最長9.6km)或光纜(最長90km)，最多可接127個(gè)從站。PROFIBUS由3

3、個(gè)系列組成：PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA 和PROFIBUS-FMS。PROFIBUS-DP特別適用于可編程序控制器與現(xiàn)場級分散的遠(yuǎn)程I/O設(shè)備之間的快速數(shù)據(jù)交換通信，即插即用。使用編程軟件STEP 7-Micro/WIN 32或SIMATIC NET軟件，可對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組態(tài)或設(shè)置參數(shù)，可啟動(dòng)或測試網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)。西門子的S7系列可編程序控制器有的配備有集成的PROFIBUS-DP接口，也可以通過接口模塊或通信處理器連接到PROFIBUS-DP。可將多條PROFIBUS-DP線路通過集成的接口或接口模塊連接到一個(gè)可編程序控制器。3AS-i接口AS-i是傳感器和執(zhí)行器通信的國際標(biāo)準(zhǔn)

4、(EN50295)，響應(yīng)時(shí)間小于5ms，使用未屏蔽的雙絞線，由總線提供電源，最長通信距離為30m，最多接62個(gè)從站。1.S7-200的通信方式與通信參數(shù)的設(shè)置（1）S7-200的通信方式S7-200的通信功能強(qiáng)，有多種通信方式可供用戶選擇。在運(yùn)行Windows或Windows NT操作系統(tǒng)的個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)上安裝了STET 7-Micro/WIN 32編程軟后，PC可作為通信中的主站。1）單主站方式單主站與一個(gè)或多個(gè)從站相連，STEP 7-Micro/WIN32每次和一個(gè)S7-200 CPU通信,但是它可以訪問網(wǎng)絡(luò)上的所有CPU。2）多主站方式通信網(wǎng)絡(luò)中有多個(gè)主站，一個(gè)或多個(gè)從站。帶CP通信

5、卡的計(jì)算機(jī)和文本顯示器TD200、操作面板OP15是主站，S7-200 CPU可以是從站或主站。（2） S7-200通信的硬件選擇表1給出了可供用戶選擇的STEP 7-Micro/WIN 32支持的通信硬件和波特率。除此之外，S7-200還可以通過EM277 PROFIBUS-DP模塊連接到PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)，各通信卡提供一個(gè)與PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)相連的RS-485通信口。表2給出了S7-200與PROFIBUS通信模塊EM227的性能。表1 STEP 7-Micro/WIN 32支持的硬件配置支持的硬件類 型支持的波特率/Kbps支持的協(xié)議PC/PPI電纜到PC通信口的電纜聯(lián)

6、接器9.6，19.2PPI協(xié)議CP 5511II型，PCMCIA卡9.6，19.2，187.5支持用于筆記本電腦的PPI，MPI和PROFIBUS協(xié)議CP 5611PCI卡(版本3或更高)支持用于PC的PPI，MPI和PROFIBUS協(xié)議MPI集成在編程器中的PC ISA卡表2 S7-200與PROFIBUS通信模塊EM277的性能連 接 口支持的波特率/Kbps邏輯連接數(shù)支持的協(xié)議S7-200 CPU口 09.6K每個(gè)模塊4個(gè)PPI，MPI和PROFIBUS協(xié)議口 19.6K，19.2K，187.5KEM277 PROFIBUS-DP 模塊每個(gè)CPU最多2塊9.6K-12M每個(gè)模塊6個(gè)MPI

7、和PROFIBUS協(xié)議（3）網(wǎng)絡(luò)部件1）通信口S7-200 CPU上的通信口是與RS-485兼容的9針D型連接器，符合歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 50170。表3給出了通信口的引腳分配。表3 S7-200 CPU通信口引腳分配針PROFIBUS名稱端口0/端口11屏蔽邏輯地224V返回邏輯地3RS-485信號BRS-485信號B4發(fā)送申請RTS(TTL)55V返回邏輯地6+5V+5V，100串聯(lián)電阻7+24V+24V8RS-485信號ARS-485信號A9不用10位協(xié)議選擇連接器外殼屏蔽屏蔽2）網(wǎng)絡(luò)連接器利用西門子提供的兩種網(wǎng)絡(luò)連接器可以把多個(gè)設(shè)備很容易的連到網(wǎng)絡(luò)中。兩種連接器都有兩組螺釘端子，可以連接網(wǎng)絡(luò)

8、的輸入和輸出。一種連接器僅提供連接到CPU的接口，而另一種連接器增加了一個(gè)編程接口。兩種網(wǎng)絡(luò)連接器還有網(wǎng)絡(luò)偏置和終端偏置的選擇開關(guān)，該開關(guān)在ON位置時(shí)的內(nèi)部接線圖，在OFF位置時(shí)未接終端電阻。接在網(wǎng)絡(luò)端部的連接器上的開關(guān)應(yīng)放在ON位置。帶有編程器接口的連接器可以把SIMATIC編程器或操作員面板接到網(wǎng)絡(luò)中，而不用改動(dòng)現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)連接。編程器接口的連接器把CPU來的信號傳到編程器接口，這個(gè)連接器對于連接從CPU獲取電源的設(shè)備(例如操作員面板TD200或OP3)很有用。（4）使用PC/PPI電纜通信使用PC/PPI電纜可實(shí)現(xiàn)S7-200CPU與RS-232標(biāo)準(zhǔn)兼容的設(shè)備的通信。有兩種不同型號的PC/

9、PPI電纜：1)帶RS-232口的隔離型PC/PPI電纜，用5個(gè)DIP開關(guān)設(shè)置波特率和其他配置項(xiàng)。通信的波特率用PC/PPI電纜盒上的DIP開關(guān)來設(shè)置。2)帶RS-232口的非隔離型PC/PPI電纜，用4個(gè)DIP開關(guān)設(shè)置波特率，這種電纜已經(jīng)被隔離型PC/PPI電纜取代。 當(dāng)數(shù)據(jù)從RS-232傳送到RS-485口時(shí)，PC/PPI電纜是發(fā)送模式。當(dāng)數(shù)據(jù)從RS-485傳送到RS-232口時(shí)，PC/PPI電纜是接收模式。檢測到RS-232的發(fā)送線有字符時(shí)，電纜立即從接收模式切換到發(fā)送模式。RS-232發(fā)送線處于閑置的時(shí)間超過電纜切換時(shí)間時(shí)，電纜又切換到接收模式。這個(gè)時(shí)間與電纜上的DIP開關(guān)設(shè)置的波特率

10、有關(guān)（5）開關(guān)PC/PPI電纜的5號DIP設(shè)為0時(shí)，RS-232口為數(shù)據(jù)通信設(shè)備(DCE)模式，設(shè)置為1時(shí)，為數(shù)據(jù)終端設(shè)備(DTE)模式。表4是PC/PPI電纜各個(gè)引腳的定義。表4RS-485至RS-232DTE連接器引腳RS-485連接器引腳RS-232DTE連接器引腳引腳號信號說明引腳號信號說明1地(RS-485邏輯地)1數(shù)據(jù)載波檢測(DCD)(不用)224V(RS-485邏輯地)2接收數(shù)據(jù)(RD，輸入到PC/PPI電纜)3信號B(RxD/TxD+)3發(fā)送數(shù)據(jù)(TD，從PC/PPI電纜輸出)4RTS(TTL電平)4數(shù)據(jù)終端就緒(DTR，不用)5地(RS-485邏輯地)5地(RS-232邏輯

11、地)6+5V(帶100串聯(lián)電阻)6數(shù)據(jù)設(shè)置就緒(DSR，不用)724V電源7申請發(fā)送(RTS，PC/PPI電纜輸出)8信號A(RxD/TxD-)8清除發(fā)送(CTS，不用)9協(xié)議選擇9振鈴指示器(RI，不用)注：調(diào)制解調(diào)器需要一個(gè)陰到陽的9針到25針的轉(zhuǎn)換。2在編程軟件中安裝與刪除通信接口在STEP 7-Micro/WIN 32中選擇菜單命令“檢視通信”或單擊瀏覽欄中的通信圖標(biāo)，可進(jìn)入設(shè)置通信的對話框。在對話框中雙擊PC/PPI電纜的圖標(biāo)，出現(xiàn)“設(shè)置PG/PC接口(Set PG/PC Interface)”對話框。按“Select(選擇)”按鈕，出現(xiàn)“安裝/刪除”窗口，可用它來安裝或刪除通信硬件

12、。對話框的左側(cè)是可供選擇的通信硬件，右側(cè)是已經(jīng)安裝好的通信硬件。1）通信硬件的安裝從左邊的選擇列表框中選擇要安裝的硬件型號，窗口下部顯示出對選擇的硬件的描述。單擊“Install(安裝)”按鈕，選擇的硬件將出現(xiàn)在右邊的“Installed(已安裝)”列表框。安裝完后按“Close(關(guān)閉)”按鈕，回到“設(shè)置PG/PC接口”對話框。2）通信硬件的刪除在“安裝/刪除”窗口中右邊的已安裝列表框中選擇硬件，單擊“Uninstall(刪除)”按鈕，選擇的硬件被刪除。3）Windows NT用戶的特殊硬件安裝信息在Windows NT操作系統(tǒng)安裝硬件模塊與在Windows 95上安裝略有不同。Windows

13、 95自動(dòng)地設(shè)置系統(tǒng)資源，而Windows NT只提供默認(rèn)值，它們與硬件配置可能不匹配，但可以很容易地修變這些參數(shù)，以便與要求的系統(tǒng)設(shè)置匹配。安裝完硬件后，在已安裝列表欄中選擇它，單擊“Resource(資源)”按鈕，出現(xiàn)資源對話框，該框允許修改實(shí)際安裝的硬件的系統(tǒng)設(shè)置值。如果該按鈕呈灰色，說明不需修改參數(shù)。此時(shí)可能需要參考硬件手冊，根據(jù)硬件設(shè)置決定對話框中列舉的各個(gè)參數(shù)的設(shè)置值。為了正確建立通信，可能需要試幾個(gè)不同的中斷。如果在Windows NT中使用PC/PPI電纜，網(wǎng)絡(luò)中不允許有其他主站。3計(jì)算機(jī)使用的通信接口參數(shù)的設(shè)置打開“設(shè)置PG/PC接口”對話框，“Micro/WIN”應(yīng)出現(xiàn)在“

14、Access Point of the Application(應(yīng)用的訪問接點(diǎn))”列表框中。PC/PPI電纜只能選用PPI協(xié)議：選擇好通信協(xié)議后，單擊“設(shè)置PG/PC接口”對話框中的“屬性(Properties)”按鈕，然后在彈出的窗口中設(shè)置通信參數(shù)。PC/PPI電纜的PPI參數(shù)設(shè)置：如果使用PC/PPI電纜，在“設(shè)置PG/PC接口”對話框中單擊“屬性”按鈕，就會出現(xiàn)PC/PPI電纜(PPI)的屬性窗口。進(jìn)行通信時(shí)，STEP 7-Micro/WIN 32的默認(rèn)設(shè)置為多主站PPI協(xié)議。此協(xié)議允許STEP 7-Micro/WIN 32與其他主站(TD 200與操作員面板)在網(wǎng)絡(luò)中共為主站。選中PG

15、/PC接口中PC/PPI電纜屬性對話框中的“多主站網(wǎng)絡(luò)(Multiple Master Netword)”，即可啟動(dòng)此模塊，未選擇時(shí)為單主站協(xié)議。4S7-200的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議S7-200支持多種通信協(xié)議，如點(diǎn)對點(diǎn)接口(PPI)、多點(diǎn)接口(MPI)和PROFIBUS。它們都是基于字符的異步通信協(xié)議，帶有起始位、8位數(shù)據(jù)、偶校驗(yàn)和1個(gè)停止位。通信幀由起始和結(jié)束字符、源和目的站地址、幀長度和數(shù)據(jù)完整性校驗(yàn)和組成。只要波特率相同，三個(gè)協(xié)議可以在網(wǎng)絡(luò)中同時(shí)運(yùn)行，不會相互影響。協(xié)議支持一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的127個(gè)地址(0126)，網(wǎng)絡(luò)上最多可有32個(gè)主站，網(wǎng)絡(luò)上各設(shè)備的地址不能重復(fù)。運(yùn)行STEP 7-Micro/

16、WIN 32的計(jì)算機(jī)的默認(rèn)地址為0，操作員面板的默認(rèn)地址為1，可編程控制器的默認(rèn)地址為2。（1）點(diǎn)對點(diǎn)接口協(xié)議(PPI)PPI(Point-to-Point)是主/從協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)上的S7-200 CPU均為從站，其他CPU、SIMATIC編程器或TD200為主站。如果在用戶程序中允許PPI主站模式，一些S7-200 CPU在RUN模式下可以作主站，它們可以用網(wǎng)絡(luò)讀(NETR)和網(wǎng)絡(luò)寫(NETW)指令讀寫其他CPU中的數(shù)據(jù)。S7-200 CPU作PPI主站時(shí)，還可以作為從站響應(yīng)來自其他主站的通信申請。PPI沒有限制可以有多少個(gè)主站與一個(gè)從站通信，但是在網(wǎng)絡(luò)中最多只能有32個(gè)主站。（2）多點(diǎn)接口協(xié)議

17、(MPI)MPI是集成在西門子公司的可編程序控制器、操作員界面和編程器上的集成通信接口，用于建立小型的通信網(wǎng)絡(luò)。最多可接32個(gè)節(jié)點(diǎn)，典型數(shù)據(jù)長度為64字節(jié)，最大距離100m。MPI(Multi-Point)可以是主/主協(xié)議或主/從協(xié)議。S7-300 CPU作為網(wǎng)絡(luò)主站，使用主/主協(xié)議。對S7-200 CPU建立主/從連接，因?yàn)镾7-200 CPU是從站。MPI在兩個(gè)相互通信的設(shè)備之間建立連接，一個(gè)連接可能是兩個(gè)設(shè)備之間的非公用連接，另一個(gè)主站不能干涉兩個(gè)設(shè)備之間已經(jīng)建立的連接。主站可以短時(shí)間建立連接，或使連接長期斷開。每個(gè)S7-200 CPU支持四個(gè)連接，每個(gè)EM277模塊支持6個(gè)連接。它們保

18、留兩個(gè)連接，其中一個(gè)給SIMATIC編程器或計(jì)算機(jī)，另一個(gè)給操作員面板。保留的連接不能被其他類型的主站(如CPU)使用 S7-200與計(jì)算機(jī)之間的MPI通信，S7-200要與計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行MPI通信，計(jì)算機(jī)內(nèi)必須安裝有CP561網(wǎng)卡。二、調(diào)試內(nèi)容（見教材） 第二部分 順序控制編程實(shí)驗(yàn)機(jī)械手動(dòng)作的模擬在S24 S7-200模擬實(shí)驗(yàn)掛箱（四）完成本實(shí)驗(yàn)。一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康挠脭?shù)據(jù)移位指令來實(shí)現(xiàn)機(jī)械手動(dòng)作的模擬。二、控制要求圖中為一個(gè)將工件由A處傳送到B處的機(jī)械手，上升/下降和左移/右移的執(zhí)行用雙線圈二位電磁閥推動(dòng)氣缸完成。當(dāng)某個(gè)電磁閥線圈通電，就一直保持現(xiàn)有的機(jī)械動(dòng)作，例如一旦下降的電磁閥線圈通電，機(jī)械

19、手下降，即使線圈再斷電，仍保持現(xiàn)有的下降動(dòng)作狀態(tài)，直到相反方向的線圈通電為止。另外，夾緊/放松由單線圈二位電磁閥推動(dòng)氣缸完成，線圈通電執(zhí)行夾緊動(dòng)作，線圈斷電時(shí)執(zhí)行放松動(dòng)作。設(shè)備裝有上、下限位和左、右限位開關(guān)，它的工作過程如圖所示，有八個(gè)動(dòng)作，即為： 三、機(jī)械手動(dòng)作的模擬實(shí)驗(yàn)面板圖：此面板中的啟動(dòng)、停止用動(dòng)斷按鈕來實(shí)現(xiàn)，限位開關(guān)用鈕子開關(guān)來模擬，電磁閥和原位指示燈用發(fā)光二極管來模擬。四、輸入/輸出接線列表面板SB1SB2SQ1SQ2SQ3SQ4PLCI0.0I0.5I0.1I0.2I0.3I0.4面板YV1YV2YV3YV4YV5HLPLCQ0.0Q0.1Q0.2Q0.30Q0.4Q0.5 五、

20、工作過程分析：當(dāng)機(jī)械手處于原位時(shí)，上升限位開關(guān)I0.2、左限位開關(guān)I0.4均處于接通（“1”狀態(tài)），移位寄存器數(shù)據(jù)輸入端接通，使M10.0置“1”，Q0.5線圈接通，原位指示燈亮。按下啟動(dòng)按鈕，SB1置“1”，產(chǎn)生移位信號，M10.0的“1”態(tài)移至M101，下降閥輸出繼電器I0.0接通，執(zhí)行下降動(dòng)作，由于上升限位開關(guān)U0.2斷開，M10.0置“0”，原位指示燈滅。當(dāng)下降到位時(shí)，下限位開關(guān)SQ1接通，產(chǎn)生移位信號，M10.0的“0”態(tài)移位到M10.1，下降閥Q0.0斷開，機(jī)械手停止下降，M10.1的“1”態(tài)移到M10.2，M20.0線圈接通，M20.0動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，夾緊電磁閥Q0.1接通，執(zhí)行夾

21、緊動(dòng)作，同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器T37，延時(shí)1.7秒。機(jī)械手夾緊工件后，T0動(dòng)合觸點(diǎn)接通，產(chǎn)生移位信號，使M10.3置“1”，“0”態(tài)移位至M102.，上升電磁閥YQ0.2接通，I0.1斷開，執(zhí)行上升動(dòng)作。由于使用S指令，M20.0線圈具有自保持功能，Q0.1保持接通，機(jī)械手繼續(xù)夾緊工件。當(dāng)上升到位時(shí)，上限位開關(guān)I0.2接通，產(chǎn)生移位信號，“0”態(tài)移位至M10.3，Q0.2線圈斷開，不再上升，同時(shí)移位信號使M10.4置“1”，Q0.4斷開，右移閥繼電器Q0.3接通，執(zhí)行右移動(dòng)作。待移至右限位開關(guān)動(dòng)作位置，I0.3動(dòng)合觸點(diǎn)接通，產(chǎn)生移位信號，使M10.3的“0”態(tài)移位到M10.4，Q0.3線圈斷開，停止右

22、移，同時(shí)M10.4的“1”態(tài)已移到M10.5，Q0.0線圈再次接通，執(zhí)行下降動(dòng)作。當(dāng)下降到使I0.1動(dòng)合觸點(diǎn)接通位置，產(chǎn)生移位信號，“0”態(tài)移至M10.5，“1”態(tài)移至M10.6，Q0.0線圈斷開，停止下降，R指令使M20.0復(fù)位，Q0.1線圈斷開，機(jī)械手松開工件；同時(shí)T38啟動(dòng)延時(shí)1.5秒，T1動(dòng)合觸點(diǎn)接通，產(chǎn)生移位信號，使M10.6變?yōu)椤?”態(tài)，M10.7為“1”態(tài)，Q0.2線圈再度接通，I0.1斷開，機(jī)械手又上升，行至上限位置，I0.2觸點(diǎn)接通，M10.7變?yōu)椤?”態(tài)，M11.2為“1”態(tài)，I0.2線圈斷開，停止上升，Y004線圈接通，X003斷開，左移。到達(dá)左限位開關(guān)位置，X004觸點(diǎn)接通，M11.2變?yōu)椤?”態(tài)，M11.3為“1”態(tài)，移位寄存器全部復(fù)位，Q