S7-1200PLC的項(xiàng)目實(shí)際應(yīng)用(高端培訓(xùn))課件

1、工程師培訓(xùn)資料標(biāo)題：S7-1200PLC的項(xiàng)目實(shí)際應(yīng)用（高端培訓(xùn)）培訓(xùn)人：xx內(nèi)部工程師培訓(xùn)資料一、項(xiàng)目簡介本項(xiàng)目是我公司為XXXX有限公司36米連續(xù)式退火爐增加天然氣燃燒系統(tǒng)。退火爐的總功率900104Kcal/h，原爐體兩側(cè)各有5臺(tái)每小時(shí)燃燒1800Nm3/h的雙蓄熱式高爐煤氣燒嘴，各有2臺(tái)每小時(shí)燃燒1500Nm3/h的雙蓄熱式高爐煤氣燒嘴，各有2臺(tái)小型保溫?zé)?。退火爐加熱段溫度為95010，在退火爐尾部排煙，排煙溫度約為650?，F(xiàn)需要增加天然氣燃燒系統(tǒng)，由于天然氣系統(tǒng)為臨時(shí)或者暫時(shí)用燃料，因此設(shè)計(jì)制作應(yīng)本著簡單、安全、投資低的原則?，F(xiàn)在爐體加熱段兩側(cè)各加裝4臺(tái)天然氣燃燒器，天然氣燃燒器位

2、于兩個(gè)高爐煤氣燒嘴之間，每臺(tái)燃燒器功100104Kcal/h。 二、控制系統(tǒng)功能概述1、以爐內(nèi)溫度為目標(biāo)，自動(dòng)完成燃料比例調(diào)節(jié)和鼓風(fēng)風(fēng)量比例調(diào)節(jié)（利用鼓風(fēng)風(fēng)門調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)）。退火爐原有四個(gè)溫度測點(diǎn)，新增的8臺(tái)天然氣燃燒器分為4個(gè)控制區(qū)域分別控制，每個(gè)區(qū)域可實(shí)現(xiàn)單獨(dú)控溫實(shí)現(xiàn)比例調(diào)節(jié)；2、每臺(tái)燃燒器獨(dú)立點(diǎn)火，獨(dú)立探火；3、控制系統(tǒng)具有可靠的點(diǎn)火程序和熄火保護(hù)程序，每次點(diǎn)火前進(jìn)行吹掃，吹掃時(shí)間至少為3分鐘，熄火停爐后進(jìn)行后吹掃，后吹掃時(shí)間至少為2分鐘；4、控制系統(tǒng)具有燃?xì)鈮毫Ω摺⒌蛨?bào)警保護(hù)，爐內(nèi)溫度高報(bào)警及保護(hù)，鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)等連鎖保護(hù)功能。三、PLC模塊選型根據(jù)控制系統(tǒng)的技術(shù)要求計(jì)算出所需的控制點(diǎn)

3、數(shù)為： 數(shù)字量輸入點(diǎn)數(shù)（DI）：27個(gè) 數(shù)字量輸出點(diǎn)數(shù)（DO）：66個(gè) 模擬量輸入點(diǎn)數(shù)（AI）：20個(gè) 模擬量輸出點(diǎn)數(shù)（AO）：0個(gè) 由于本項(xiàng)目和其他項(xiàng)目相比控制點(diǎn)數(shù)較多，我們常用的西門子S7-200 SMART系列PLC雖然能夠?qū)崿F(xiàn)控制要求，但是已達(dá)到了可擴(kuò)展的極限，不利于以后的擴(kuò)展升級(jí),所以我們選擇了和西門子S7-300相比具有較高性價(jià)比的西門子S7-1200系列PLC。三、PLC模塊選型下面是PLC模塊的選型以上選型包含數(shù)字量輸入點(diǎn)數(shù)（DI）30個(gè)，數(shù)字輸出點(diǎn)數(shù)(DO)74個(gè)，模擬量輸入點(diǎn)數(shù)(AI)24個(gè),可以滿足本項(xiàng)目要求且有足夠的余量。名稱規(guī)格型號(hào)數(shù)量備注西門子CPUCPU 1214

4、C DC/DC/DC 114DI,10DO數(shù)字量輸入輸出模塊SM1223 DI16*24VDC/DQ16*24VDC116DI,16DO數(shù)字量輸出模塊SM1222 DQ16*24VDC316DO模擬量輸入模塊SM1231 AI8*13位38AI四、西門子S7-1200系類PLC介紹西門子S7-1200系列PLC的產(chǎn)品定位是低端小型PLC,是介于S7-200CN和S7-300之間的一款產(chǎn)品。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。S7-1200的硬件組成包括：控制器即CPU，信號(hào)板，信號(hào)模塊，通訊模塊，附件如電源、存儲(chǔ)卡等；四、西

5、門子S7-1200系類PLC介紹S7-1200的功能與特點(diǎn)： S7-1200CPU最多可添加三個(gè)通信模塊，支持多種通信協(xié)議； S7-1200CPU集成了PROFINET接口，可用于與編程設(shè)備、 HMI及CPU之間的通信； S7-1200CPU帶有多大6個(gè)高速計(jì)數(shù)器用于計(jì)數(shù)和測量； S7-1200CPU集成2個(gè)高速脈沖輸出用于運(yùn)動(dòng)控制； S7-1200CPU中提供了多達(dá)16個(gè)帶自動(dòng)調(diào)節(jié)功能的PID控制回路，用于簡單的閉環(huán)過程控制； S7-1200CPU支持SIMATIC存儲(chǔ)卡，通過不同的設(shè)置可用作編程卡，傳送卡和硬件更新卡三種功能； S7-1200CPU最多可擴(kuò)展8個(gè)信號(hào)模塊，以支持更多數(shù)字量和

6、模擬量輸入/輸出信號(hào)連接。 五、S7-1200軟件編程工程軟件平臺(tái)TIA博途 TIA博途是一款集成了 SIMATIC STEP 7、SIMATIC WinCC和SINAMICS StartDrive 的工程技術(shù)軟件平臺(tái)。通過SIMATIC STEP 7 可以對(duì)SIMATIC S7-1200和SIMATIC HMI精簡系列面板進(jìn)行高效組態(tài)。除了支持編程以外， SIMATIC STEP 7 還為硬件和網(wǎng)絡(luò)配置、診斷等提供通用的項(xiàng)目組態(tài)框架。下面是打開博圖的畫面五、S7-1200軟件編程1、新建項(xiàng)目在桌面中雙擊“TIA Portal V14”圖標(biāo)啟動(dòng)軟件，在 Portal 視圖中，單擊“創(chuàng)建新項(xiàng)目”

7、，并輸入項(xiàng)目名稱，路徑和作者等信息，然后點(diǎn)擊“創(chuàng)建”即可生成新項(xiàng)目，如圖所示2、硬件組態(tài) 下面介紹在項(xiàng)目視圖中如何進(jìn)行項(xiàng)目硬件組態(tài)。進(jìn)入項(xiàng)目視圖，在左側(cè)的項(xiàng)目樹中，雙擊“添加新設(shè)備”，隨即彈出添加新設(shè)備對(duì)話框，在該對(duì)話框中選擇與實(shí)際系統(tǒng)完全匹配的設(shè)備即可。如圖所示 在添加完成新設(shè)備后，與該新設(shè)備匹配的機(jī)架也會(huì)隨之生成。所有通信模塊都要配置在S7-1200 CPU左側(cè)，而所有信號(hào)模塊都要配置在 CPU的右側(cè)，在CPU本體上可以配置一個(gè)擴(kuò)展板。 步驟： 單擊打開設(shè)備視圖； 打開硬件目錄； 選擇要配置的模板； 拖拽到機(jī)架上相應(yīng)的槽位；3、編輯程序 3.1 用戶程序組成 S7-1200PLC可在程序塊

8、中添加組織塊（OB）、功能（FC）、功能塊（FB）和數(shù)據(jù)塊（DB）。組織塊（OB） 組織塊為程序提供結(jié)構(gòu)，是操作系統(tǒng)和用戶程序之間的接口，OB是由事件驅(qū)動(dòng)的；功能（FC） 是不含存儲(chǔ)區(qū)的代碼塊,常用于對(duì)一組輸入值執(zhí)行特定運(yùn)算；功能塊（FB) 是使用背景數(shù)據(jù)塊保存其參數(shù)和靜態(tài)數(shù)據(jù)的代碼塊;數(shù)據(jù)塊（DB） 在用戶程序中創(chuàng)建數(shù)據(jù)塊 (DB) 以存儲(chǔ)代碼塊的數(shù)據(jù)。 用戶程序中的所有程序塊都可訪問全局 DB 中的數(shù)據(jù)，而背景 DB 僅存儲(chǔ)特定功能塊 (FB) 的數(shù)據(jù)。 3.2 用戶程序結(jié)構(gòu)類型 可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用要求，選擇線性結(jié)構(gòu)或模塊化結(jié)構(gòu)用于創(chuàng)建用戶程序：線性程序 按順序逐條執(zhí)行用于自動(dòng)化任務(wù)的所有指令

9、。 通常，線性程序?qū)⑺谐绦蛑噶疃挤湃胗糜谘h(huán)執(zhí)行程序的OB(OB1) 中。模塊化程序 調(diào)用可執(zhí)行特定任務(wù)的特定代碼塊。 要?jiǎng)?chuàng)建模塊化結(jié)構(gòu)，需要將復(fù)雜的自動(dòng)化任務(wù)劃分為與過程的工藝功能相對(duì)應(yīng)的更小的次級(jí)任務(wù)。 每個(gè)代碼塊都為每個(gè)次級(jí)任務(wù)提供程序段。 通過從另一個(gè)塊中調(diào)用其中一個(gè)代碼塊來構(gòu)建程序。本項(xiàng)目中采用模塊化結(jié)構(gòu)。 3.3 在程序塊中添加塊用戶可繼續(xù)根據(jù)自動(dòng)化任務(wù)設(shè)計(jì)用戶程序。用戶可以在程序塊中添加：組織塊（OB） 、功能 （FC）、帶背景數(shù)據(jù)的功能塊（FB） 、數(shù)據(jù)塊 （DB）。點(diǎn)擊左側(cè)的項(xiàng)目樹中的“添加新塊”即可打開添加新塊的窗口，如下圖所示： 3.4 S7-1200PLC 編程的指令

10、S7-1200PLC指令包括基本指令、擴(kuò)展指令和工藝指令?；局噶钪饕ㄎ贿壿嬤\(yùn)算、定時(shí)器、移動(dòng)、比較、數(shù)學(xué)函數(shù)等；擴(kuò)展指令包括時(shí)間日期和時(shí)鐘、中斷、脈沖、診斷等；工藝指令包括高速計(jì)數(shù)器、PID控制和運(yùn)動(dòng)控制。下面就結(jié)合本項(xiàng)目介紹一下常用的指令：3.4.1 標(biāo)定和標(biāo)準(zhǔn)化指令 通過這兩個(gè)指令可以對(duì)模擬量輸入信號(hào)進(jìn)行處理，把輸入的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為實(shí)際顯示的 工程值。來自模擬量輸入模塊的4-20mA電流信號(hào)對(duì)應(yīng)的數(shù)值范圍5530-27648，假如模擬量輸入代表溫度，其中模擬量輸入值 5530表示 0，27648 表示500，要將模擬值轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的工程單位，應(yīng)將輸入標(biāo)準(zhǔn)化為 0.0 到 1.0 之間的

11、值，然后再將其標(biāo)定為 0.0到 500.0 之間的值。 3.4.2定時(shí)器指令 使用定時(shí)器指令可創(chuàng)建編程的時(shí)間延時(shí)。用戶程序中可以使用的定時(shí)器數(shù)僅受 CPU 存儲(chǔ)器容量限制。 每個(gè)定時(shí)器均使用 16 字節(jié)的 IEC_Timer 數(shù)據(jù)類型的 DB 結(jié)構(gòu)來存儲(chǔ)功能框或線圈指令頂部指定的定時(shí)器數(shù)據(jù)。 STEP 7 會(huì)在插入指令時(shí)自動(dòng)創(chuàng)建該 DB。這是和S7-200和S7-300都不同的地方。 注：S7-1200的IEC定時(shí)器沒有定時(shí)器號(hào)（即沒有T0、T37這種帶定時(shí)器號(hào)的定時(shí)器)。 S7-1200包含四種定時(shí)器：生成脈沖定時(shí)器（TP） 、 接通延時(shí)（TON）、關(guān)斷延時(shí)定時(shí)器（TOF） 、時(shí)間累加器（T

12、ONR）。下面對(duì)我們常用的接通延時(shí)定時(shí)器進(jìn)行說明： IN從“0”變?yōu)椤?”，定時(shí)器啟動(dòng)； 當(dāng)ET=PT時(shí)，Q立即輸出“1”，ET立即停止計(jì)時(shí)并保持； 在任意時(shí)刻，只要IN變?yōu)椤?”，ET立即停止計(jì)時(shí)并回到0，Q輸出“0”。 PT輸入時(shí)間以毫秒為單位輸入S7-1200定時(shí)器創(chuàng)建有以下幾種方法： A.功能框指令直接拖入塊中，自動(dòng)生成定時(shí)器的背景數(shù)據(jù)塊，該塊位于“系統(tǒng)塊程序資源”中。見下圖 B、功能框指令直接拖入FB塊中，生成多重背景，參見下圖，這種方法定時(shí)器的參數(shù)會(huì)存儲(chǔ)在對(duì)應(yīng)FB的背景數(shù)據(jù)塊中。 C、功能框指令直接拖入FB、FC塊中，生成參數(shù)實(shí)例， 這種方法需要在調(diào)用FC是為定時(shí)器分配存儲(chǔ)地址。

13、3.4.3 PID控制指令 PID功能 PID功能用于對(duì)閉環(huán)過程進(jìn)行控制。PID控制適用于溫度，壓力，流量等物理量，是工業(yè)現(xiàn)場中應(yīng)用最為廣泛的一種控制方式，其原理是，對(duì)被控對(duì)象設(shè)定一個(gè)給定值，然后將實(shí)際值測量出來，并與給定值比較，將其差值送入PID控制器，PID控制器按照一定的運(yùn)算規(guī)律，計(jì)算出結(jié)果，即為輸出值，送到執(zhí)行器進(jìn)行調(diào)節(jié)，其中的P,I,D指的是比例，積分，微分，是一種閉環(huán)控制算法。通過這些參數(shù)，可以使被控對(duì)象追隨給定值變化并使系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定，自動(dòng)消除各種干擾對(duì)控制過程的影響。 S7-1200CPU PID控制器結(jié)構(gòu) PID控制器功能主要依靠三部分實(shí)現(xiàn)，循環(huán) 中斷塊，PID指令塊，工藝對(duì)象

14、背景數(shù)據(jù)塊。 用戶在調(diào)用PID指令塊時(shí)需要定義其背景數(shù) 據(jù)塊，而此背景數(shù)據(jù)塊需要在工藝對(duì)象中 添加，稱為工藝對(duì)象背景數(shù)據(jù)塊。PID指令 塊與其相對(duì)應(yīng)的的工藝對(duì)象背景數(shù)據(jù)塊組合 使用，形成完整的PID控制器。 添加PID控制的步驟： 第一步，在程序塊中添加循環(huán)中斷組織塊（OB30），見下圖 第二步，在循環(huán)中斷組織塊中調(diào)用PID指令時(shí)， STEP 7 會(huì)自動(dòng)為指令創(chuàng)建工藝對(duì)象和背景數(shù)據(jù)塊。 背景數(shù)據(jù)塊包含PID 指令要使用的所有參數(shù)。 每個(gè) PID 指令必須具有自身的唯一背景數(shù)據(jù)塊才能正確工作。方法：在指令樹中找到PID_Compact指令拖到程序段中，會(huì)彈出如下圖所示的對(duì)話框，然后點(diǎn)擊確定。 P

15、ID常用參數(shù)說明參數(shù)類型數(shù)據(jù)類型說明SetpointINRealPID 控制器在自動(dòng)模式下的設(shè)定值,也就是目標(biāo)值InputINReal用戶程序的變量用作過程值的源，即工程值作為過程變量的反饋值Input_PERINWord模擬量輸入用作過程值的源，即模擬量輸入值作為過程變量的反饋值ManualEnableINBool啟用或禁用手動(dòng)操作模式。值為1時(shí)激活手動(dòng)操作模式，為0時(shí)啟用Mode分配的工作模式。ManualValueINReal手動(dòng)模式下的PID輸出值，即手動(dòng)給定值OutputOUTRealREAL 格式的輸出值Output_PEROUTWord模擬量輸出值 第三步，組態(tài)PID控制器，PI

16、D組態(tài)編輯器可點(diǎn)擊 圖標(biāo)打開。 使用 PID 控制器前，需要對(duì)其進(jìn)行組態(tài)設(shè)置，分為基本設(shè)置、過程值設(shè)置、高級(jí)設(shè)置三部分。界面如下圖基本設(shè)置控制器類型a、控制器類型為設(shè)定值、過程值和擾動(dòng)變量選擇物理量和測量單位。b、反轉(zhuǎn)控制邏輯，如果未選擇該選項(xiàng)，則 PID 回路處于直接作用模式，在輸入值小于設(shè)定值時(shí)，PID回路的輸出會(huì)增大；如果選擇了該選項(xiàng)，則在輸入值大于設(shè)定值時(shí)，PID 回路的輸出會(huì)增大。c、選擇CPU重啟后的工作模式。 基本設(shè)置定義 Input/Output 參數(shù) 定義 PID 過程值和輸出值的內(nèi)容和數(shù)據(jù)類型：輸入，為過程值選擇 Input 或Input_PER 參數(shù)（用于模擬量）；輸出，

17、為輸出值選擇 Output 參數(shù)或 Output_PER 參數(shù)（用于模擬量）。模擬量可直接進(jìn)入模擬量輸入輸出模塊。 過程值設(shè)置過程值的限制和標(biāo)定：限制，輸入的過程值必須在限制的范圍內(nèi)，如果過程值低于下限或高出上限，則 PID 回路進(jìn)入未激活模式，并將輸出值設(shè)置為 0；標(biāo)定，要使用 Input_PER，必須對(duì)模擬量輸入的過程值進(jìn)行標(biāo)定。 當(dāng)輸入的模擬量為4-20mA電流信號(hào)時(shí)，模擬量 的下限值為5530.0對(duì)應(yīng)0.0%，上限27648.0對(duì)應(yīng) 應(yīng)100.0%。 高級(jí)設(shè)置輸出值限制，在“輸出值的限值”窗口中，以百分比形式組態(tài)輸出值的限值。 無論是在手動(dòng)模式還是自動(dòng)模式下，都不要超過輸出值的限值。

18、高級(jí)設(shè)置-手動(dòng)輸入 PID 參數(shù)：在 PID 組態(tài)界面可以修改 PID 參數(shù)，通過組態(tài)界面修改參數(shù)需要重新下載組態(tài)并重啟 PLC。 第四部，為PID功能塊相關(guān)參數(shù)分配地址以方便在觸摸屏操作和在程序的其他位置引用。 a、目標(biāo)值（ Setpoint ），本項(xiàng)目中的控器類型 組態(tài)為的是,目標(biāo)值的取值范圍是0.0- 100.0。 b、輸入過程值，本項(xiàng)目組態(tài)的是 Input_PER ，過程值輸入直接就是模擬量輸入的地址。 c、手動(dòng)模式啟用（ ManualEnable ）通過PLC內(nèi) 部布爾型變量激活。 d、手動(dòng)模式的輸出值（ ManualValue ）由存儲(chǔ) 在全局?jǐn)?shù)據(jù)塊中的變量設(shè)置，取值范圍是0.0

19、-100.0。 e、PID輸出值（ Output ），本項(xiàng)目組態(tài)為REAL 類型的輸出格式，范圍是0.0-100.0，存儲(chǔ)在 全局?jǐn)?shù)據(jù)塊中便于 其他程序塊調(diào)用。 六、調(diào)試 軟件編程的工作完成后，下一步的工作就是調(diào)試，這部分我主要給大家介紹以下程序的下載和監(jiān)視。S7-1200的CPU本體上集成了PROFINET通信口，通過這個(gè)通信口可以實(shí)現(xiàn)CPU與編程設(shè)備的通信。 （1）下載的操作步驟： a、在項(xiàng)目樹中，選中需要下載的項(xiàng)目文件夾，然后執(zhí)行菜單命令在線下載到設(shè)備或直接點(diǎn)擊工具欄上的圖標(biāo)下載到設(shè)備，如圖所示 b、在彈出的擴(kuò)展的下載到設(shè)備對(duì)話框中，設(shè)置PG/PC接口類型，其PG/PC接口下拉選項(xiàng)中選擇編程設(shè)備的網(wǎng)卡，勾選顯示所有兼容的設(shè)備復(fù)選框，點(diǎn)擊開始搜索，如圖所示。 c、搜索到可訪問的設(shè)備后，選擇要下載的PLC，當(dāng)