S71200PLC的硬件與硬件組態(tài)課件

1、1第 1 章S7-1200 PLC的硬件與硬件組態(tài)第1頁，共68頁。21968年，美國最大的汽車制造商通用汽車公司為了適應(yīng)生產(chǎn)工藝不斷更新的需要，期望找到一種新的方法，盡可能減少重新設(shè)計(jì)繼電控制系統(tǒng)和重新接線的工作，以降低成本、縮短周期，設(shè)想把計(jì)算機(jī)通用、靈活、功能完備等優(yōu)點(diǎn)和繼電控制系統(tǒng)的簡單易懂、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，制成一種通用控制裝置，并把計(jì)算機(jī)的編程方法和程序輸入方式加以簡化，用面向控制過程、面向問題的“自然語言”進(jìn)行編程，使不熟悉計(jì)算機(jī)的人也能方便地使用。1969年，美國數(shù)字設(shè)備公司研制出了第一臺(tái)可編程序邏輯控制器，在通用汽車公司的自動(dòng)裝配線上試用獲得了成功。PLC的起源-1第2

2、頁，共68頁。3于是，美國電器制造商協(xié)會(huì)將其正式命名為可編程序控制器（Programmable Controller），簡稱PC。由于它與個(gè)人計(jì)算機(jī)(Personal computer)的簡稱PC相同，所以人們習(xí)慣上仍將其稱為PLC。 PLC的起源-2第3頁，共68頁。41987年2月，國際電工委員會(huì)(IEC)對可編程控制器的定義是：可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，是專為在工業(yè)環(huán)境下的應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類可編程序的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序、執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字式或模擬式輸入/輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。可編程序控制器及

3、其有關(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)連成一個(gè)整體、易于擴(kuò)充功能的原則設(shè)計(jì)。PLC的定義第4頁，共68頁。5PLC的基本結(jié)構(gòu)PLC是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)而發(fā)展起來的一種新型、通用的自動(dòng)控制裝置。其硬件組成與微型計(jì)算機(jī)相似。工業(yè)自動(dòng)控制中使用的可編程控制器的種類很多，不同類型的產(chǎn)品各有特點(diǎn)，但可編程控制器在組成、工作原理及編程方法等許多方面是基本相同的。第5頁，共68頁。6PLC控制系統(tǒng)示意圖第6頁，共68頁。7PLC的特點(diǎn) 1. 編程方法簡單易學(xué)2. 功能強(qiáng)，性能價(jià)格比高3. 硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強(qiáng)4. 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)5. 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

4、、安裝、調(diào)試工作量少6. 維修工作量小，維修方便7. 體積小，能耗低第7頁，共68頁。8PLC的工作原理 掃描過程第8頁，共68頁。9掃描周期 PLC在RUN工作狀態(tài)時(shí)，執(zhí)行一次掃描過程所需的時(shí)間稱為掃描周期，典型值為1100ms。第9頁，共68頁。10I/O的存取通過I/O映像寄存器，而不是實(shí)際I/O，優(yōu)點(diǎn)：1、程序執(zhí)行階段輸入固定，執(zhí)行完后再用輸出映像寄存器的值更新輸出點(diǎn)，使系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定；2、用戶程序讀寫I/O映像寄存器比讀寫I/O點(diǎn)快得多，可以提高程序的執(zhí)行速度。過程映像寄存器第10頁，共68頁。11立即I/O的處理在程序執(zhí)行的過程中使用立即I/O指令可以直接存取I/O點(diǎn)。用立即I/O指

5、令讀輸入點(diǎn)時(shí)，相應(yīng)的輸入過程映像寄存器的值未被更新。用立即I/O指令寫輸出點(diǎn)時(shí)，相應(yīng)的輸出過程映像寄存器的值被更新。第11頁，共68頁。12S7-1200 PLC (Programmable Logic Controller) 是西門子公司推出的一款PLC，主要面向簡單而高精度的自動(dòng)化任務(wù)。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。 CPU將微處理器、集成電源、輸入電路和輸出電路組合到一個(gè)設(shè)計(jì)緊湊的外殼中以形成功能強(qiáng)大的PLC。CPU根據(jù)用戶程序邏輯監(jiān)視輸入并更改輸出，用戶程序可以包含布爾邏輯、計(jì)數(shù)、定時(shí)、復(fù)雜數(shù)學(xué)運(yùn)算以及與其它智

6、能設(shè)備的通信。1.1 S7-1200 PLC 簡介第12頁，共68頁。131.1 S7-1200 PLC 簡介S7-1200 PLC在西門子PLC系列產(chǎn)品中的定位第13頁，共68頁。141.2 S7-1200 的硬件第14頁，共68頁。15電源接口可拆卸用戶接線連接器（保護(hù)蓋下面）板載 I/O 的狀態(tài)LEDPROFINET 連接器（CPU 的底部）1.2 S7-1200 的硬件 CPU模塊指示CPU運(yùn)行狀態(tài)的LED第15頁，共68頁。161.2 S7-1200 的硬件 CPU模塊技術(shù)規(guī)范特性CPU1211CCPU1212CCPU1214C本機(jī)數(shù)字量I/O本機(jī)模擬量輸入點(diǎn)6I/4O28I/6O2

7、14I/10O2脈沖捕獲輸入點(diǎn)數(shù)6814擴(kuò)展模塊個(gè)數(shù)-28上升沿/下降沿中斷點(diǎn)數(shù)6/68/812/12集成/可擴(kuò)展的工作存儲(chǔ)器集成/可擴(kuò)展的裝載存儲(chǔ)器25KB/不可擴(kuò)展1MB/24MB25KB/不可擴(kuò)展1MB/24MB50KB/不可擴(kuò)展2MB/24MB高速計(jì)數(shù)器點(diǎn)數(shù)/最高頻率3點(diǎn)/100kHz3點(diǎn)/100kHz1點(diǎn)/30kHz3點(diǎn)/100kHz3點(diǎn)/30kHz高速脈沖輸出點(diǎn)數(shù)/最高頻率2點(diǎn)/100kHz(DC/DC/DC型)操作員監(jiān)控功能無有有傳感器電源輸出電流/mA300300400外形尺寸/mm901007590100751110075第16頁，共68頁。17CPU的共性： 集成的24V傳

8、感器/負(fù)載電源可供傳感器和編碼器使用，也可以用做輸入回路的電源。 集成的2點(diǎn)模擬量輸入(010V)，輸入電阻100k，10位分辨率。 2點(diǎn)脈沖列輸出(PTO)或脈寬調(diào)制(PWM)輸出，最高頻率為100kHz。 有16個(gè)參數(shù)自整定的PID控制器。 4個(gè)時(shí)間延遲與循環(huán)中斷，分辨率為1ms。 可以擴(kuò)展3塊通信模塊和一塊信號(hào)板，CPU可以用信號(hào)板擴(kuò)展一路模擬量輸出或高速數(shù)字量輸入/輸出。1.2 S7-1200 的硬件 CPU模塊技術(shù)規(guī)范第17頁，共68頁。181.2 S7-1200 的硬件 CPU模塊技術(shù)規(guī)范版本電源電壓DI輸入電壓DO輸出電壓DO輸出電流DC/DC/DCDC 24VDC 24VDC

9、24V0.5A,MOSFETDC/DC/RelayDC 24VDC 24VDC 530VAC 5250V2A,DC30W/ AC200WAC/DC/RelayAC 85264VDC 24VDC 530VAC 5250V2A,DC30W/ AC200WCPU的3種版本：第18頁，共68頁。191.2 S7-1200 的硬件 CPU1214C AC/DC/Relay的外部接線圖第19頁，共68頁。201.2 S7-1200 的硬件 CPU1214C DC/DC/DC的外部接線圖第20頁，共68頁。211.2 S7-1200 的硬件 CPU1214C DC/DC/Relay的外部接線圖第21頁，共6

10、8頁。221.2 S7-1200 的硬件信號(hào)板SB (signal board)通過信號(hào)板可以給 CPU 增加 I/O。 SB 連接在 CPU 的前端。 具有 4 個(gè)數(shù)字量 I/O（2 x DC 輸入和 2 x DC 輸出）的 SB 具有 1 路模擬量輸出的 SB 第22頁，共68頁。231.2 S7-1200 的硬件信號(hào)板SB 1221接線圖第23頁，共68頁。241.2 S7-1200 的硬件信號(hào)板SB 1222接線圖第24頁，共68頁。251.2 S7-1200 的硬件信號(hào)板SB 1223接線圖第25頁，共68頁。261.2 S7-1200 的硬件信號(hào)板SB 1232 1x模擬量輸出接線

11、圖第26頁，共68頁。271.2 S7-1200 的硬件信號(hào)模塊 SM (signal module)可以使用信號(hào)模塊給 CPU 增加附加功能。信號(hào)模塊連接在 CPU 右側(cè)。 第27頁，共68頁。281.2 S7-1200 的硬件數(shù)字量I/O可以選用8點(diǎn)、16點(diǎn)和32點(diǎn)的數(shù)字量輸入/輸出模塊，來滿足不同的控制需要。第28頁，共68頁。291.2 S7-1200 的硬件模擬量I/O在工業(yè)控制中，某些輸入量(溫度、壓力、流量、轉(zhuǎn)速等)是模擬量，某些執(zhí)行機(jī)構(gòu)(例如電動(dòng)調(diào)節(jié)閥和變頻器等)要求PLC輸出模擬量信號(hào)，而PLC的CPU只能處理數(shù)字量。模擬量I/O模塊的任務(wù)就是實(shí)現(xiàn)A/D和D/A。模擬量首先被

12、傳感器和變送器轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)量程的電壓或電流，例如420mA，15V， 010V，PLC用模擬量輸入模塊的A/D轉(zhuǎn)換器將它們轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。帶正負(fù)號(hào)的電流或電壓在A/D轉(zhuǎn)換后用二進(jìn)制補(bǔ)碼來表示。模擬量輸出模塊的D/A轉(zhuǎn)換器將PLC中的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬電壓或電流，再去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。A/D和D/A的二進(jìn)制位數(shù)反映了它們的分辨率，位數(shù)越多，分辨率越高。第29頁，共68頁。301.2 S7-1200 的硬件集成的PROFINET接口 1/3S7-1200與編程計(jì)算機(jī)的通信第30頁，共68頁。311.2 S7-1200 的硬件集成的PROFINET接口 2/3S7-1200與精簡系列面板的通信第31頁，共68

13、頁。321.2 S7-1200 的硬件集成的PROFINET接口 3/3第32頁，共68頁。331.2 S7-1200 的硬件通信模塊 (Communication module) 1/2有兩種通信模塊：CM1241 RS232 和CM1241 RS485 CPU 最多支持 3 個(gè)通信模塊 各 CM 連接在 CPU 的左側(cè)（或連接到另一 CM 的左側(cè)） 第33頁，共68頁。341.2 S7-1200 的硬件通信模塊 (Communication module) 2/2在編程接口模式下利用 CM1241 進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)連接第34頁，共68頁。351.3 編程工具STEP 7 Basic特點(diǎn)第35頁，

14、共68頁。361.3 編程工具STEP 7 Basic典型的自動(dòng)化系統(tǒng) 1/2典型的自動(dòng)化系統(tǒng)包含以下內(nèi)容： 借助程序來控制過程的PLC； 用來操作和可視化過程的 HMI 設(shè)備。第36頁，共68頁。371.3 編程工具STEP 7 Basic典型的自動(dòng)化系統(tǒng) 2/2第37頁，共68頁。381.3 編程工具STEP 7 Basic工程組態(tài)系統(tǒng)可以使用 TIA Portal 在同一個(gè)工程組態(tài)系統(tǒng)中組態(tài) PLC 和可視化。所有數(shù)據(jù)均存儲(chǔ)在一個(gè)項(xiàng)目中，STEP 7和WinCC不是單獨(dú)的程序，而是可以訪問公共數(shù)據(jù)庫。所有數(shù)據(jù)均存儲(chǔ)在一個(gè)公共的項(xiàng)目文件中。 第38頁，共68頁。391.3 編程工具STEP

15、 7 Basic數(shù)據(jù)管理在 TIA Portal 中，所有數(shù)據(jù)都存儲(chǔ)在一個(gè)項(xiàng)目中。修改后的應(yīng)用程序數(shù)據(jù)（如變量）會(huì)在整個(gè)項(xiàng)目內(nèi)(甚至跨越多臺(tái)設(shè)備)自動(dòng)更新。 第39頁，共68頁。401.3 編程工具STEP 7 Basic界面總覽任務(wù)卡詳細(xì)視圖工作區(qū)巡視區(qū)編輯器欄第40頁，共68頁。411.3 編程工具STEP 7 Basic創(chuàng)建新項(xiàng)目“項(xiàng)目”“新建”，出現(xiàn)“創(chuàng)建新項(xiàng)目”對話框：第41頁，共68頁。421.3 編程工具STEP 7 Basic添加新設(shè)備雙擊項(xiàng)目樹中的“添加新設(shè)備”：第42頁，共68頁。431.3 編程工具STEP 7 Basic參數(shù)設(shè)置“選項(xiàng)”“設(shè)置”：第43頁，共68頁。44

16、1.4 硬件組態(tài)組態(tài)的任務(wù)第44頁，共68頁。451.4 硬件組態(tài)添加模塊在硬件組態(tài)時(shí)，需要將I/O模塊或通信模塊放置到工作區(qū)的機(jī)架的插槽內(nèi)：用“拖放”的方法放置硬件對象；用“雙擊”的方法放置硬件對象。第45頁，共68頁。461.4 硬件組態(tài)過濾器如果激活了硬件目錄的過濾器功能，則硬件目錄只顯示與工作區(qū)有關(guān)的硬件。例如用設(shè)備視圖打開PLC的組態(tài)畫面時(shí)，則硬件目錄不顯示HMI，只顯示PLC的模塊。第46頁，共68頁。471.4 硬件組態(tài)刪除硬件組件第47頁，共68頁。481.4 硬件組態(tài)信號(hào)模塊和信號(hào)板的地址分配 1/3添加了CPU、信號(hào)板或信號(hào)模塊后，他們的I/O地址是自動(dòng)分配的。選中“設(shè)備概

17、覽”，可以看到CPU集成的I/O模板、信號(hào)板、信號(hào)模塊的地址。第48頁，共68頁。491.4 硬件組態(tài)信號(hào)模塊和信號(hào)板的地址分配 2/3選中模塊，通過巡視窗口的“I/O地址/硬件標(biāo)識(shí)符”，可以修改模塊的地址：也可以直接在設(shè)備概覽中修改：第49頁，共68頁。501.4 硬件組態(tài)信號(hào)模塊和信號(hào)板的地址分配 3/3DI/DO的地址以字節(jié)為單位分配，沒有用完一個(gè)字節(jié)，剩余的位也不能作它用。AI/AO的地址以組為單位分配，每一組有兩個(gè)輸入/輸出點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)(通道)占一個(gè)字或兩個(gè)字節(jié)。建議不要修改自動(dòng)分配的地址。第50頁，共68頁。511.4 硬件組態(tài)數(shù)字量輸入點(diǎn)的參數(shù)設(shè)置 1/2選中設(shè)備視圖中的CPU、信

18、號(hào)模塊或信號(hào)板，然后選中巡視窗口，設(shè)置輸入端的濾波器時(shí)間常數(shù)：第51頁，共68頁。521.4 硬件組態(tài)數(shù)字量輸入點(diǎn)的參數(shù)設(shè)置 2/2可以激活輸入點(diǎn)的上升沿和下降沿中斷功能，以及設(shè)置產(chǎn)生中斷時(shí)調(diào)用的硬件中斷OB：激活輸入端的脈沖捕捉(Pulse Catch)功能，即暫時(shí)保持窄脈沖的ON狀態(tài)，直到下一次刷新輸入過程映像 第52頁，共68頁。531.4 硬件組態(tài)數(shù)字量輸出點(diǎn)的參數(shù)設(shè)置選擇在CPU進(jìn)入STOP時(shí)，數(shù)字量輸出保持最后的值，或使用替換值。 選擇“使用替換值”，可以設(shè)置替換值：選中復(fù)選框表示替換值為1，反之為0 第53頁，共68頁。541.4 硬件組態(tài)模擬量輸入點(diǎn)的參數(shù)設(shè)置積分時(shí)間越長，精度

19、越高，快速性越差，干擾抑制頻率越低；為了抑制工頻干擾，積分時(shí)間一般選擇20ms 測量種類和范圍 濾波用平均值數(shù)字濾波來實(shí)現(xiàn)，濾波等級越高，模擬值越穩(wěn)定，但快速性越差 是否啟用超出上限值或低于下限值時(shí)的診斷功能 第54頁，共68頁。551.4 硬件組態(tài)模擬量輸出點(diǎn)的參數(shù)設(shè)置激活電壓輸出的短路診斷功能 激活電流輸出的斷路診斷功能 CPU進(jìn)入STOP時(shí)輸出點(diǎn)的值 模擬量輸出類型(電壓或電流)和范圍 第55頁，共68頁。561.4 硬件組態(tài)模擬量如轉(zhuǎn)換后模擬值表示 1/2第56頁，共68頁。571.4 硬件組態(tài)模擬量如轉(zhuǎn)換后模擬值表示 2/2范圍雙極性單極性十進(jìn)制十六進(jìn)制百分比10,5,2.5V十進(jìn)制

20、十六進(jìn)制百分比020mA上溢出，斷電327677FFFH118.515%11.851V327677FFFH118.515%23.70mA超出范圍325117EFFH117.589%11.759V325117EFFH117.589%23.52mA正常范圍276486C00H100.000%10V276486C00H100.000%20mA00H0%0V00H0%0mA- 276489400H- 100.00%-10V低于范圍-325128100H-117.593%-11.759V下范圍，斷電-327688000H-118.519-11.851V第57頁，共68頁。581.4 硬件組態(tài)轉(zhuǎn)換舉例 1/3在運(yùn)算時(shí)一定要先乘后除，否則會(huì)損失原始數(shù)據(jù)的精度。第58頁，共68頁。591.4 硬件組態(tài)轉(zhuǎn)換舉例 2/3第59頁，共68頁。601.4 硬件組態(tài)轉(zhuǎn)換舉例 3/3第60頁，共68頁。611.4 硬件組態(tài)設(shè)置系統(tǒng)存儲(chǔ)器字節(jié)與時(shí)鐘存儲(chǔ)器字節(jié)1/3第61頁，共68頁。621.4 硬件組態(tài)設(shè)置系統(tǒng)存儲(chǔ)器字節(jié)與時(shí)鐘存儲(chǔ)器字節(jié) 2/3將MB1設(shè)置為系統(tǒng)存儲(chǔ)器字節(jié)后，該字節(jié)的M1.0M1.3的含義：M1.0（首次循環(huán)）：僅在進(jìn)入RUN模式的首次掃描時(shí)為1，以后為0；M1.1（診斷圖形已更改）：CPU登錄了診斷事件時(shí)，在一個(gè)掃描周期內(nèi)為1；M1.2（