電氣控制與PLC調(diào)試實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1、自動化 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。

2、網(wǎng)絡(luò)規(guī)?？蛇_(dá) 1024 站，距離可達(dá) .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)時間的典型值為 1ms， 使用屏蔽雙絞線電纜（最長9.6

3、km）或光纜（最長90km），最多可接127個從站。PROFIBUS 由 3 個系列組成： 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 ?？蓪⒍鄺l PROFIBU

4、S-DP 線路通過集成的接口或接口 模塊連接到一個可編程序控制器。3 AS-i 接口AS-i是傳感器和執(zhí)行器通信的國際標(biāo)準(zhǔn)（EN50295），響應(yīng)時間小于 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或多個從站相連，STEP7-Micro/WI

5、N32每次和一個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)中有多個主站，一個或多個從站。帶CP通信卡的計(jì)算機(jī)和文本顯示器TD2O0操作面板0P15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 EM2

6、27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)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

7、模塊4個PPI，MPI 和 PROFIBUS協(xié)議口 19.6K , 19.2K , 187.5KEM277 PROFIBUS-DP 模塊每個CPU最多2塊9.6K-12M每個模塊6個MPI 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3S7-200 CPU通信口引腳分配針PROFIBUS名稱端口 0/端口 11屏敝邏輯地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 Q串聯(lián)

8、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敝屏敝2）網(wǎng)絡(luò)連接器禾U用西門子提供的兩種網(wǎng)絡(luò)連接器可以把多個設(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)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位置時的內(nèi)部接線圖，在OFF位置時未接終端電阻。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

9、編程器接口，這個連接器對于連接從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/PPI 電纜：1）帶RS-232 口的隔離型PC/PPI電纜，用5個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，PC/PPI電纜是發(fā)送模式。當(dāng)數(shù)據(jù)從RS-

10、485傳送到RS-232 口時，PC/PPI電纜是接收模式。檢測到 RS-232的發(fā)送線有字符時，電纜立即從接收模 式切換到發(fā)送模式。RS-232發(fā)送線處于閑置的時間超過電纜切換時間時，電纜又切換到接收模式。這個時間與電纜上的 DIP開關(guān)設(shè)置的波特率有關(guān)（5）開關(guān)PC/PPI電纜的5號DIP設(shè)為0時，RS-232 口為數(shù)據(jù)通信設(shè)備（DCE）模式，設(shè)置 為1時，為數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）模式。表4是PC/PPI電纜各個引腳的定義。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（DC

11、D）（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邏輯地）6+5V（帶100 Q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

12、中選擇菜單命令“檢視宀通信”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 In terface） ”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。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“In stall（安裝）”按鈕，選擇的硬件將出現(xiàn)在右邊的“In stalled（已安裝）”列表框。安裝完后按“Close（關(guān)閉）”按鈕，回到“設(shè)置

13、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 95自動地設(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，

14、說明不需修改參數(shù)。此時可 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參數(shù)的設(shè)置值。為了正確建立通 信，可能需要試幾個不同的中斷。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 “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/PP

15、I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”對話框中單進(jìn)行通信時， 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/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) ” ，即可啟動此模塊，未 選擇時為單主站協(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

16、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，三個協(xié)議可以 在網(wǎng)絡(luò)中同時運(yùn)行，不會相互影響。協(xié)議支持一個網(wǎng)絡(luò)上的 127個地址(0126)，網(wǎng)絡(luò)上最多可有 32個主站，網(wǎng)絡(luò)上各設(shè)備的 地址不能重復(fù)。運(yùn)行 STEP 7-Micro/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

17、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，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主站與一個從站通信，但是在網(wǎng)絡(luò)中最多只能有 32個主站。(2) 多點(diǎn)接口協(xié)議 (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個節(jié)點(diǎn)，典型數(shù)據(jù)長度為 64字節(jié)，最大距離 100m。M

18、PI(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)?S7-200 CPU 是從站。MPI 在兩個相互通信的設(shè)備之間建立連接，一個連接可能是兩個設(shè)備之間的非公用連接， 另一個主站不能干涉兩個設(shè)備之間已經(jīng)建立的連接。主站可以短時間建立連接，或使連接長期 斷開。每個 S7-200 CPU 支持四個連接，每個 EM277 模塊支持 6 個連接。它們保留兩個連接，其中一 個給 SIMA TIC 編程器或計(jì)算機(jī)，另一個給操作員面板。保留的連接不能被其他類型的主站(如CPU)使用S7-

19、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)一機(jī)械手動作的模擬在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)械手動作的模擬。二、控制要求圖中為一個將工件由 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 電磁閥推動氣缸完成。當(dāng)某個電磁閥線圈通電，就一直保持現(xiàn)有的機(jī)械動作，例如一旦下降的電 磁閥線圈通電，機(jī)械手下降，即使線圈再斷電，仍保持現(xiàn)有的下降動作狀態(tài)，直到相反方向的線 圈通電為止。另外，夾緊/放松由單線

20、圈二位電磁閥推動氣缸完成，線圈通電執(zhí)行夾緊動作， 線圈斷電時執(zhí)行放松動作。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 動作，即為：原位 下降一夬緊一上升一右移左移上敢松下降三、機(jī)械手動作的模擬實(shí)驗(yàn)面板圖：B1曲51b 6一 3olao S 甘 O¥一YV2OHLO 51s_莎O佃O &堂禹。一動 手 械 機(jī)Y2O廠此面板中的啟動、停止用動斷按鈕來實(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YV1YV2YV3Y

21、V4YV5HLPLCQ0.0Q0.1Q0.2Q0.30Q0.4Q0.5五、工作過程分析：當(dāng)機(jī)械手處于原位時，上升限位開關(guān)10.2、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10.0接通，執(zhí)行下降動作，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，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

22、M10.2，M20.0線圈接通，M20.0動合觸點(diǎn) 閉合，夾緊電磁閥 Q0.1接通，執(zhí)行夾緊動作，同時啟動定時器 T37，延時1.7秒。機(jī)械手夾緊工件后，T0動合觸點(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，10.1斷開，執(zhí)行上升動作。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，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 動作。待移至右限

23、位開關(guān)動作位置，I0.3動合觸點(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，停止右移，同時 M10.4的“1”態(tài)已移到M10.5，Q0.0線圈再次接通， 執(zhí)行下降動作。當(dāng)下降到使I0.1動合觸點(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 T38 啟動延時1.5秒，T1動合觸點(diǎn)接通，產(chǎn)生移位信號，使M10.6變?yōu)椤?0”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.

24、2觸點(diǎn)接通，M10.7變?yōu)椤?0” 態(tài)，M11.2為“1”態(tài)，10.2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?0”態(tài)，M11.3為“1”態(tài)，移位寄存器 全部復(fù)位， Q0.4 線圈斷開，機(jī)械手回到原位，由于 I0.2 、I0.4 均接通， M10.0 又被置“ 1”，完 成一個工作周期。再次按下啟動按鈕，將重復(fù)上述動作。六、設(shè)計(jì)梯形圖程序并調(diào)試第三部分觸摸屏組態(tài)控制實(shí)驗(yàn)、組態(tài)實(shí)驗(yàn)界面在 WinCC下組態(tài)下面界面。界面一基本指令編程練習(xí)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)系筑 介紹LED數(shù)碼縣示控制實(shí)驗(yàn)融摸屏控制電機(jī)調(diào)速實(shí)驗(yàn)PLCSI 試盅度PTD控制實(shí)驗(yàn)返回在本界面下，可以進(jìn)入不同的實(shí)驗(yàn)界面和實(shí)驗(yàn)有關(guān)的介紹和幫助界面。界面二上設(shè)定日期設(shè)定密碼返回對攣保0:'O :：- :：- 188911蜂牌餐:對比度下本界面是系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)定界面，只有管理員級別的使用者方能憑密碼進(jìn)入，在此界面下,使用者可以調(diào)節(jié)觸摸屏畫面的對比度、系統(tǒng)的日期、時間等參數(shù)。并可設(shè)定密碼用于對使用者的限制。界面三HO. 7Nl. 0M