西門子PLC硬件及軟件介紹

模塊一認識西門子PLC1.1PLC的產(chǎn)生和發(fā)展l傳統(tǒng)的生產(chǎn)機械自動控制裝置→繼電器控制系統(tǒng)?優(yōu)點→結構簡單、價格低廉、容易操作。?缺點→體積龐大、生產(chǎn)周期長、接線復雜、故障誰提出要造PLC？二十世紀六十年代末期，美國汽車制造工業(yè)競爭十分激烈，為了適應市場從少品種大批量生產(chǎn)向多品種小批量生產(chǎn)的轉(zhuǎn)變，為了盡可能減少轉(zhuǎn)變過程中控制系統(tǒng)的設計制造時間，減少經(jīng)濟成本，1968年美國通用汽車公司GM (GenerlMotors)公開招標，要求用新的控制裝置取代生產(chǎn)線上的繼電接觸器控制系統(tǒng)。l迫切需要一種先進的自動控制裝置?1968年，美國通用汽車(GM)公司液壓部提出了10項招標?1)編程簡單，可在現(xiàn)場修改和調(diào)試程序；?2)維護方便，各部件最好采用插件方式；?3)可靠性高于繼電器控制系統(tǒng)；?4)設備體積小于繼電器控制柜；?5)數(shù)據(jù)可以直接送給管理計算機；?6)成本可與繼電器控制系統(tǒng)相競爭；?7)輸入電壓是115V交流電；?8)輸出電壓也是115V交流電，輸出電流達2A以上，直接驅(qū)動電磁閥；?9)系統(tǒng)擴展時，原系統(tǒng)只需作很小的變動；?10)用戶程序存儲容量可擴展到4KB。什么時間？誰最先造出世界上的第一臺什么時間？誰最先造出世界上的第一臺PLC？DEC(DIGTAL)根據(jù)上述要求，首先研制出了世界上第一臺可編程控制器PDP-14，用于通用汽車公司的生產(chǎn)線，取得了滿意的效果。由于當時主要用于順序控制，只能進行邏輯運算，故稱為可編程序邏輯控制器(ProgrammablerPLClPLC的定義經(jīng)歷：可編程邏輯控制器(PLC)→可編程控制器(PC)通用叫法：可編程序控制器(ProgrammableController，PC)，是一臺專為工業(yè)環(huán)境應用而設計制造的計算機。它具有豐富的輸入/輸出接口，并且具有較強的驅(qū)動能力。但由于PC容易和個人計算機(PersonalComputer)混淆，所以人們還沿用PLC作為可編程控制器的英文縮寫。1.2PLC的分類?一體化緊湊型PLC：電源、CPU中央處理系統(tǒng)、I/O接口都集成在一個機殼內(nèi)。如西門子S7-200系?標準模塊式結構化PLC：各種模塊相互獨立，并安裝在固定的機架(導軌)上，構成一個完整的CPUIMSM:SM:口模塊)DIDOAIAO-點-到-點?按PLC編程功能來分可分為4大類：?(1)開關量順序控制?最早最原始的控制功能，可以取代傳統(tǒng)的繼電器邏輯電路中的順序控制系統(tǒng)。如電梯自動控制、工廠裝配流水線的控制及交通分流信號燈的自動控制。?(2)模擬量控制?PLC利用PID算法可實現(xiàn)閉環(huán)控制功能。例如對溫度、速度、壓力及流量等的過程量控制。?(3)運動控制?目前PLC制造商已制造出能驅(qū)動步進電動機和伺服電動機的單軸或多軸的PLC和運動控制特殊模塊，可驅(qū)動單軸或多軸電動機按一定的速度、作用力到達擬定目標位置。?(4)通信功能?為適應現(xiàn)代化工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的需要——集中及遠程管理，PLC可實現(xiàn)與PLC、單片機、打印機及上級計算機等之間的互相交換信息的通信1.4與繼電器控制系統(tǒng)的比較繼電器控制系統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng)實現(xiàn)邏輯控制的方式不同，繼電器控制邏輯由繼電器硬件連線組成，PLC控制邏輯由程序組成。PLC利用程序中的“軟繼電器”取代傳統(tǒng)的物理硬件繼電器，使控制系統(tǒng)的硬件結構大大簡化，具有價格便宜、維護方便、編程簡單、控制功能強等優(yōu)點。KM2KM1KM1KM2FRKM2繼電接觸器電動機正反轉(zhuǎn)控制線路KM2KM1KM1KM2FRKM2~~FRFUFRKM2KM1KM2KM1MM3~M3~M2KM1KM2KM2KM1M3~M2KM1KM2KM2KM1~~QFUKKM1KFRPLC電動機正反轉(zhuǎn)控制線路FRS7-200CPULNCOM00.00.10.20.3…PLC電動機正反轉(zhuǎn)控制程序I0.0I0.0I0.2() Q0.0I0.0I0.2I0.3I0.0I0.2I0.3()2PLC的組成和基本工作原理2.1PLC的組成2PLC的組成和基本工作原理2.1PLC的組成CPU CPU輸CPU輸輸輯運算及數(shù)學運算，并協(xié)調(diào)2PLC的組成和基本工作原理2.1PLC的組成 2PLC的組成和基本工作原理2.1PLC2PLC的組成和基本工作原理2.1PLC的組成CPU編程程序及監(jiān)控程序、邏輯及數(shù)學運算的過程變量及其他所有信 源、備用電源及記憶電源。2PLC的組成和基本工作原理2.1PLC的組成CPU 這是PLC與被控設備相連接的接用戶設備需輸入PLC的各種控制信號，如限位開關、操作按鈕、選擇開關、行程開關以及其它一些傳感器輸出的開關量或模擬量(要通過模數(shù)變換進入機內(nèi))等，通過輸入接口電路將這些信號轉(zhuǎn)換成CPU能夠接收和處理的信號。輸出接口電路將CPU送出的弱電控制信號轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場需要的強電信號輸出，以驅(qū)動電磁閥、接觸器、電機等被控設備的執(zhí)行元件。COMCOM輸入接口電路由濾波電路、光電隔離電路和輸入內(nèi)部電路組成，如下圖。輸入LED圖2-4CPU224輸入電路接線圖L~COML~COMPLC輸出功率電路有3中形式：繼電器輸出、晶體管輸出和晶閘管輸出。OUTL輸出LEDOUTL~COML~COMPLC輸出功率電路有3中形式：繼電器輸出、晶體管輸出和晶閘管輸出。PLC輸出功率電路有3中形式：繼電器輸出、晶體管輸出和晶閘管輸出。OUTL輸出LEDOUT繼電器輸出電路接線圖圖2-6CPU224繼電器輸出電路的接線圖OUTOUTLLCOMOUTOUTLLCOM晶體管輸出型：負載電流為0.5A，相應時間小于1ms,電流小于100uA。負載只能選擇36V以下的直流電源。L+輸出LEDL+圖2-5CPU224晶體管輸出電路接線圖OUTLCOM~OUTLCOM~晶閘管輸出型：一般采用雙向晶閘管輸出，其耐壓較高，負載能力大，相應時間為微秒級。OUTLL輸出LEDPLC的信號的采集與輸出原理如下圖所示：如與個人計算機、擴展接口及其他 CPU如與個人計算機、擴展接口及其他 CPU2PLC的組成和基本工作原理2.1PLC的組成2.2PLC的基本工作原理PLC經(jīng)過五個階段的工作過程，稱為一個掃描周期，完成一個掃描周期后，又重新執(zhí)行上述過程，掃描周而復始地進行。都先執(zhí)行故障自診斷程序。自診斷內(nèi)容為I／都先執(zhí)行故障自診斷程序。自診斷內(nèi)容為I／O部分、存儲器、CPU等，發(fā)現(xiàn)異常停機顯示出錯。若自診斷正常，繼續(xù)向下掃描。 器、計算機等的通信請求，若有則進行相應處理，如接收由編程器送來的程序、命令和各種數(shù)據(jù)，并把要信息等發(fā)送給編程器進行顯示。如果有與計算機等的通信請求，也在這段時間完成數(shù)據(jù)的接受和發(fā)送任務。 PLCPLC的中央處理器對各個輸入端進行掃描，將所有輸入端的狀態(tài)送到輸入映象器。 即按程序要求對數(shù)據(jù)進行邏輯、算術運算，再將正確的結果送到輸出映像寄存器中。 當所有的指令執(zhí)行完畢時，集中把輸出映象寄存器的狀態(tài)通過輸出部件轉(zhuǎn)換成被控設備所能接受的電壓或電流信號，以驅(qū)動被控設備。 PLC經(jīng)過這五個階段的工作過程，稱為一個掃描周期，完成一個掃描周期后，又重新執(zhí)行上述過程，掃描周而復始地進行。在不考慮第二個因素(通訊處理)時，掃描周期T的大小為：T=(讀入一點時間×輸入點數(shù))+(運算速度×程序步數(shù))+(輸出一點時間×輸出點數(shù))+故障診斷時間顯然掃描周期主要取決于程序的長短，一般每秒鐘可掃描數(shù)十次以上，這對于工業(yè)設備通常沒有什么影響。但對控制時間要求較嚴格，響應速度要求快的系統(tǒng)，就應該精確的計算響應時間，細心編排程序，合理安排指令的順序，以盡可能減少掃描周期造成的響應延時等不良影響。輸入映象寄存器輸出映象寄存器按鈕接觸器按鈕程序執(zhí)行輸入映象寄存器輸出映象寄存器按鈕接觸器按鈕程序執(zhí)行輸入刷新執(zhí)行程序輸出刷新映象避免由于LC內(nèi)部CU出故障使程序進入死環(huán)(死機現(xiàn)象)。接觸器輸程序執(zhí)行輸入刷新、程序執(zhí)及輸出刷新構成PLC用戶程序的一個掃描周期。在PLC內(nèi)部設置了監(jiān)視定時器(看門狗)映象避免由于LC內(nèi)部CU出故障使程序進入死環(huán)(死機現(xiàn)象)。接觸器輸程序執(zhí)行輸入刷新、程序執(zhí)及輸出刷新構成PLC用戶程序的一個掃描周期。在PLC內(nèi)部設置了監(jiān)視定時器(看門狗)，用來監(jiān)視每個掃描周期是否超出規(guī)定的時間，一旦超時，PLC就停止運行，從而輸按鈕映象映象器輸入刷新執(zhí)行程序輸出刷新STEP7-Micro/WIN編程軟件的主界面3STEP7-STEP7-Micro/WIN編程軟件的主界面狀態(tài)圖符號表輸出窗口狀輸出窗口1.編程元素及項目組件STEP7-MircoWIN的一個基本項目包括程序塊、數(shù)據(jù)塊、系統(tǒng)塊、符號表、狀態(tài)表、交叉引用表。程序塊、數(shù)據(jù)塊、系統(tǒng)塊須下載到PLC，而符號表、狀態(tài)表、交叉引用表不下載到PLC。程序塊由可執(zhí)行代碼和注釋組成，可執(zhí)行代碼由一個主程序和可選子程序或中斷程序組成。程序代碼被編譯并下載到PLC，程序注釋被忽略。在“指令樹”中右擊“程序塊”圖標可以插入子程序和中斷程序。數(shù)據(jù)塊由數(shù)據(jù)(包括初始內(nèi)存值和常數(shù)值)和注釋兩部分組成。數(shù)據(jù)被編譯后，下載到PLC，注釋被忽系統(tǒng)塊用來設置系統(tǒng)的參數(shù)，包括通信口配置信息、保存范圍、模擬和數(shù)字輸入過濾器、背景時間、密碼表、脈沖截取位和輸出表等選項。單擊“瀏覽欄”上的“系統(tǒng)塊”按鈕，或者單擊“指令樹”內(nèi)的“系統(tǒng)塊”圖標，可查看并編輯系統(tǒng)塊。系統(tǒng)塊的信息須下載到PLC，為PLC提供新的系統(tǒng)配置。2.梯形圖程序的輸入(1)建立項目通過菜單命令“文件”t“新建”或單擊工具欄中“新建”快捷按鈕，可新建一個項目。此時，程序編輯器將自動打開。(2)輸入程序在程序編輯器中使用的梯形圖元素主要有觸點、線圈和功能塊，梯形圖的每個網(wǎng)絡必須從觸點開始，以線圈或沒有ENO輸出的功能塊結束。線圈不允許串聯(lián)使用。(3)編輯程序●剪切、復制、粘貼或刪除多個網(wǎng)絡通過用SHIFT鍵+鼠標單擊，可以選擇多個相鄰的網(wǎng)絡，進行剪切、復制、粘貼或刪除等操作。注意：不能選擇網(wǎng)絡中的一部分，只能選擇整個網(wǎng)絡?！窬庉媶卧?、指令、地址和網(wǎng)絡用光標選中需要進行編輯的單元，單擊右鍵，彈出快捷菜單，可以進行插入或刪除行、列、垂直線或水平線的操作。刪除垂直線時把方框放在垂直線左邊單元上，刪除時選“行”，或按“DEL”鍵。進行插入編輯時，先將方框移至欲插入的位置，然后選“列”。(4)程序的編譯程序編譯操作用于檢查程序塊、數(shù)據(jù)塊及系統(tǒng)塊是否存在錯誤。程序經(jīng)過編譯后，方可下載到PLC。單擊“編譯”按鈕或選擇菜單命令“PLC”→“編數(shù)據(jù)塊和系統(tǒng)塊)。使用“全部編譯”，與哪一個窗口是活動窗口無關。編譯的結果顯示在主窗口下方的輸出窗口中。3.程序的上傳下載(1)下載如果已經(jīng)成功地在運行STEP7-Micro/WIN的個人計算機和PLC之間建立了通訊，就可以將編譯好的程序下載至該PLC。如果PLC中已經(jīng)有內(nèi)容將被覆蓋。單擊工具條中的“下載”按鈕，或用菜單命令“文件”→“下載”。出現(xiàn)“下載”對話框。根據(jù)默認值，在初次發(fā)出置”(系統(tǒng)塊)復選框都被選中。如果不需要下載某個如果下載成功，將出現(xiàn)一個確認框會顯示以下信息：下載成功。下載成功后，單擊工具條中的“運行”按鈕，注意：下載程序時PLC必須處于停止狀態(tài)，可根據(jù)提示進行操作。可用下面的幾種方法從PLC將項目文件上傳到STEP7-MicroWIN程序編輯器：單擊件”→“上載”；按快捷鍵組合Ctrl+U。執(zhí)行的步驟與下載基本相同，選擇需上傳的塊 (程序塊、數(shù)據(jù)塊或系統(tǒng)塊)，單擊“上傳”按鈕，上傳的程序?qū)腜LC復制到當前打開的項目中，隨后即可保存上傳的程序。PLC有運行和停止兩種工作方式。單擊工具欄中的“運行”按鈕或“停止”按鈕可以進入相應的工作方式。在STEP7-MicroWIN編程設備和PLC之間建立通信并向PLC下載程序后，可使PLC進入運行狀態(tài)，進行程序的調(diào)試和監(jiān)控。(1)程序狀態(tài)監(jiān)控在程序編輯器窗口，顯示希望測試的部分程序和網(wǎng)絡，將PLC置于RUN工作方式，單擊工具欄中“程序狀態(tài)”按鈕或用菜單命